剖析风扇速度控制器原理

剖析风扇速度控制器原理

1 概述IC设计者力求在越来越小的封装里放入更多高速运行的晶体管，但这必将导致发热。为了把这些高功率IC放进更小的封装内，就必须有效解决热管理问题。在很多应用中使用风扇来降温，但风扇会带来机械故障，增加功耗和噪声。因此，应当对风扇速度进行监测和控制以解决这些问题，从而使风扇工作更可靠，功耗和噪声更低。由于直流无刷风扇易用、可靠，因此是大部分电子产品的首选方案。它是一个两端器件，加上直流电压即可工作。其直流电压电压有5V，12V，24V和48V，目前选和的12V风扇较多。随着12V电源的减少，5V风扇的用量将会增加。电信领域一般使用48V风扇。直流无刷风扇的换向整流是在风扇内部通过电子方式控制的，老式直流风扇使用机械工刷子，因而会产生较高的EMI，并易于损坏。而无刷风扇用电子传感器和开关来替代机械式刷子，从而延长了使用寿命，是一种简单易用、工作可靠的两端器件。直流无刷风扇的端电压不同，其转速和消耗的电流也不同（成正比）。尽管直流无刷风扇有很高的可靠性，但它仍然是机械器件。在长时间使用时，其风扇速度和冷却效率可能会下降甚至失效，所以要对风扇进行连续监测。很多风扇制造商提供有不同的监控方式，一般分为：报警传感器和速度传感器两类。利用报警传感器可在风扇速度低于某个门限值时给出报警信号。而某些制造商则用速度传感器给出与频率成正比的风扇速率的输出信号，一般每转娄产生2个脉冲。报警传感器和速度传感器都可以提供漏极开路或内部上拉输出，内部上拉可以是TTL电平或电源电压。值得注意的是：用风扇速度控制电源电压的改变将会影响传感器和其它电路。而且实际设计中必须考虑风扇的使用条件，（如最恶劣的温度范围、最大功耗、风扇的误差和使用寿命等），工作在适当的条件下可以降低风扇速度，而在最恶劣的条件下，则应加快风扇速度。合理控制风扇速度能够降低系统的噪声和功耗，从而延长风扇的寿命并减少灰尘。

脉冲宽度调制法（PWM）是将风扇电源的开关频率设为固定值，通过改变其占空比来调节风扇速度的方法。占空比越大，风扇速度越快。这种控制方式的关键在于选择合适的开关频率，如果频率太低，风扇速度将会随PWM周期而振荡。相反，如果频率过高，风扇