pwm風扇，使用PWM控制直流風扇

　　最近幾年來，業(yè)界對于利用集成電路控制用于各種電子設備的冷卻風扇速度的興趣一直在增長。電子產(chǎn)品，尤其消費電子產(chǎn)品的尺寸，每天都在顯著減小，但是由于在芯片上運行的應用程序日趨復雜，芯片產(chǎn)生的熱量卻在增加。有兩種方式可以去除所產(chǎn)生的熱量。

　　一種方法就是使用無源元件，比如散熱器和熱導管，第二種方法就是使用有源元件，比如冷卻風扇。

　　在許多消費和其它產(chǎn)品中，可以觀察到無源元件由于尺寸和成本原因而無法勝任。使用冷卻風扇可在熱源周圍產(chǎn)生氣流，是去除熱量的有效方法。不過，在系統(tǒng)中增加冷卻風扇將會增加功耗。對于電池供電的系統(tǒng)，這是一個重要因素。

　　另外，因為冷卻風扇是機械部件，因而會產(chǎn)生噪聲。通過控制風扇速度，可以有效地解決以上問題。風扇在較低轉(zhuǎn)速下運行所消耗的功率較少，這可延長電池壽命，又能減少風扇發(fā)出的噪聲，并增加風扇的使用期限。

　　控制速度的方法

　　1、開/關（ON/OFF）控制： 這是最簡單的方法。當特定元件的溫度超出閾值時，可以使用驅(qū)動信號開啟風扇; 或者當溫度低于閾值時關閉風扇。雖然該方法非常簡單，但缺點是在接通的這刻，風扇以全速運轉(zhuǎn)并因此消耗了最大功率且產(chǎn)生了噪聲。

　　2、線性控制： 此方法通過調(diào)壓器來控制施加在風扇上的DC電壓。降低電壓可以使風扇以較低的速度運轉(zhuǎn)，且可增加電壓使風扇以較高的速度運轉(zhuǎn)。此方法的優(yōu)勢是電壓始終施加在風扇上。因此，在任何時候，轉(zhuǎn)速計（tacho）信號都會存在并被測量。這在脈寬調(diào)制控制技術中是不可能的。此方法的缺點是使用調(diào)壓器將增加線路板的成本和空間，并且需要專用控制器來控制調(diào)壓器。

　　3、PWM控制： 最廣泛用于風扇轉(zhuǎn)速控制的方法就是PWM控制。在此方法中，PWM驅(qū)動信號施加到連接至風扇的高側(cè)或低側(cè)的場效應晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET） 上。在特定頻率k開關風扇，通過PWM信號的占空比（duty cycle）來控制風扇轉(zhuǎn)速，而施加在風扇上的電壓始終為全或零。此方法的最大優(yōu)勢是設計簡單、外部電路少、且成本低。

　　缺點是因為電壓并不總是施加在風扇上，轉(zhuǎn)速計信號將被PWM驅(qū)動信號大幅削減。實際上，轉(zhuǎn)速計信號將跟隨PWM信號而變化。要避開這個問題，應該采用“脈沖展寬”技術來獲得轉(zhuǎn)速計信息。圖1顯示了由于PWM驅(qū)動信號的存在，經(jīng)大幅削減/改變后的轉(zhuǎn)速計信號。圖2顯示了使用脈沖展寬原理從實際轉(zhuǎn)速計信號中重建轉(zhuǎn)速計信號。

　　DC風扇的類型

　　有三種主要的DC風扇類型：

　　1.2線風扇

　　2.3線風扇

　　3.4線風扇

　　2線風扇有兩個引腳： 電源和接地。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅(qū)動信號來控制。2線風扇沒有轉(zhuǎn)速計信號，因而沒有用于測量風扇轉(zhuǎn)速的信息。此類控制被稱為“開環(huán)”。

　　圖3 顯示了采用SmartFusion cSoC實現(xiàn)的2線風扇電路實例。3線風扇有三個引腳： 電源、接地和轉(zhuǎn)速計。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅(qū)動信號來控制。3線風扇有轉(zhuǎn)速計信號，顯示了風扇轉(zhuǎn)速。用戶可以基于轉(zhuǎn)速計讀取值，調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速，這可以稱為“閉環(huán)”控制。

　　在某些情況下，3線風扇還可以采用開環(huán)方式來控制。圖4和圖5顯示了采用SmartFusion cSoC來實現(xiàn)的3線風扇電路實例。4線風扇有四個引腳; 電源、接地、轉(zhuǎn)速計和PWM輸入。PWM輸入用于控制風扇轉(zhuǎn)速。在一個4線風扇中，電源只給線圈供電，而不是用于整個風扇的電源開/關，因此可以獲得任何時間點的轉(zhuǎn)速計信息。

　　此類風扇不需要脈沖展寬技術。為減少整流噪聲，PWM頻率可以提高到20 KHZ以上。采用此方法，可以去除可聽范圍的整流線圈噪聲。圖6顯示了采用SmartFusion cSoC實現(xiàn)的4線風扇電路實例。