如何通過(guò)感應(yīng)電流保持冷卻控制風(fēng)扇？

隨著努力降低系統(tǒng)功耗和機(jī)械風(fēng)扇噪聲的實(shí)施，冷卻風(fēng)扇的控制變得越來(lái)越流行。設(shè)備中使用風(fēng)扇的目的是降低溫度并使其盡可能低。隨著溫度升高，各種系統(tǒng)的平均故障時(shí)間迅速增加。

這帶來(lái)了基于熱的風(fēng)扇控制IC的廣泛選擇。事實(shí)上，使用溫度來(lái)控制風(fēng)扇與保持系統(tǒng)盡可能冷卻的理想形成沖突。熱風(fēng)扇控制需要升溫才能啟用風(fēng)扇，如圖1a所示。比例控制器使風(fēng)扇速度與溫度成比例，這更不合適，因?yàn)樗枰叩臏囟炔拍軐?shí)現(xiàn)更高的風(fēng)扇速度。這種控制策略需要在高溫下穩(wěn)定系統(tǒng)而不是盡可能地冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)中更合適。

風(fēng)扇速度應(yīng)基于系統(tǒng)的熱負(fù)荷，即功耗。在大多數(shù)電子系統(tǒng)中，功耗與電源消耗成正比，功耗很容易以進(jìn)入系統(tǒng)的電源電流來(lái)測(cè)量。除了作為熱負(fù)載的真實(shí)測(cè)量之外，電源電流是熱負(fù)載的瞬時(shí)指示器，甚至在片上硅二極管的溫度可以檢測(cè)到它之前很久就需要額外的冷卻?；旧?，風(fēng)扇速度應(yīng)基于系統(tǒng)電源電流，如圖1b所示。

臺(tái)式機(jī)和筆記本電腦都需要風(fēng)扇和相關(guān)的控制系統(tǒng)。此時(shí)風(fēng)扇控制是通過(guò)熱量完成的。當(dāng)然，在計(jì)算機(jī)中，感測(cè)CPU電流可用于控制風(fēng)扇，這將提供比現(xiàn)有風(fēng)扇控制方法更低的工作溫度。在制造商更喜歡“獨(dú)立”風(fēng)扇控制但沒(méi)有軟件參與的計(jì)算機(jī)中，電流感應(yīng)是最佳解決方案。通過(guò)風(fēng)扇控制連續(xù)使用軟件的計(jì)算機(jī)可以利用軟件輸入來(lái)控制計(jì)算機(jī)性能監(jiān)視器和跟蹤C(jī)PU活動(dòng)的工具的風(fēng)扇控制。這種系統(tǒng)中的風(fēng)扇速度將與CPU活動(dòng)成比例。

圖1a顯示了基于溫度的風(fēng)扇控制方案，該方案需要升高溫度才能起作用。溫度計(jì)必須上升才能打開(kāi)風(fēng)扇并使其加速。這不是最好冷卻方案。圖1b顯示了一種風(fēng)扇控制方案，其中風(fēng)扇速度通過(guò)檢測(cè)電源電流來(lái)控制。這使得風(fēng)扇控制與熱負(fù)荷成比例，消除了時(shí)間滯后并確保了最低的系統(tǒng)溫度。

圖1a.風(fēng)扇速度控制與溫度成正比。圖1b.風(fēng)扇速度控制熱負(fù)荷成比例

為了進(jìn)一步說(shuō)明電流測(cè)量的風(fēng)扇控制的好處，使用計(jì)算機(jī)CPU的例子比較圖2的圖表。該圖顯示了電源電流，并描述了使用熱控風(fēng)扇和電流控制風(fēng)扇的CPU溫度特性。電流控制的風(fēng)扇立即對(duì)熱負(fù)荷作出反應(yīng)，熱控風(fēng)扇必須等到溫度升高。如果在不考慮溫度的情況下提取全電流，則電流控制的風(fēng)扇將始終以全速運(yùn)行，從而確保最低的工作溫度。

圖2.熱控風(fēng)扇與電流控制風(fēng)扇的CPU溫度特性比較。通過(guò)更快更強(qiáng)的反應(yīng)，電流控制的風(fēng)扇可以防止大的溫度偏移并使CPU盡可能保持冷卻。

雖然這在表面上足夠簡(jiǎn)單，但電源電流的動(dòng)態(tài)和快速變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)溫度測(cè)量中發(fā)生的自然積分。在處理器控制的情況下，實(shí)際的電流控制風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器將結(jié)合集成或延遲，在模擬電路或算法的情況下，以平滑風(fēng)扇響應(yīng)。

圖3顯示了一個(gè)實(shí)現(xiàn)示例。通過(guò)使用專(zhuān)用高端電流分流監(jiān)控IC簡(jiǎn)化實(shí)現(xiàn)電流控制風(fēng)扇設(shè)計(jì)，如圖3中的CPU感應(yīng)示例所示，IC1檢測(cè)RS中的CPU電流，其大小適合于滿(mǎn)額定CPU電流下降最大100mV。IC1將該壓降轉(zhuǎn)換為IC1輸出電流（200A/V），R1提供負(fù)載以產(chǎn)生電壓輸出。IC1的輸出電壓在2.7伏電源下只能擺動(dòng)到最大1.7伏，根據(jù)最大輸入100mV和IC1的比例因子確定R1的值。A1提供必要的增益（增益=12/1.7=7），以便從IC1的1.7伏輸出擺幅驅(qū)動(dòng)12伏風(fēng)扇。Q1緩沖A1的輸出，以提供足夠的電流來(lái)驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。這個(gè)非常簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)僅使用通過(guò)C1的集成來(lái)平滑風(fēng)扇對(duì)電流波動(dòng)的響應(yīng)，同時(shí)降低風(fēng)扇響應(yīng)的權(quán)衡。（可以說(shuō)風(fēng)扇響應(yīng)仍然比熱感應(yīng)快得多，除了它迫使風(fēng)扇速度達(dá)到適合降低溫度的設(shè)置）。在評(píng)估目標(biāo)系統(tǒng)的熱性能之后，通常會(huì)憑經(jīng)驗(yàn)找到C1。圖3中所示的C1值提供了大約10秒的時(shí)間常數(shù)。

圖3.電流控制風(fēng)扇的簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)。C1使風(fēng)扇響應(yīng)平滑并過(guò)濾短期電流尖峰。
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