電路將PWM風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)換為線性并降低噪聲

本應(yīng)用筆記描述了控制冷卻風(fēng)扇的標(biāo)準(zhǔn)方法的替代方法。將溫度檢測與PWM輸出配合使用的典型方法可能會(huì)導(dǎo)致過多的噪聲。相比之下，將PWM風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)器轉(zhuǎn)換為線性的電路可降低噪聲。

風(fēng)扇是許多熱管理策略的必要組成部分，但風(fēng)扇在全速運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生過多的可聞噪音。根據(jù)溫度調(diào)整冷卻風(fēng)扇速度是降低系統(tǒng)中噪聲的好方法。進(jìn)行這種調(diào)整的標(biāo)準(zhǔn)方法（如圖1所示）使用將溫度檢測與PWM輸出相結(jié)合的IC，PWM輸出反過來控制直流無刷風(fēng)扇的電源。

圖1.MAX6653風(fēng)扇控制器產(chǎn)生PWM信號，占空比隨溫度升高而增加。PWM 波形通過調(diào)制風(fēng)扇的電源來控制風(fēng)扇速度。

風(fēng)扇控制器 （IC1） 測量外部連接二極管的晶體管的溫度，該晶體管可以是分立晶體管，也可以是 Intel 或 AMD 微處理器上的熱檢測二極管。然后，根據(jù)測得的溫度，風(fēng)扇控制器自動(dòng)調(diào)整其PWM輸出波形的占空比。風(fēng)扇控制特性，如風(fēng)扇開始旋轉(zhuǎn)的溫度、初始PWM占空比以及溫度/占空比關(guān)系的斜率，在SMBus上編程。因此，在低溫下，風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)緩慢（或根本不旋轉(zhuǎn)），產(chǎn)生很少的噪音。隨著系統(tǒng)溫度的升高，需要更多的冷卻，風(fēng)扇會(huì)加速。風(fēng)扇速度的變化是漸進(jìn)的，因此如果風(fēng)扇速度控制器編程正確，用戶可能不會(huì)注意到電路的運(yùn)行。??

PWM 輸出驅(qū)動(dòng)功率晶體管 Q1，用于調(diào)制風(fēng)扇的電源。PWM調(diào)制簡單、廉價(jià)且高效，但它對風(fēng)扇的電源施加一系列脈沖。伴隨著每個(gè)PWM脈沖的是風(fēng)扇組件的輕微物理擾動(dòng)，這可能導(dǎo)致風(fēng)扇噪聲增加，通常以PWM頻率的“咔嗒”聲的形式出現(xiàn)。根據(jù)風(fēng)扇的設(shè)計(jì)，這種噪音可能幾乎聽不見，或者可能聲音適中，分散用戶的注意力。

為了盡量減少這種多余的噪音，請使用直流電壓驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。直流驅(qū)動(dòng)消除了PWM脈沖和隨之而來的風(fēng)扇噪聲增加。圖2所示電路本質(zhì)上是一個(gè)具有高輸出電流能力的反相放大器。它從IC1濾除PWM波形，并提供隨占空比線性變化的電流和電壓升壓輸出。它還反轉(zhuǎn)PWM波形，以便在PWM輸出為100V時(shí)0%驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇。

圖2.該電路改進(jìn)了圖1的標(biāo)準(zhǔn)方法，包括一個(gè)低通濾波器，將IC1的PWM輸出轉(zhuǎn)換為冷卻風(fēng)扇的直流電源。用具有更高PWM頻率的風(fēng)扇控制器（如MAX1）代替IC6639，可以顯著降低C1的值。

風(fēng)扇全速運(yùn)行的標(biāo)稱電源電壓為 12V。PWM至線性電路工作在12V，IC1工作在3.3V。由于Q3的基極為3.3V，因此其發(fā)射極電壓約為2.7V。Q3的發(fā)射極用作放大器的反相輸入。R1、R2和R3在放大器周圍提供反饋。請注意，流經(jīng)R1和R2的大部分電流也流經(jīng)R3，在PWM輸出和風(fēng)扇之間提供電壓增益。為了適應(yīng)該增益，Q2的漏極被驅(qū)動(dòng)以承擔(dān)相應(yīng)的電壓。電容器C1和C3通過濾波PWM波形產(chǎn)生有效的直流輸出電壓。少量的漣漪是聽不見的，因此是可以接受的。但是，如有必要，您可以更改電容器值以權(quán)衡紋波電壓與電容器尺寸。

請注意，圖1中的C2是一個(gè)相當(dāng)大的值（100μF），因?yàn)樗糜跒V除IC93的最大PWM頻率信號5.1Hz。用產(chǎn)生更高頻率PWM的風(fēng)扇控制器IC代替IC1可以降低C1的值。具有更高PWM頻率的風(fēng)扇控制器包括MAX6615/MAX6616 （35kHz）、MAX6639 （25kHz）和MAX6641 （35kHz）。 使用這些IC中的任何一個(gè)，并將PWM頻率設(shè)置為其最大值，可以將C1降低到約1μF。

圖3顯示了圖2電路的輸出電壓與PWM占空比的關(guān)系。傳遞函數(shù)是合理的線性且表現(xiàn)良好。為了最小化輸出紋波，請將IC1的PWM輸出頻率設(shè)置為最高可用值。將 PWM 輸出極性設(shè)置為在 PWM 輸出端提供 0V，以實(shí)現(xiàn) 100% 占空比。因此，在驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇時(shí)，一定要選擇使輸出電壓至少為滿量程40%的占空比。請注意，40% 的最小電壓是指導(dǎo)原則;不同的風(fēng)扇型號在低電源電壓下工作的能力會(huì)有所不同。

圖3.圖2電路的輸出電壓與輸入占空比的關(guān)系

審核編輯：郭婷