Buck風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路的工作原理

傳統(tǒng)的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路采用三極管直接降壓方式，將電壓差直接損耗在三極管上，這種方式具有直流驅(qū)動(dòng)、電壓波動(dòng)小等優(yōu)點(diǎn)，但是效率低。如輸出風(fēng)扇電壓為9V，輸入VCC_FAN為14.5V，則效率為9V/14.5V=62%，而Buck電路能夠?qū)⑿侍岣叩?0%以上，F(xiàn)AN損耗大大降低，有助于提高模塊的整機(jī)效率。

圖1 主電路原理圖

很多人對(duì)上圖中的Buck circuit電路很疑惑，為什么是這種形式呢?跟傳統(tǒng)的Buck電路不一樣啊?傳統(tǒng)的Buck電路及兩種模態(tài)的工作過(guò)程如下：

傳統(tǒng)的Buck電路

傳統(tǒng)的Buck電路兩種模態(tài)的工作過(guò)程

相比于傳統(tǒng)電路，我們的更改為：

① 開關(guān)管Q由正母線挪至負(fù)母線;

② 續(xù)流電感由正母線挪至負(fù)母線。

為什么要這樣更改呢?首先，如果采用傳統(tǒng)的Buck電路，則存在如下問(wèn)題：

① 開關(guān)管由于在正母線，因此驅(qū)動(dòng)需要采用浮驅(qū)技術(shù)，驅(qū)動(dòng)電路更復(fù)雜;

② 在Buck工作過(guò)程中，電感始終處于充電、放電狀態(tài)，因此，其兩端的電壓始終是變化的：開關(guān)管導(dǎo)通充電時(shí)，VL=Vin-Vo;開關(guān)管斷開，電感開始續(xù)流時(shí)，VL=Vo。因此，電感兩端的電壓在一個(gè)周期始終處于兩種電壓狀態(tài)切換中(CCM態(tài)下)。由此，輸出電容兩端的電壓也會(huì)跟著相應(yīng)的變化，盡管電容兩端的電壓差保持穩(wěn)定，但這樣帶來(lái)了電壓采樣麻煩和電容輸出電壓紋波增加的風(fēng)險(xiǎn)，較大的紋波可能會(huì)對(duì)風(fēng)扇的壽命產(chǎn)生極大的影響。

采用我們優(yōu)化后的新電路，則可以輕松解決以上兩個(gè)問(wèn)題：

① 開關(guān)管對(duì)地驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單;

② Buck電感置于負(fù)母線，輸出電容兩端電壓均是穩(wěn)定電平(電容電壓作為被控對(duì)象，電壓穩(wěn)定)，便于采樣和減小輸出電壓紋波;

③ 而且，其兩種工作模態(tài)跟老Buck電路一樣，電路功能一樣，兩種工作模態(tài)如下：

由于輸出風(fēng)扇電壓是浮地的，因此，采樣電路需要浮采或差分采樣。在我們的電路里，我們采用了對(duì)地差分采樣，即電容兩端的電壓分別對(duì)AGND采樣，然后再作差分，即可得電容電壓。由于電容正電壓為VCC_FAN，而我們的VCC_FAN作為輔助電源的被控電壓，穩(wěn)定的保持在14.5V，因此，不需要對(duì)該電壓進(jìn)行采樣，只需要對(duì)電容負(fù)電壓FANGND進(jìn)行采樣即可，最終通過(guò)后臺(tái)軟件計(jì)算出風(fēng)扇電壓Vfan=14.5V-FANGND即可。