作者：maxim北京辦事處 bruce denmark編 欒成強(qiáng) 譯 來源：《國(guó)外電子元器件》

1 概述 ic設(shè)計(jì)者力求在越來越小的封裝里放入更多高速運(yùn)行的晶體管，但這必將導(dǎo)致發(fā)熱。為了把這些高功率ic放進(jìn)更小的封裝內(nèi)，就必須有效解決熱管理問題。在很多應(yīng)用中使用風(fēng)扇來降溫，但風(fēng)扇會(huì)帶來機(jī)械故障，增加功耗和噪聲。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)風(fēng)扇速度進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制以解決這些問題，從而使風(fēng)扇工作更可靠，功耗和噪聲更低。 由于直流無刷風(fēng)扇易用、可靠，因此是大部分電子產(chǎn)品的首選方案。它是一個(gè)兩端器件，加上直流電壓即可工作。其直流電壓電壓有5v，12v，24v和48v，目前選和的12v風(fēng)扇較多。隨著12v電源的減少，5v風(fēng)扇的用量將會(huì)增加。電信領(lǐng)域一般使用48v風(fēng)扇。直流無刷風(fēng)扇的換向整流是在風(fēng)扇內(nèi)部通過電子方式控制的，老式直流風(fēng)扇使用機(jī)械工刷子，因而會(huì)產(chǎn)生較高的emi，并易于損壞。而無刷風(fēng)扇用電子傳感器和開關(guān)來替代機(jī)械式刷子，從而延長(zhǎng)了使用壽命，是一種簡(jiǎn)單易用、工作可靠的兩端器件。直流無刷風(fēng)扇的端電壓不同，其轉(zhuǎn)速和消耗的電流也不同（成正比）。 盡管直流無刷風(fēng)扇有很高的可靠性，但它仍然是機(jī)械器件。在長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)，其風(fēng)扇速度和冷卻效率可能會(huì)下降甚至失效，所以要對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。很多風(fēng)扇制造商提供有不同的監(jiān)控方式，一般分為：報(bào)警傳感器和速度傳感器兩類。利用報(bào)警傳感器可在風(fēng)扇速度低于某個(gè)門限值時(shí)給出報(bào)警信號(hào)。而某些制造商則用速度傳感器給出與頻率成正比的風(fēng)扇速率的輸出信號(hào)，一般每轉(zhuǎn)婁產(chǎn)生2個(gè)脈沖。報(bào)警傳感器和速度傳感器都可以提供漏極開路或內(nèi)部上拉輸出，內(nèi)部上拉可以是ttl電平或電源電壓。值得注意的是：用風(fēng)扇速度控制電源電壓的改變將會(huì)影響傳感器和其它電路。而且實(shí)際設(shè)計(jì)中必須考慮風(fēng)扇的使用條件，（如最惡劣的溫度范圍、最大功耗、風(fēng)扇的誤差和使用壽命等），工作在適當(dāng)?shù)臈l件下可以降低風(fēng)扇速度，而在最惡劣的條件下，則應(yīng)加快風(fēng)扇速度。合理控制風(fēng)扇速度能夠降低系統(tǒng)的噪聲和功耗，從而延長(zhǎng)風(fēng)扇的壽命并減少灰塵。 2 風(fēng)扇速度控制方法 2.1 脈寬調(diào)制法（pwm） 脈沖寬度調(diào)制法（pwm）是將風(fēng)扇電源的開關(guān)頻率設(shè)為固定值，通過改變其占空比來調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度的方法。占空比越大，風(fēng)扇速度越快。這種控制方式的關(guān)鍵在于選擇合適的開關(guān)頻率，如果頻率太低，風(fēng)扇速度將會(huì)隨pwm周期而振蕩。相反，如果頻率過高，風(fēng)扇內(nèi)部的換向整流電路會(huì)斷開風(fēng)扇加速/減速電路的電源而導(dǎo)致風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。一般的頻率范圍是20hz～160hz。另外，pwm的上升和下降時(shí)間要足夠慢，以保證風(fēng)扇的長(zhǎng)期穩(wěn)定。pwm控制方式的優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路簡(jiǎn)單、有很好的啟動(dòng)特性、晶體管熱量耗散小等。缺點(diǎn)是增加了風(fēng)扇的應(yīng)力，不便使用速度報(bào)警傳感器，而速度報(bào)警傳感器與電機(jī)使用同一電源供電，如電機(jī)電源以20hz～160hz頻率接通或斷開，則傳感器也會(huì)隨之關(guān)斷或開啟，從而失去應(yīng)有的檢測(cè)功能。 在pwm控制方法中，風(fēng)扇的電壓為額定值（例如12v風(fēng)扇中的12v電源）或零電壓，但由于風(fēng)扇沒有滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，因而它的反向電動(dòng)勢(shì)就會(huì)減少，這將導(dǎo)致pwm導(dǎo)通期間的電流可能會(huì)大于正常值。雖然風(fēng)扇的設(shè)計(jì)使共能夠處理較大的電池，但在風(fēng)扇啟動(dòng)階段，電流將每秒增加30倍，這將對(duì)風(fēng)扇的可靠性產(chǎn)生很大影響。盡管如此，pwm仍然是低成本應(yīng)用的理想選擇。 2.2 線性調(diào)節(jié)方法 這種方法利用線性穩(wěn)壓器來調(diào)節(jié)風(fēng)扇的直流電壓，它要求風(fēng)扇能夠工作在較寬的電壓范圍內(nèi)與pwm控制方式相比，其優(yōu)點(diǎn)是能夠使用速度和報(bào)警傳感器；缺點(diǎn)是功耗較大，需要解決啟動(dòng)和停止問題。在用線性穩(wěn)壓器控制風(fēng)扇兩端的直流電壓時(shí)，雖然其功率消耗將產(chǎn)生熱量，但在最大致冷和最小致冷狀態(tài)下的功率消耗卻近似為零。因?yàn)樵谧畲笾吕鋾r(shí)，調(diào)整管上的電壓差近似為零；最小致冷時(shí)調(diào)整管上的電流近似為零，所以功耗近似為零。在風(fēng)扇兩端的電壓為最大工作電壓的一半時(shí)，其功耗最大，這時(shí)的功率耗散可由下式估算： p=1/4(vmax×imax) 式中，v和i分別是風(fēng)扇的額定電壓和額定電流，如1.2w的風(fēng)扇的調(diào)整管的功率耗散只有300mw（12v的風(fēng)扇工作在6v）。所以風(fēng)扇速度降低時(shí)能夠節(jié)省一定的功率。啟動(dòng)和停止是相關(guān)聯(lián)的，風(fēng)扇在啟動(dòng)前需要一定的啟動(dòng)電壓。風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)后，一旦風(fēng)扇電壓降低到停止電壓，風(fēng)扇就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。啟動(dòng)電壓一般等于或稍大于停止電壓，通常是風(fēng)扇額定電壓的25%～50%，在沒有速度監(jiān)控時(shí)，判斷風(fēng)扇是運(yùn)