风扇速度控制很酷的原因（风扇速度控制原理）

越来越多的系统需要基于温度的风扇控制，以降低系统噪音并提高风扇可靠性。当通过风扇速度监控增强风扇控制时，可以实现独立于制造变化和风扇磨损的速度控制回路。此外，还可以识别即将发生故障的风扇，以便在故障发生之前进行更换。本文讨论MAX6650和MAX6651这两款具有线性闭环风扇速度控制功能的风扇控制器的工作原理。

介绍

当IC 设计人员努力将更多以更高速度运行的晶体管放入更小的封装中时，结果只有一个：热量！除此之外，这些高功率IC 被设计在不断缩小的盒子中，最终会遇到真正的热管理问题。对于许多应用来说，这意味着使用风扇。不幸的是，随着风扇的使用，常见的风扇问题也随之而来，例如机械故障、功耗增加和噪音增加。风扇速度控制和监控可以缓解其中一些令人头痛的问题，从而使风扇更安静、更可靠、耗电量更少。

无刷直流风扇

在我们进入监管和监控粉丝的主题之前，我们首先需要了解粉丝本身。无刷直流风扇往往是大多数电子外壳的首选解决方案。这些风扇兼具高可靠性和易用性。基本的无刷直流风扇是一种施加直流电压的2 线设备。就这样。冷却系统的最简单方法是将风扇连接到直流电源并让它运行。快速浏览一下风扇目录就会发现，风扇可在标称5V、12V、24V 或48V 下运行。目前，12V风扇似乎是使用最广泛的。随着越来越多的系统设计时不使用12V 电源，5V 风扇可能会变得更加常见。在电信应用中，48V 风扇特别受欢迎。

无刷直流风扇之所以被称为“无刷”，是因为风扇内部的电机采用电子换向。较旧的直流风扇使用机械刷，这会导致电磁干扰(EMI) 增加，并且由于整个系统的机械磨损而产生灰尘颗粒。随着时间的推移，风扇会磨损并最终失效。无刷风扇已用电子传感器和开关取代了这些机械刷，这些传感器和开关现在执行必要的换向。该换向电路安装在风扇本身内，并且对用户完全透明。最终结果是一个易于使用、可靠的2 线设备。这大大增加了这些风扇的使用寿命和可靠性。

对于最终用户来说，无刷直流风扇的电气特性相当简单。当施加到风扇的直流电压发生变化时，其速度和电流消耗也会发生变化。对于一阶，速度和电流与施加的直流电压成正比。参见图1 和图2。

图1. 风扇电流与风扇电压（12V 额定风扇）。

图2. 风扇速度与风扇电压（12V 额定风扇）。

风扇监控选项

尽管无刷换向在提高风扇的使用寿命和可靠性方面取得了长足进步，但它们仍然是机械设备，容易出现机械磨损和故障。随着时间的推移，风扇速度和冷却效率会慢慢降低或完全失效。这就是为什么持续监控风扇的状况很重要。大多数风扇制造商提供了多种方法来做到这一点。这些选项大致分为两类：警报传感器和速度传感器。警报传感器通常会发出数字信号，指示风扇已降至特定速度阈值以下或已完全停止。例如，ebm-papst 提供了一个选项，每次风扇速度降至其标称速度的75% 至85% 时，都会生成一系列低调的数字脉冲。 NMB Technologies 提供了一种略有不同的选项，称为“锁定转子警报信号”。每当风扇完全停止旋转时，该信号就会变高。

制造商还为风扇提供速度传感器，提供数字输出，其频率与风扇速度成正比。最常见的速度传感器每转提供两个脉冲。根据制造商和提供的选项，速度和报警传感器都可以订购带有开路集电极或内部上拉输出的传感器。内部上拉输出可以与TTL 兼容，也可以摆动至风扇的全电源电压。图3 显示了ebm-papst 提供的输出级。值得注意的是，警报和速度传感器与电机及其换向电子设备共享相同的电源电压。控制风扇速度的电源电压的任何变化也会影响换向电子设备和速度/警报传感器。

图3a。速度传感器输出是带有弱上拉电阻的集电极开路输出，不一定与TTL 兼容。

图3b。连接到该速度传感器输出的齐纳二极管可确保TTL 兼容性。

图3c。这种集电极开路速度传感器输出可实现最大的灵活性，但只需要一个外部上拉电阻。

为什么要使用速度控制？

为您的应用选择风扇时，您必须针对最坏的情况进行设计。这意味着即使在环境温度、功耗、风扇制造公差和风扇老化等最坏情况下，也要选择能够输送足够空气的风扇，以保持系统充分冷却。现实情况是，系统大部分时间都将花费在最坏的情况下。此时，很明显，在大多数情况下，可以降低风扇速度而不会对系统产生不利影响，并且仅在条件需要时才增加风扇速度。不太明显的是为什么要费心去控制风扇速度呢？

减少可闻噪音

风扇速度控制最明显的优点之一是减轻您的耳朵负担。全速运转的风扇可能会带来很大的烦恼，特别是对于安静的办公环境中使用的设备。大多数办公室的温度通常明显低于电子设备的设计运行温度，这意味着可以降低风扇速度而不会产生不利影响，这让听力范围内的每个人都松了一口气。

降低功耗

笔记本电脑等应用将受益于功耗的降低。图4 显示了三种不同风扇的典型功耗与风扇速度的关系。功耗可以近似为风扇速度的平方。以图4中的Nidec风扇为例。