电路将pwm风扇驱动转换为线性并降低噪声的方法（电路将pwm风扇驱动转换为线性并降低噪声）

本应用笔记介绍了控制冷却风扇的标准方法的替代方法。使用带有PWM 输出的温度感测的典型方法可能会导致噪声过大。相比之下，将PWM 风扇驱动器转换为线性电路可降低噪声。

风扇是许多热管理策略的必要组成部分，但风扇在全速运行时会产生过多的可听噪音。根据温度调整冷却风扇速度是降低系统噪音的好方法。进行此调整的标准方法（如图1 所示）使用将温度传感与PWM 输出相结合的IC，后者反过来控制无刷直流风扇的电源。

图1. MAX6653 风扇控制器生成占空比随温度增加而增加的PWM 信号。 PWM 波形通过调制风扇功率来控制风扇速度。

风扇控制器(IC1) 测量外部二极管连接晶体管的温度，该晶体管可以是Intel 或AMD 微处理器上的分立晶体管或热敏二极管。然后，根据测量的温度，风扇控制器自动调整其PWM 输出波形的占空比。风扇控制特性（例如风扇开始旋转的温度、初始PWM 占空比以及温度/占空比关系的斜率）在SMBus 上进行编程。因此，在低温下，风扇旋转缓慢（或根本不旋转），产生的噪音很小。随着系统温度升高并且需要更多冷却，风扇速度加快。风扇速度的变化是渐进的，因此如果风扇速度控制器编程正确，用户可能不会注意到电路的操作。

PWM 输出驱动功率晶体管Q1，从而调节风扇的功率。 PWM 调制简单、便宜且高效，但它向风扇电源施加一系列脉冲。伴随每个PWM 脉冲的是风扇组件的轻微物理干扰，这可能会导致风扇噪音增加，通常表现为PWM 频率处的“咔哒”声。根据风扇的设计，这种噪音可能几乎听不见，也可能相当大，会分散用户的注意力。

为了最大限度地减少这种不必要的噪音，请使用直流电压来驱动风扇。直流驱动消除了PWM 脉冲以及随之而来的风扇噪音增加。图2 所示的电路本质上是一个具有高输出电流能力的反相放大器。它滤除IC1 中的PWM 波形，并提供随占空比线性变化的电流和电压升压输出。当PWM 输出为100V 时，它还会反转PWM 波形，以0% 驱动风扇。

图2. 该电路对图1 的标准方法进行了改进，加入了一个低通滤波器，将IC1 的PWM 输出转换为冷却风扇的直流电源。用具有更高PWM 频率的风扇控制器（例如MAX1）替换IC6639 可以显着减小C1 的值。

风扇全速运行的标称电源电压为12V。 PWM 至线性电路的工作电压为12V，IC1 的工作电压为3.3V。由于Q3的基极电压为3.3V，因此其发射极电压约为2.7V。 Q3 的发射极用作放大器的反相输入。 R1、R2 和R3 提供放大器周围的反馈。请注意，流经R1 和R2 的大部分电流也流经R3，从而在PWM 输出和风扇之间提供电压增益。为了适应这个增益，Q2的漏极被驱动承受相应的电压。电容器C1和C3通过过滤PWM波形产生有效的直流输出电压。少量的波纹是听不见的，因此可以接受。但是，如有必要，您可以更改电容器值，以权衡纹波电压与电容器尺寸。

请注意，图1 中的C2 是一个相当大的值(100F)，因为它用于滤除IC93 的最大5.1Hz PWM 频率信号。通过用产生更高频率PWM 的风扇控制器IC 替换IC1 可以减小C1 的值。具有较高PWM频率的风扇控制器包括MAX6615/MAX6616 (35kHz)、MAX6639 (25kHz)和MAX6641 (35kHz)。使用任何这些IC 并将PWM 频率设置为其最大值，您可以将C1 降低至约1F。

图3 显示了图2 电路的输出电压与PWM 占空比的关系。传递函数相当线性且性能良好。为了最大限度地减少输出纹波，请将IC1 的PWM 输出频率设置为可用的最高值。设置PWM 输出极性以在100% 占空比的PWM 输出处提供0V。因此，驱动风扇时，请务必选择输出电压至少为满量程40% 的占空比。请注意，40% 的最小电压仅供参考；不同的风扇型号在低电源电压下运行的能力会有所不同。

图3. 图2 电路的输出电压与输入占空比的关系

审稿编辑：郭婷