【導(dǎo)讀】根據(jù)風(fēng)扇溫度控制風(fēng)扇速度是降低系統(tǒng)噪聲和延長風(fēng)扇使用時間的有效方法，控制直流風(fēng)扇的無刷電機(jī)有多種方式，最簡單的方法是通過一只晶體管實(shí)現(xiàn)開/關(guān)控制。Maxim提供多種控制風(fēng)扇速度的器件，器件的輸出類型既有驅(qū)動2線或3線風(fēng)扇電源的線性輸出，也有驅(qū)動4線風(fēng)扇控制輸入的PWM輸出。本文介紹了控制風(fēng)扇速度的集成電路(IC)。
調(diào)節(jié)風(fēng)扇速度
在必須精確控制風(fēng)扇速度的應(yīng)用中，可以考慮采用帶有閉環(huán)RPM控制的風(fēng)扇控制器。MAX6650/MAX6651是最早推出的能夠?qū)崿F(xiàn)風(fēng)扇速度調(diào)節(jié)的風(fēng)扇控制器IC。MAX6650/MAX6651是閉環(huán)風(fēng)扇控制IC，接受來自3線風(fēng)扇轉(zhuǎn)速計(jì)輸出的反饋信號。這樣能夠直接設(shè)定風(fēng)扇速度，而無須擔(dān)心啟動和低速運(yùn)行的可靠性問題。MAX6650/MAX6651兩者都能夠驅(qū)動多個風(fēng)扇(僅從其中一個風(fēng)扇反饋轉(zhuǎn)速信號)，而MAX6651能夠監(jiān)測多達(dá)四個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速計(jì)信號。
圖1. MAX6650是真正的風(fēng)扇速度控制器，它和帶有轉(zhuǎn)速信號輸出的風(fēng)扇一起構(gòu)成了一個反饋控制環(huán)路。
圖1描繪了MAX6650的一個典型應(yīng)用。MAX6650根據(jù)編程在風(fēng)扇速度寄存器內(nèi)的數(shù)碼控制風(fēng)扇速度，使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速計(jì)周期與寄存器值成比例。由于通常風(fēng)扇每轉(zhuǎn)產(chǎn)生兩個轉(zhuǎn)速計(jì)脈沖，則所要求的風(fēng)扇速度寄存器值由下列等式計(jì)算：
其中：
- KTACH = 編程在風(fēng)扇速度寄存器中的值
- tTACH = 轉(zhuǎn)速計(jì)信號周期
- KSCALE = 預(yù)分頻值(由MAX6650/MAX6651的配置寄存器設(shè)定，取值1至16，默認(rèn)值4)
- fCLK = MAX6650/MAX6651時鐘頻率(典型值為254kHz)
MAX6650/MAX6651的其它優(yōu)點(diǎn)
MAX6650/MAX6651不僅能夠控制風(fēng)扇速度，而且還能夠完成很多其它功能。其中包括看門狗功能，可監(jiān)視控制環(huán)是否穩(wěn)定，風(fēng)扇速度是否超出程序設(shè)定的看門狗界限，以及其它一些通用的數(shù)字功能。限于文章的篇幅，關(guān)于其它功能的詳細(xì)信息，請參考MAX6650/MAX6651的數(shù)據(jù)資料。
MAX6650/MAX6651將設(shè)計(jì)師從那些復(fù)雜的、與閉環(huán)放大器相關(guān)的問題中解脫出來，僅剩下選擇和安裝調(diào)整管的問題。調(diào)整管選定后，如果滿足下式所列的條件，則無需額外的散熱：
其中：
- TJMAX = 最高允許結(jié)溫，來自晶體管制造商提供的數(shù)據(jù)資料
- TA = 最高允許的環(huán)境溫度
- PD = 功耗(同上述的等式3)
- θJ-A = 熱阻，結(jié)到外部環(huán)境，來自晶體管制造商提供的數(shù)據(jù)資料
如果上式條件不滿足，必須選擇合適的散熱器，以滿足下式：
其中：
- RθSA = 散熱器熱阻(來自散熱器制造商提供的數(shù)據(jù)資料)
- RθJC = 調(diào)整管結(jié)到外殼的熱阻(來自調(diào)整管制造商提供的數(shù)據(jù)資料)
目前尚未討論風(fēng)扇完全短路時的情況。如果發(fā)生，那么風(fēng)扇電源所能輸出的全部電流將流過調(diào)整管。如果需要考慮這種情況，則應(yīng)該采用此時的電流和電壓值來計(jì)算功耗和散熱。作為另一種選擇，可以在調(diào)整管上增加一個限流電路，例如圖2所示的電路。可依據(jù)下式計(jì)算限流電阻的阻值：
其中，ILIMIT是期望的限流值。需要注意的是，該限流電路對溫度比較敏感。等式中的常數(shù)0.6實(shí)際上是電流限制晶體管的基-射極電壓，變化率約為-2.2mV/°C。對于要求隨著溫度的升高而降低限流值的應(yīng)用，這個特性卻是很有用的。
圖2. 當(dāng)調(diào)整管要求限制電流時，這個電路能夠?qū)崿F(xiàn)該功能。
采用MAX6620控制多達(dá)4個3線風(fēng)扇
MAX6620具有極大的靈活性，可以為多個風(fēng)扇提供RPM控制。該器件能夠獨(dú)立控制多達(dá)4個風(fēng)扇，此外還可設(shè)置輸出電壓變化速率。該特性使風(fēng)扇速度的變化極為緩慢，不會在設(shè)備附近產(chǎn)生噪聲。圖3給出了MAX6620控制4個3線風(fēng)扇的典型電路圖。
圖3. 此處所示的MAX6620為4通道線性風(fēng)扇速度控制器，采用外部調(diào)整管為風(fēng)扇提供可變電源。MAX6620監(jiān)測風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速信號，由此調(diào)節(jié)電源電壓以實(shí)現(xiàn)要求的轉(zhuǎn)速計(jì)頻率。
采用MAX6639控制4線風(fēng)扇
4線風(fēng)扇帶有“速度控制”輸入，因而簡化了風(fēng)扇速度控制過程。該輸入通常接收PWM輸入信號，風(fēng)扇速度即由PWM信號的占空比決定。在某些風(fēng)扇中，該速度控制輸入也接收電壓信號。
MAX6639監(jiān)測兩個風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速計(jì)輸出，調(diào)節(jié)PWM輸出的占空比，使風(fēng)扇進(jìn)行速度修正。同MAX6620一樣，MAX6639也包括多個功能，其中風(fēng)扇失效檢測和可調(diào)節(jié)PWM變化速率功能有助于降低風(fēng)扇速度變化時的噪聲。此外，MAX6639還包含兩個溫度檢測通道和可編程溫度-RPM控制算法，可根據(jù)溫度變化自動控制風(fēng)扇RPM。圖4給出了MAX6639控制2個風(fēng)扇的典型電路圖。
圖4. MAX6639控制2個4線風(fēng)扇，MAX6639測量兩路溫度數(shù)據(jù)，可根據(jù)溫度測量值控制風(fēng)扇RPM。
本文來源于Maxim。
推薦閱讀：
