pwm风扇，使用PWM控制直流风扇

　　最近几年来，业界对于利用集成电路控制用于各种电子设备的冷却风扇速度的兴趣一直在增长。电子产品，尤其消费电子产品的尺寸，每天都在显著减小，但是由于在芯片上运行的应用程序日趋复杂，芯片产生的热量却在增加。有两种方式可以去除所产生的热量。

　　一种方法就是使用无源元件，比如散热器和热导管，第二种方法就是使用有源元件，比如冷却风扇。

　　在许多消费和其它产品中，可以观察到无源元件由于尺寸和成本原因而无法胜任。使用冷却风扇可在热源周围产生气流，是去除热量的有效方法。不过，在系统中增加冷却风扇将会增加功耗。对于电池供电的系统，这是一个重要因素。

　　另外，因为冷却风扇是机械部件，因而会产生噪声。通过控制风扇速度，可以有效地解决以上问题。风扇在较低转速下运行所消耗的功率较少，这可延长电池寿命，又能减少风扇发出的噪声，并增加风扇的使用期限。

　　控制速度的方法

　　1、开/关（ON/OFF）控制： 这是最简单的方法。当特定元件的温度超出阈值时，可以使用驱动信号开启风扇; 或者当温度低于阈值时关闭风扇。虽然该方法非常简单，但缺点是在接通的这刻，风扇以全速运转并因此消耗了最大功率且产生了噪声。

　　2、线性控制： 此方法通过调压器来控制施加在风扇上的DC电压。降低电压可以使风扇以较低的速度运转，且可增加电压使风扇以较高的速度运转。此方法的优势是电压始终施加在风扇上。因此，在任何时候，转速计（tacho）信号都会存在并被测量。这在脉宽调制控制技术中是不可能的。此方法的缺点是使用调压器将增加线路板的成本和空间，并且需要专用控制器来控制调压器。

　　3、PWM控制： 最广泛用于风扇转速控制的方法就是PWM控制。在此方法中，PWM驱动信号施加到连接至风扇的高侧或低侧的场效应晶体管（field-effect transistor，FET） 上。在特定频率k开关风扇，通过PWM信号的占空比（duty cycle）来控制风扇转速，而施加在风扇上的电压始终为全或零。此方法的最大优势是设计简单、外部电路少、且成本低。

　　缺点是因为电压并不总是施加在风扇上，转速计信号将被PWM驱动信号大幅削减。实际上，转速计信号将跟随PWM信号而变化。要避开这个问题，应该采用“脉冲展宽”技术来获得转速计信息。图1显示了由于PWM驱动信号的存在，经大幅削减/改变后的转速计信号。图2显示了使用脉冲展宽原理从实际转速计信号中重建转速计信号。

　　

　　DC风扇的类型

　　有三种主要的DC风扇类型：

　　1.2线风扇

　　2.3线风扇

　　3.4线风扇

　　2线风扇有两个引脚： 电源和接地。此风扇可以通过改变DC电压或者通过使用低频PWM驱动信号来控制。2线风扇没有转速计信号，因而没有用于测量风扇转速的信息。此类控制被称为“开环”。

　　图3 显示了采用SmartFusion cSoC实现的2线风扇电路实例。3线风扇有三个引脚： 电源、接地和转速计。此风扇可以通过改变DC电压或者通过使用低频PWM驱动信号来控制。3线风扇有转速计信号，显示了风扇转速。用户可以基于转速计读取值，调节风扇转速，这可以称为“闭环”控制。

　　

　　

　　

　　在某些情况下，3线风扇还可以采用开环方式来控制。图4和图5显示了采用SmartFusion cSoC来实现的3线风扇电路实例。4线风扇有四个引脚; 电源、接地、转速计和PWM输入。PWM输入用于控制风扇转速。在一个4线风扇中，电源只给线圈供电，而不是用于整个风扇的电源开/关，因此可以获得任何时间点的转速计信息。

　　此类风扇不需要脉冲展宽技术。为减少整流噪声，PWM频率可以提高到20 KHZ以上。采用此方法，可以去除可听范围的整流线圈噪声。图6显示了采用SmartFusion cSoC实现的4线风扇电路实例。