MAX1669控制直流风扇的无刷电机

控制直流风扇的无刷电机有多种方式。最简单的方法是通过一只晶体管实现开/关控制。线性稳压器或功率放大器与DAC结合在一起，能够实现数字可编程的变速风扇控制系统。PC安全监测IC已配备了多个DAC，可用其中一路接入放大器来控制风扇。PWM风扇控制芯片是另外一种可用的控制方案，但仍需要一个DAC作为数字接口，而且PWM方案的使用需要倍加小心。

风扇控制技术的最新进展是将完整的数字接口和风扇驱动电路(除功率晶体管外)整合到单片IC中，MAX1669就是一个代表。MAX6650/MAX6651则代表了最前沿的风扇控制技术，是真正的风扇速度控制器。ab126计算公式大全

MAX1669代表了目前最为常用的风扇控制方案，可以提供线性DAC输出或PWM输出。它的超群之处在于它内置了一个远端结温传感器，可直接连接到IC内部的感温结，或用双极型晶体管例如2N3904作为远端传感器。MAX1669尤其适合于那些因为成本或技术的关系没有配备转速计的风扇。图1是MAX1669应用于线性控制风扇的一个实例。


图1. 采用MAX1669实现风扇线性控制的典型电路 风扇控制中的问题和方案新艺图库风扇控制中一个很大的问题便是相对于输入电压的变化风扇所表现出的非线性问题。正如图2所示，普通风扇甚至在驱动电压达到3V至8V之前都不会转动，而且因风扇而异。甚至同一种风扇，每个风扇的具体电压也会有所差异，并随着温度和老化而改变。当采用象MAX1669这样只带有简单的风扇驱动放大器或PWM输出的控制器件时，风扇在设定为低速运行之前，必须短暂地让其全速转动。要预先确定可以使用的最低转速是很困难的，而且它还会在很宽范围内变动。经过长时间的实验，可以找出适合于每个风扇的最小值。无论风扇速度设置为何值，这样一个开环系统是不可能对风扇速度进行控制的。


图2. 风扇速度随施加电压的典型变化曲线

门限电压的不可预见性迫使有些风扇控制IC采用了一些“小题大做”式的方案。例如，有一种IC会检查风扇是否在旋转，如果没有，就将驱动增加一级。如果风扇还没有旋转就再增加一级，这样一直到风扇启动。

MAX1669再配合一个转速反馈放大器就可以为此问题提供一个“干净”的方案，实现对风扇的转速控制(图3)。但也同时带来了结构的复杂性，以及风扇控制放大器的设计问题。风扇控制放大器的反馈回路包括了微分和积分电路，这些时间常数只能凭经验针对特定规格和型号的风扇进行设置(一旦设定，就可以固定下来，以便于生产)。这个附加的电路因为增加了元件数量，会造成成本的上升。


图3. 风扇控制放大器配合MAX1669，能够为带有转速信号输出的风扇提供全范围的线性调节(与开关控制不同)。
风扇速度的控制Maxim最新的风扇控制器，MAX6650和MAX6551，使简捷的风扇速度控制成为可能。MAX6650/MAX6651是闭环风扇控制IC，接受来自风扇转速计输出的反馈信号。这样能够直接设定风扇速度，而无须担心启动和低速运行的可靠性问题。MAX6650/MAX6651两者都能够驱动多个风扇(仅从其中一个风扇反馈转速信号)，而MAX6651能够监测多达四个风扇的转速计信号。


图4. MAX6650是真正的风扇速度控制器，它和带有转速信号输出的风扇一起构成了一个反馈控制环路。

图4描绘了MAX6650的一个典型应用。MAX6650根据编程于风扇速度寄存器内的数码控制风扇速度，使风扇转速计周期等于寄存器值的比例。由于通常风扇每转产生两个转速计脉冲，则所要求的风扇速度寄存器值由下列等式计算：



其中：

KTACH = 编程于风扇速度寄存器中的值

tTACH = 转速计信号周期

KSCALE = 预分频值(由MAX6650/MAX6651的配置寄存器设定，取值1至16 ，默认值4)

fCLK = MAX6650/MAX6651时钟频率(典型值为254kHz)

MAX6650/MAX6651的其它优点MAX6650/MAX6651不仅能够控制风扇速度，而且还能够完成很多其它功能。有看门狗功能，可监视控制环是否稳定，风扇速度是否超出程序设定的看门狗界限，以及其它一些通用的数字功能。限于文章的篇幅，关于其它功能的详细信息，请参考MAX6650/MAX6651的数据资料。

MAX6650/MAX6651将设计师从那些复杂的、与闭环放大器相关的问题中解脱出来，仅剩下选择和安装调整管的问题。

一般来讲，阻性负载、线性元件、用于控制的调节元件等在向负载输出一半的电源电压时要耗散最大的功率。但是，阻性负载能够很好地模拟风扇吗? 图4的曲线回答了这一问题，从图中可以看出用阻性负载模拟风扇比实际风扇对电路的要求更为严格。这意味着保守的设计可将风扇当作一个阻性负载来对待，唯一的问题是所选择的调整管要比仔细依照风扇特性所做出的选择大了一些。

从图4可以看出，随着电源电压的增大，风扇电流的变化是非线性的，并且总是低于电阻所能吸收的电流(根据风扇的满量程电压和电流决定该电流的大小)。比如：Papst风扇在12V供电时消耗约240mA电流，则等效电阻在一半输出电压时将消耗120mA电流，对应于0.72W的功耗：



其中PD表示最坏情况下阻性负载的功耗。

图4中需要注意的是，实际的Papst电机在调整管上的功耗为0.65W。此外还需关注Superred风扇的特性，该风扇的电压低至6V左右。在较为保守的设计中，将风扇看作阻性负载，能够为Superred风扇留出足够的安全裕量。

调整管选定后，如果满足下式所列的条件，则无需额外的散热：



其中：

TJMAX = 最高允许结温，来自晶体管制造商提供的数据资料

TA = 最高允许的环境温度

PD = 功耗(同上述的等式3)

θJ-A = 热阻，结到外部环境，来自晶体管制造商的数据资料

如果上式条件不满足，必须选择合适的散热器，以满足下式：


其中：

RθSA = 散热器热阻(来自散热器制造商的数据资料)

RθJC = 调整管结到外壳的热阻(来自晶体管制造商的数据资料)

目前尚未讨论风扇完全短路时的情况。如果发生，那么风扇电源所能输出的全部电流将流过调整管。如果需要考虑这种情况，则应该采用此时的电流和电压值来计算功耗和散热。作为另一种选择，可以在调整管上增加一个限流电路，例如图5所示的电路。可依据下式计算限流电阻的阻值：



其中，ILIMIT是期望的限流值。需要注意的是，该限流电路对温度比较敏感。等式中的常数0.6实际上是电流限制晶体管的基-射极电压，变化率约为-2.2mV/°C。对于要求随着温度的升高而降低限流值的应用，这个特性却是很有用的。


图5. 当调整管要求限制电流时，这个电路能够实现该功能。