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MAX6653風扇控制器實現(xiàn)電路轉(zhuǎn)換PWM風扇驅(qū)動線性和減少噪音

來源：

2024-02-23

類別：基礎(chǔ)知識

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本應用說明描述了控制冷卻風扇的標準方法的替代方法。使用PWM輸出的溫度傳感的典型方法可能導致過量的噪聲。相反，將PWM風扇驅(qū)動轉(zhuǎn)換為線性的電路可以降低噪聲。

風扇是許多熱管理策略的必要組成部分，但是風扇在全速運行時可能會導致過度的可聽噪音。調(diào)節(jié)冷卻風扇轉(zhuǎn)速作為溫度的函數(shù)是降低系統(tǒng)噪聲的好方法。進行這種調(diào)整的標準方法(在圖1中以簡化形式顯示)使用將溫度傳感與PWM輸出相結(jié)合的IC，該IC反過來控制直流無刷風扇的電源。

圖1 MAX6653風扇控制器產(chǎn)生PWM信號，其占空比隨溫度升高而增加。PWM波形通過調(diào)制風扇的電源來控制風扇的轉(zhuǎn)速。

風扇控制器(IC1)測量外部二極管連接晶體管的溫度，該晶體管可以是分立晶體管或英特爾或AMD 微處理器上的熱感二極管。然后根據(jù)測量到的溫度，風扇控制器自動調(diào)整其PWM輸出波形的占空比。風扇控制特性，如風扇開始旋轉(zhuǎn)的溫度、初始PWM占空比和溫度/占空比關(guān)系的斜率，都是通過SMBus編程的。因此，在低溫下，風扇旋轉(zhuǎn)緩慢(或根本不旋轉(zhuǎn))，產(chǎn)生很少的噪音。隨著系統(tǒng)溫度的升高，需要更多的冷卻，風扇就會加速。風扇速度的變化是漸進的，所以如果風扇速度控制器編程正確，用戶可能不會注意到電路的運行。

MAX6653是一款ACPI兼容的本地和遠端結(jié)溫度傳感器以及風扇控制器。它能夠測量自身的芯片溫度，以及遠端PN結(jié)的溫度，并根據(jù)所測得的溫度來控制直流冷卻風扇的速度。

其主要特性和優(yōu)點包括：

遠端結(jié)溫傳感器，具有±1°C的精度，范圍在+60°C至+100°C。

ACPI兼容的可編程溫度報警。

本地和遠端結(jié)溫的測量分辨率均為0.125°C。

可編程溫度偏移，用于系統(tǒng)校準。

SMBus 2線串行接口，具有超時檢測功能。

自動或手動的風扇速度控制，以及PWM風扇控制輸出。

風扇速度的監(jiān)視和看門狗功能，以及風扇故障和失效的指示。

與2線或3線風扇(轉(zhuǎn)速計輸出)兼容。

電源電壓范圍在+3V至+5.5V。

附加的關(guān)斷設(shè)定值。

受控的PWM上升/下降時間。

此外，MAX6653還包括一個閉環(huán)風扇控制器，可以根據(jù)模擬或數(shù)字轉(zhuǎn)速計反饋來調(diào)節(jié)風扇速度。其工作溫度范圍為-40℃～+125℃(遠端傳感器)和0℃～+70℃(評估板)。該產(chǎn)品適用于多種應用，包括工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、個人計算機、服務器、電信設(shè)備、測試設(shè)備和工作站等。

以上信息僅供參考，如需了解更多信息，建議訪問Maxim Integrated官方網(wǎng)站或查閱相關(guān)數(shù)據(jù)手冊。

PWM輸出驅(qū)動功率晶體管Q1，調(diào)制風扇的電源。PWM調(diào)制簡單、廉價、高效，但它將一系列脈沖應用于風扇的電源。伴隨著每個PWM脈沖的是風扇組件的輕微物理擾動，這可能導致風扇噪聲的增加，通常以PWM頻率的“咔嗒”聲的形式出現(xiàn)。根據(jù)風扇的設(shè)計，這種噪音可能是幾乎聽不見的，或者可能是適度的響亮和分散用戶。

為了盡量減少這種多余的噪音，驅(qū)動風扇與直流電壓。直流驅(qū)動消除了PWM脈沖和由此增加的風扇噪聲。圖2的電路本質(zhì)上是一個具有高輸出電流能力的反相放大器。它過濾來自IC1的PWM波形，并提供隨占空比線性變化的電流和電壓增強輸出。它還反轉(zhuǎn)PWM波形，因此當PWM輸出為0V時，對風扇的100%驅(qū)動發(fā)生。

圖2 該電路改進了圖1的標準方法，包括一個低通濾波器，將IC1的PWM輸出轉(zhuǎn)換為冷卻風扇的直流電源。將IC1替換為具有更高PWM頻率的風扇控制器(例如MAX6639)，可以顯著降低C1的值。

風扇全速運行的標稱供電電壓為12V。pwm -線性電路工作電壓為12V, IC1工作電壓為3.3V。由于Q3的基極電壓為3.3V，因此其發(fā)射極電壓約為2.7V。Q3的發(fā)射極作為放大器的反相輸入。R1、R2和R3在放大器周圍提供反饋。注意，通過R1和R2的大部分電流也流過R3，在PWM輸出和風扇之間提供電壓增益。為了適應該增益，Q2的漏極被驅(qū)動為承擔相應的電壓。電容C1和C3通過濾波PWM波形產(chǎn)生有效的直流輸出電壓。少量的漣漪是聽不見的，因此是可以接受的。但是，如果有必要，您可以更改電容值，以根據(jù)電容大小交易紋波電壓。

請注意，圖2中的C1是一個相當大的值(100μF)，因為它用于過濾來自IC1的93.5Hz最大PWM頻率信號。將IC1替換為產(chǎn)生更高頻率PWM的風扇控制器IC，可以降低C1的值。具有較高PWM頻率的風扇控制器的示例包括MAX6615 / MAX6616 (35kHz)， MAX6639 (25kHz)和MAX6641 (35kHz)。使用這些ic中的任何一個，將PWM頻率設(shè)置為最大值，可以將C1降低到1μF左右。

圖3顯示了圖2電路的輸出電壓與PWM占空比的關(guān)系。傳遞函數(shù)是線性的，表現(xiàn)良好。為了最小化輸出紋波，將IC1的PWM輸出頻率設(shè)置為最高可用值。設(shè)置PWM輸出極性，為100%占空比的PWM輸出提供0V。因此，當驅(qū)動風扇時，一定要選擇一個占空比，導致輸出電壓至少為滿量程的40%。請注意，40%的最小電壓是一個準則;不同的風扇型號在低電源電壓下運行的能力不同。