采用SMBus溫度傳感器IC實(shí)現(xiàn)風(fēng)扇開(kāi)關(guān)控制

    在很多產(chǎn)品中，低或中速運(yùn)行的風(fēng)扇已足以散熱，同時(shí)允許保留最高速模式以應(yīng)付最糟糕的情形。本文闡述的電路使用線性電壓控制，并通過(guò)以低于廠商滿額定電壓的直流電壓來(lái)運(yùn)行風(fēng)扇達(dá)到降低風(fēng)扇速度從而降低噪聲的目的。

SMBus溫度傳感器IC

    市場(chǎng)上可以買到的SMBus溫度傳感器IC包括測(cè)量IC周圍環(huán)境溫度的傳感器以及支持一個(gè)或多個(gè)外部傳感器(即一些廉價(jià)的、與二極管相連的三極管)的器件。

    SMBu通信接口為系統(tǒng)微控制器提供簡(jiǎn)便的連接，而通過(guò)可寫(xiě)寄存器可對(duì)溫度傳感器的測(cè)量參數(shù)進(jìn)行配置。

    許多SMBus溫度傳感器具有一個(gè)或兩個(gè)輸出，當(dāng)溫度超過(guò)的某一極限值(已編程到IC寄存器內(nèi))，它們就會(huì)起作用(典型情況是變低電平)。設(shè)計(jì)工程師有望獲得1到3°C的典型傳感器精度和精細(xì)到1/8 °C的分辨率。

    大多數(shù)DC無(wú)刷風(fēng)扇的通用驅(qū)動(dòng)電壓是+5V和+12V_dc。全速運(yùn)行的風(fēng)扇會(huì)產(chǎn)生令人討厭的噪聲，因此，盡可能降低風(fēng)扇的速度就很重要。在降壓下運(yùn)行直流風(fēng)扇且隨著風(fēng)扇的老化，風(fēng)扇啟動(dòng)電壓會(huì)成為一個(gè)限制因素，因?yàn)檩S承磨損會(huì)導(dǎo)致所要求的啟動(dòng)電壓增加。

    風(fēng)扇的實(shí)際工作電壓范圍變化很大。某廠商額定+5V的風(fēng)扇可能用2V_dc就可以啟動(dòng)，而相同尺寸和規(guī)格的另一臺(tái)風(fēng)扇可能需要4Vdc才能啟動(dòng)。當(dāng)所選風(fēng)扇的工作電壓低于廠商的額定值時(shí)，至關(guān)重要的是提取風(fēng)扇特征并加入一些裕量，這是考慮到磨損情況及風(fēng)扇之間存在差異。

智能控制

1．兩個(gè)三極管實(shí)現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)：

    圖2所示的電路對(duì)于+3.3V和+5V供電的風(fēng)扇產(chǎn)品很有用。當(dāng)溫度低于兩個(gè)極限設(shè)置時(shí)，開(kāi)漏輸出Out1和Out2被置為高，使R1和R2拉高P溝道FET Q1和Q2的柵極，將它們關(guān)閉。當(dāng)溫度超過(guò)圖1中的極限值1時(shí)，Out1變?yōu)榈?，打開(kāi)Q1并通過(guò)肖特基二極管D1向風(fēng)扇施加大約3V的電壓。當(dāng)Out2變低時(shí)，Q2打開(kāi)并向風(fēng)扇施加5V的電壓。D2確保5V電源不會(huì)通過(guò)Q1反向作用于3.3V電源。

    該電路功效很高，因?yàn)槿龢O管基極不消耗電流，它的作用是開(kāi)關(guān)，直接將風(fēng)扇連接到電源軌上。選擇Ron< 0.75Ω@ V_gs=3V的P溝道FET可以保持電壓降和功耗較低。低功耗就容許風(fēng)扇采用小外形SOT-23器件來(lái)做到400mA@5V的額定電流。

2．單個(gè)三極管實(shí)現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)

     圖3所示的電路采用一個(gè)PNP三極管來(lái)控制風(fēng)扇的三個(gè)速度：停轉(zhuǎn)、中速和高速。當(dāng)溫度低于兩個(gè)極限設(shè)置時(shí)，Out1和Out2都變高。Q1的基極沒(méi)有電流流過(guò)，因此它關(guān)閉且風(fēng)扇電壓為0V。

    當(dāng)溫度超過(guò)極限值1時(shí)，Out1驅(qū)動(dòng)變低且電阻分配器R1/R2將Q1基極的電壓設(shè)為1.8V。因基極電壓為V_be，發(fā)射極電壓將比V_be高0.7V，從而使風(fēng)扇電壓為2.5V(滿幅電壓的50%)。

    當(dāng)Out2變低時(shí)，它將Q1基極拉低到地電平，基極電流受到IC輸出最大吸收能力的限制，典型值為6-8mA@V_ol=0.4V。由于基極電流有限，Q1的增益應(yīng)大于100以確保最小電壓降及強(qiáng)大的三極管驅(qū)動(dòng)能力。輸出器件和Q1之間的電壓降將最大風(fēng)扇電壓限制為4.1V(滿幅電壓的82%)。

3．單個(gè)三極管實(shí)現(xiàn)12V風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)

    圖4所示的電路與單個(gè)三極管電路稍微不同，可以驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇以低速、中速和高速運(yùn)行。這樣的安排容許12V風(fēng)扇由輸出最高電壓為5V的IC所控制。

    當(dāng)IC兩個(gè)輸出都為高時(shí)，低速由電阻R1和R3設(shè)置。R1/R3電壓分配器將Q1基極電壓設(shè)置為5.0V，從而為風(fēng)扇提供大約6.3V的電壓(滿幅電壓的52%)。當(dāng)Out1變?yōu)榈蜁r(shí)，可以實(shí)現(xiàn)中速，通過(guò)R2吸收電流來(lái)設(shè)置基極電壓為2.5V、風(fēng)扇電壓為8.8V(滿幅電壓的73%)。當(dāng)Out2變低時(shí)，高速電壓達(dá)到11.1V(滿幅電壓的92%)。

本文小結(jié)

    采用SMBus溫度傳感器可以控制風(fēng)扇的三個(gè)速度，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活性很高，成本很低。通過(guò)采用較低的兩個(gè)風(fēng)扇速度實(shí)現(xiàn)正常和高于平均功耗情形的運(yùn)行，風(fēng)扇速度可以被設(shè)置用于靜音運(yùn)行。最高速度可以專用于極端溫度條件下的運(yùn)行，此時(shí)冷卻作用優(yōu)先于靜音運(yùn)行。