采用SMBus溫度傳感器IC實現(xiàn)風(fēng)扇開關(guān)控制
在很多產(chǎn)品中，低或中速運行的風(fēng)扇已足以散熱，同時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，并通過以低于廠商滿額定電壓的直流電壓來運行風(fēng)扇達到降低風(fēng)扇速度從而降低噪聲的目的。
SMBus溫度傳感器IC
市場上可以買到的SMBus溫度傳感器IC包括測量IC周圍環(huán)境溫度的傳感器以及支持一個或多個外部傳感器(即一些廉價的、與二極管相連的三極管)的器件。
SMBu通信接口為系統(tǒng)微控制器提供簡便的連接，而通過可寫寄存器可對溫度傳感器的測量參數(shù)進行配置。
圖1：本文控制電路設(shè)定的溫度和風(fēng)扇速度的關(guān)系。
許多SMBus溫度傳感器具有一個或兩個輸出，當(dāng)溫度超過的某一極限值(已編程到IC寄存器內(nèi))，它們就會起作用(典型情況是變低電平)。設(shè)計工程師有望獲得1到3°C的典型傳感器精度和精細到1/8 °C的分辨率。
大多數(shù)DC無刷風(fēng)扇的通用驅(qū)動電壓是+5V和+12Vdc。全速運行的風(fēng)扇會產(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。在降壓下運行直流風(fēng)扇且隨著風(fēng)扇的老化，風(fēng)扇啟動電壓會成為一個限制因素，因為軸承磨損會導(dǎo)致所要求的啟動電壓增加。
風(fēng)扇的實際工作電壓范圍變化很大。某廠商額定+5V的風(fēng)扇可能用2Vdc就可以啟動，而相同尺寸和規(guī)格的另一臺風(fēng)扇可能需要4Vdc才能啟動。當(dāng)所選風(fēng)扇的工作電壓低于廠商的額定值時，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。
圖2：兩個三極管實現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動。
智能控制
1．兩個三極管實現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動：
圖2所示的電路對于+3.3V和+5V供電的風(fēng)扇產(chǎn)品很有用。當(dāng)溫度低于兩個極限設(shè)置時，開漏輸出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)溫度超過圖1中的極限值1時，Out1變?yōu)榈停蜷_Q1并通過肖特基二極管D1向風(fēng)扇施加大約3V的電壓。當(dāng)Out2變低時，Q2打開并向風(fēng)扇施加5V的電壓。D2確保5V電源不會通過Q1反向作用于3.3V電源。
該電路功效很高，因為三極管基極不消耗電流，它的作用是開關(guān)，直接將風(fēng)扇連接到電源軌上。選擇Ron< 0.75Ω@ Vgs=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器件來做到400mA@5V的額定電流。
2．單個三極管實現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動
圖3：單個三極管實現(xiàn)5V風(fēng)扇驅(qū)動。
圖3所示的電路采用一個PNP三極管來控制風(fēng)扇的三個速度：停轉(zhuǎn)、中速和高速。當(dāng)溫度低于兩個極限設(shè)置時，Out1和Out2都變高。Q1的基極沒有電流流過，因此它關(guān)閉且風(fēng)扇電壓為0V。
當(dāng)溫度超過極限值1時，Out1驅(qū)動變低且電阻分配器R1/R2將Q1基極的電壓設(shè)為1.8V。因基極電壓為Vbe，發(fā)射極電壓將比Vbe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，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@Vol=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大的三極管驅(qū)動能力。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．單個三極管實現(xiàn)12V風(fēng)扇驅(qū)動
圖4所示的電路與單個三極管電路稍微不同，可以驅(qū)動風(fēng)扇以低速、中速和高速運行。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。
圖4：單個三極管實現(xiàn)12V風(fēng)扇驅(qū)動。
當(dāng)IC兩個輸出都為高時，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，可以實現(xiàn)中速，通過R2吸收電流來設(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，高速電壓達到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)扇的三個速度，其系統(tǒng)設(shè)計靈活性很高，成本很低。通過采用較低的兩個風(fēng)扇速度實現(xiàn)正常和高于平均功耗情形的運行，風(fēng)扇速度可以被設(shè)置用于靜音運行。最高速度可以專用于極端溫度條件下的運行，此時冷卻作用優(yōu)先于靜音運行。
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