散熱風扇應用于很多的機械,其中在電腦中的應用使我們都非常熟悉的。機箱散熱風扇在電腦中的運轉可能會有不同的模式,其中有一種模式是由PWM信號來進行控制的。那么在這樣的情況下,機箱散熱風扇的參數要怎么進行計算呢?
在某一個固定占空比的PWM信號下,R6上的壓降是定值,大小等于(vref-Vbe);R7與R8組成的分壓電路被用于監控輸出電壓的變化,目標輸出電壓等于[Vref*R8/(R7+R8)]。當輸出電壓偏高或者降低時,由R7和R8逐級上報,然后T2進行分析之后做出決策,決策由T3負責執行,這是一套負反饋系統。
分解步驟如下:
輸出電壓低于目標值==》R8的壓降低于Vref==》從套管T2在R8那側的分管流入R6的電流減小(地主家也沒有余糧了)==》R6的壓降[Vr6=(Vr8-Vbe)]降低==》T2在C2那側的分管的Vbe之間的壓差(Vref-Vr6)被拉大 ==》T2在這一側的基極電流Ib增加,填補虧空==》Ib增加意味著Ic增加(Ib乘以三極管的放大倍速)==》T2的Ic等于T3的Ib==》T3的Ic增大,T3的發射極與集電極之間的壓降Vce減小(往飽和區方向靠近)==》輸出電壓(UGBATT-Vce)增加==》反之,如果輸出電壓過沖之后的響應也可據此類推==》周而復始,直至達到新的平衡。
應用這個電路時,需要注意的要點主要有以下兩點:
1)、占空比與輸出電壓之間的線性關系區域有限,在應用前做好仿真,最后經過實測。
圖1.12,PWM占空比與風扇轉速之間的關系
2)、線性區域的范圍可以通過R5進行微調,R5對T3有保護作用,所以不建議摘除R5。
圖1.13, R5的選值與線性區間的關系
如圖1.14,通過R6也可以微調線性區域,但是R6對電路穩定性影響比較大,不建議隨意變動。
圖1.14, R6的選值與線性區間的關系
3)、這套電路的監督、反饋機制是比較弱的,從監督到執行,再到具體落實的過程,電路的控制力比較弱,原因是由T2組成的決策機構的增益不足,也就是說電路的直流增益比較小,后果是穩態誤差比較大,特別當負載電流變化比較大的時候,如風扇。所以,由集成電路實現的LDO會使用運算放大器代替T2,因為運放的增益很大,如圖1.9示意。
直流增益小的后果是,特性曲線表現疲軟,帶載能力弱,如圖1.15示意。當負載的需求波動比較大的時候,電路響應慢,對誤差的控制能力弱,所以輸出電壓也會隨負載波動而波動。我們知道風扇是感性負載,她的脾氣(對電流的需求)是感性的,圖1.16是實測的電壓波動波形。
圖1.15, 風扇控制電路的帶載能力
放大細節:
圖1.16,風扇在運轉時的電壓波動
4)、不過,風扇控制的并不要求很精確,所以這個電路應用起來沒有問題,不過需要防范風扇的“脾氣”發泄到隔壁負載上去,避免由感性負載所產生的噪音對系統其它模塊產生的干擾。
避免干擾的做法就是增加濾波器,在常規的電源設計之中,一般會在靠近負載端就近擺放一個濾波器。這樣做的目的是為了保證進入負載的電源是干凈的,特別是當負載是“敏感體質”的模擬電路,如圖1.17。
圖1.17,負載的輸入濾波器設計
但是,對于風扇來說,濾波器的擺放需要顛倒過來,風扇是“熊孩子”,我們需要防止他對別人的傷害,如圖1.18。
圖1.18,風扇的輸入濾波器設計
綜上所述,我們可以了解到,機箱散熱風扇在PWM信號下的運轉是很有意思的,可以反映出機箱散熱風扇的運轉隨其他的參數變化的規律和某些參數的計算過程。如果我們對這個問題有更深的興趣的話,可以深入了解。
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