PC风扇自启动恒流驱动电路的设计-设计应用

精品文档-下载后可编辑PC风扇自启动恒流驱动电路的设计-设计应用1引言

每到夜深人静的时候家里PC机风扇的噪声就非常响，有时会发出刺耳的响声，因此对PC机的风扇电路进行了分析，发现其电路(图1)的PWM信号直接驱动控制三极管，虽经风扇供电用的大容量电解电容滤波，但仍然存在客观的纹波电压，使风扇不能转动平稳，杂信号较大。而且此电路在启动瞬间，有很大的启动电流，会对控制三极管造成很大的冲击。因此，产生了对PC机的风扇电路进行改造的强烈愿望，并进行了设计分析。由于PWM信号于SuperI/O，为固定频率的PWM数位信号，占空比会随所感应之温度变化而变化，温度越高，占空比越大，风扇速度越快。因此添加一个DAC电路，把PWM数位信号通过积分和分压电路变成平滑的模拟信号;利用自启动恒流线性驱动电路来控制通过CPU风扇的电流，从而控制风扇的转速。新设计的电路主要具有启动电流小、自启动恒流线性驱动、风扇杂信号小等优点，电路设计见图2。

图1原CPUFAN驱动电路

图2自启动恒流驱动电路

2DC风扇自启动恒流驱动电路原理分析

2.1DAC转换网络

DAC转换网络由R1、C1、R2和R3组成。其中R1和C1构成D/A转换器，它是将输入的PWM数位信号通过积分转换为平滑的模拟信号，R2和R3构成分压电路，根据不同的风扇规格，可以调整R2和R3的阻值来选择合适的电压。

2.2自启动恒流驱动网络

这部分电路由放大器、三极管、R4、R5和D1组成。其中R4的作用是限流，Q1是用来控制流过风扇的电流。如果PWM的占空比为0(即放大器的V+端输入电压为0)，放大器输出电压很低。此时可以通过D1设置不同的启动电压，来调整风扇工作电压和转速，这就是自启动特性。当我们把PWM的占空比增大时，放大器的输出电压逐渐变大，相当于基极电流增加，三极管集电极电流增加，风扇转速加快，因此可以通过改变PWM的占空比来调整风扇的转速。R5的作用是构成电流并联负反馈，当通过风扇的电流增大时，放大器的V-端电压升高，放大器的输出端电压降低，因此通过三极管的电流又会减少，形成一个电流负反馈，如图4所示。放大器的V+和V-端起阻抗匹配的作用。

图3电流负反馈

图4软启动延迟时间

2.3软启动

软启动是用来阻止上电瞬间电源输入过大的电流的。因为这一电流会对控制三极管造成很大的冲击，在电路中，此保护功能主要是由C2来完成，在上电瞬间，放大器的V+端由于电容的C2的存在，对C2开始充电，V+端电压从0开始上升，在V+端电压上升到V-端电压之前，放大器的输出端电压很低，三极管允许通过的电流很小。从而起到保护作用。一般软启动延时时间是2ms，见图4。

图中是通过Pspice10.0transientanalysis的结果，A代表放大器V+端上电时的电压变化，从图中可以看出软启动时间大约是2.5ms。

3自启动恒流驱动电路的仿真与测试

3.1软件仿真分析

按原电路设计的风扇在启动瞬间，有很大的启动电流，对控制三极管造成很大的冲击。新设计的电路采用了软启动技术，它的启动电流很小，基本上接近于0，完全可以避免大电流对三极管的冲击，使电路可靠性提高。图5是Pspice10.0仿真比较。

(5-1)

(5-2)

图5启动电流的仿真

上图中，(5－1)为旧电路三极管电流瞬态分析，从图中可以看出启动电流为1.2A，非常大。而(5-2)为新设计的电路，启动电流只有4mA，新电路的启动电流非常小基本上接近于0。这样能够保证三极管正常地安全地工作。

对于原电路来说，PWM信号直接驱动控制三极管，虽然经过风扇供电用大容量的电解电容滤波，但仍然存在客观的纹波电压，使风扇转动不平稳，杂信较大。而新设计的电路采用了D/A转换电路，它首先将PWM数位信号转换为平滑的模拟信号，驱动部分为纯直流驱动，所以风扇工作电压达到0纹波的理想境界，风扇转动平稳，杂信小，转速信号容易抓取，无干扰。上板测量结果见图6所示。

原电路的纹波电压，峰值162mV新电路的纹波电压，接近于0。

图6纹波电压测量

3.2自启动的测试

在原电路中，由于PWM的占空比很小，所以常常出现风扇转速很低甚至停转的现象。而对于新设计的电路，采用了自启动，通过D1设置不同的启动电压，来调整风扇工作电压和转速，通过实物调试，当PWM的输入端占空比为0时，风扇仍然能够旋转，这就是新电路独特的自启动技术。