最近幾年來(lái)，業(yè)界對(duì)于利用集成電路控制用于各種電子設(shè)備的冷卻風(fēng)扇速度的興趣一直在增長(zhǎng)。電子產(chǎn)品，尤其消費(fèi)電子產(chǎn)品的尺寸，每天都在顯著減小，但是由于在芯片上運(yùn)行的應(yīng)用程序日趨復(fù)雜，芯片產(chǎn)生的熱量卻在增加。有兩種方式可以去除所產(chǎn)生的熱量。

　　一種方法就是使用無(wú)源元件，比如散熱器和熱導(dǎo)管，第二種方法就是使用有源元件，比如冷卻風(fēng)扇。

　　在許多消費(fèi)和其它產(chǎn)品中，可以觀察到無(wú)源元件由于尺寸和成本原因而無(wú)法勝任。使用冷卻風(fēng)扇可在熱源周圍產(chǎn)生氣流，是去除熱量的有效方法。不過(guò)，在系統(tǒng)中增加冷卻風(fēng)扇將會(huì)增加功耗。對(duì)于電池供電的系統(tǒng)，這是一個(gè)重要因素。

　　另外，因?yàn)槔鋮s風(fēng)扇是機(jī)械部件，因而會(huì)產(chǎn)生噪聲。通過(guò)控制風(fēng)扇速度，可以有效地解決以上問(wèn)題。風(fēng)扇在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行所消耗的功率較少，這可延長(zhǎng)電池壽命，又能減少風(fēng)扇發(fā)出的噪聲，并增加風(fēng)扇的使用期限。

　　控制速度的方法

　　1、開(kāi)/關(guān)（ON/OFF）控制： 這是最簡(jiǎn)單的方法。當(dāng)特定元件的溫度超出閾值時(shí)，可以使用驅(qū)動(dòng)信號(hào)開(kāi)啟風(fēng)扇; 或者當(dāng)溫度低于閾值時(shí)關(guān)閉風(fēng)扇。雖然該方法非常簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)是在接通的這刻，風(fēng)扇以全速運(yùn)轉(zhuǎn)并因此消耗了最大功率且產(chǎn)生了噪聲。

　　2、線性控制： 此方法通過(guò)調(diào)壓器來(lái)控制施加在風(fēng)扇上的DC電壓。降低電壓可以使風(fēng)扇以較低的速度運(yùn)轉(zhuǎn)，且可增加電壓使風(fēng)扇以較高的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。此方法的優(yōu)勢(shì)是電壓始終施加在風(fēng)扇上。因此，在任何時(shí)候，轉(zhuǎn)速計(jì)（tacho）信號(hào)都會(huì)存在并被測(cè)量。這在脈寬調(diào)制控制技術(shù)中是不可能的。此方法的缺點(diǎn)是使用調(diào)壓器將增加線路板的成本和空間，并且需要專用控制器來(lái)控制調(diào)壓器。

　　3、PWM控制： 最廣泛用于風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制的方法就是PWM控制。在此方法中，PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)施加到連接至風(fēng)扇的高側(cè)或低側(cè)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET） 上。在特定頻率k開(kāi)關(guān)風(fēng)扇，通過(guò)PWM信號(hào)的占空比（duty cycle）來(lái)控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，而施加在風(fēng)扇上的電壓始終為全或零。此方法的最大優(yōu)勢(shì)是設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、外部電路少、且成本低。

　　缺點(diǎn)是因?yàn)殡妷翰⒉豢偸鞘┘釉陲L(fēng)扇上，轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)將被PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)大幅削減。實(shí)際上，轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)將跟隨PWM信號(hào)而變化。要避開(kāi)這個(gè)問(wèn)題，應(yīng)該采用“脈沖展寬”技術(shù)來(lái)獲得轉(zhuǎn)速計(jì)信息。圖1顯示了由于PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)的存在，經(jīng)大幅削減/改變后的轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)。圖2顯示了使用脈沖展寬原理從實(shí)際轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)中重建轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)。

　　DC風(fēng)扇的類型

　　有三種主要的DC風(fēng)扇類型：

　　1.2線風(fēng)扇

　　2.3線風(fēng)扇

　　3.4線風(fēng)扇

　　2線風(fēng)扇有兩個(gè)引腳： 電源和接地。此風(fēng)扇可以通過(guò)改變DC電壓或者通過(guò)使用低頻PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制。2線風(fēng)扇沒(méi)有轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)，因而沒(méi)有用于測(cè)量風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的信息。此類控制被稱為“開(kāi)環(huán)”。

　　圖3 顯示了采用SmartFusion cSoC實(shí)現(xiàn)的2線風(fēng)扇電路實(shí)例。3線風(fēng)扇有三個(gè)引腳： 電源、接地和轉(zhuǎn)速計(jì)。此風(fēng)扇可以通過(guò)改變DC電壓或者通過(guò)使用低頻PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)控制。3線風(fēng)扇有轉(zhuǎn)速計(jì)信號(hào)，顯示了風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。用戶可以基于轉(zhuǎn)速計(jì)讀取值，調(diào)節(jié)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，這可以稱為“閉環(huán)”控制。

　　在某些情況下，3線風(fēng)扇還可以采用開(kāi)環(huán)方式來(lái)控制。圖4和圖5顯示了采用SmartFusion cSoC來(lái)實(shí)現(xiàn)的3線風(fēng)扇電路實(shí)例。4線風(fēng)扇有四個(gè)引腳; 電源、接地、轉(zhuǎn)速計(jì)和PWM輸入。PWM輸入用于控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。在一個(gè)4線風(fēng)扇中，電源只給線圈供電，而不是用于整個(gè)風(fēng)扇的電源開(kāi)/關(guān)，因此可以獲得任何時(shí)間點(diǎn)的轉(zhuǎn)速計(jì)信息。

　　此類風(fēng)扇不需要脈沖展寬技術(shù)。為減少整流噪聲，PWM頻率可以提高到20 KHZ以上。采用此方法，可以去除可聽(tīng)范圍的整流線圈噪聲。圖6顯示了采用SmartFusion cSoC實(shí)現(xiàn)的4線風(fēng)扇電路實(shí)例。