投影儀、大功率電源、數(shù)據(jù)通訊交換機和路由器等設(shè)備的散熱是一個值得考慮的問題。這些應(yīng)用功耗極大，使設(shè)計人員在設(shè)計時要用風扇來冷卻電子元件。如果吹向元器件的氣流等于或小于每分鐘六到七立方英尺(CFM)即可滿足冷卻要求，那么直流無刷風扇將是一個不錯的選擇。
利用分立方案、帶微處理器的電路或獨立風扇控制器集成電路(IC)均可驅(qū)動和控制直流無刷風扇的轉(zhuǎn)速。分立方案具有很強的定制性，缺乏通用性。盡管這是一種成本低廉的方案，但用它來實現(xiàn)一些“智能”特性(如預(yù)測風扇故障或拒絕風扇故障假警報等)，則頗有難度。另外，隨著功能的增加，這種系統(tǒng)的硬件故障排除工作量將變得非常巨大。
如果應(yīng)用中有多個風扇，則基于單片機的系統(tǒng)是最佳電路方案。借助這一單芯片方案和為數(shù)不多的外部元件，即可經(jīng)濟地對各種環(huán)境下的所有風扇及溫度進行控制。分立方案難以實現(xiàn)的“智能”特性用單片機方案可輕松實現(xiàn)。各種風扇的溫度閾值的設(shè)置和風扇的檢測均可用單片機固件來進行。但系統(tǒng)遠比控制一個風扇來得復(fù)雜，因此固件的開銷和調(diào)試將成為一個問題。
對于單一風扇的電路，獨立風扇控制器IC是最佳選擇。獨立IC具備故障檢測電路，當風扇出現(xiàn)故障時會通知系統(tǒng)，從而切斷系統(tǒng)的耗電部分。獨立IC的風扇故障檢測電路能夠抗干擾，可確保將假警報濾除。采用NTC熱敏電阻或片上的內(nèi)部溫度傳感器，即可將這種電路用于遠程溫度傳感，具有很好的經(jīng)濟性。這種電路的另一個優(yōu)點在于可檢測雙線風扇的故障，雙線風扇比三線風扇更加便宜。
如果不考慮所采用的電路類型，當風扇的位置確定下來后，應(yīng)對三個主要的設(shè)計問題加以考慮，分別為：風扇的激勵、溫度監(jiān)測以及風扇噪聲。
圖1所示為利用獨立IC驅(qū)動雙線風扇的電路。此電路中，TC647B的作用是根據(jù)NTC熱敏電阻上傳感的溫度改變風扇的轉(zhuǎn)速。TC647B還可檢測風扇運行，并顯示風扇何時發(fā)生了故障。
無刷直流風扇的轉(zhuǎn)速可通過兩種方法控制，即線性改變風扇電壓或?qū)﹄妷哼M行脈寬調(diào)制(PWM)。圖1中，TC647B利用PWM波形驅(qū)動晶體管Q1的基極，進而驅(qū)動風扇電壓。改變PWM波形的脈寬可提高/降低風扇轉(zhuǎn)速。利用脈寬調(diào)制法控制風扇的轉(zhuǎn)速，效率比線性調(diào)整法高。
圖2給出了工作于PWM模式下時，RSENSE兩端和SENSE引腳上的電壓。檢測電阻上的電壓既有直流成分，又有交流成分。交流電壓是由風扇電機繞組上電流換相產(chǎn)生的。RSENSE上的瞬時電壓通過CSENSE耦合到TC647B的SENSE引腳。這樣就除去了檢測電阻上電壓的直流成分。SENSE引腳上接有一個10KΩ的內(nèi)部接地電阻，該引腳可檢測電壓脈沖，并將風扇的運行情況傳送給TC647B。如果SENSE引腳在一秒鐘內(nèi)未檢測到脈沖，TC647B即顯示出現(xiàn)了故障。 利用一種廉價的方案，如一只熱敏電阻，即可方便地測量出溫度。熱敏電阻具有快速、小巧、輸出范圍寬等特點，且只需一個雙線接口。其另一個優(yōu)點在于，熱敏電阻與TC647B的距離可以較遠，從而使布局更加靈活。盡管熱敏電阻不是線性的，但可在一個較小的溫度范圍內(nèi)(±25oC)進行線性化處理，如圖3所示。線性化處理和電平變化是利用標準的1%電阻實現(xiàn)的。
盡管分立電路或單片機方案均可實現(xiàn)對雙線風扇的轉(zhuǎn)速進行與溫度成正比的控制和風扇故障檢測，但設(shè)計者還應(yīng)注意以下幾點。TC647B是一枚開關(guān)模式雙線無刷直流風扇轉(zhuǎn)速控制器。脈寬調(diào)制(PWM)是用來控制與熱敏電阻的溫度相關(guān)的風扇轉(zhuǎn)速的。風扇的最小轉(zhuǎn)速可通過連接到VMIN的簡單電阻分壓器來設(shè)置。利用集成的起動定時器確保電機通電時能可靠起動、從關(guān)斷模式恢復(fù)，或在瞬時故障后能自動重啟風扇。
TC647B還采用了Microchip的FanSenseTM技術(shù)，提高了系統(tǒng)可靠性。一顆芯片就包含了所有上述特性，大大方便了設(shè)計者實現(xiàn)單風扇應(yīng)用。
作者介紹
Bonnie C. Baker, Microchip Technology Inc.混合信號/模擬應(yīng)用部經(jīng)理
