1 引言

　　每到夜深人靜的時(shí)候家里PC 機(jī)風(fēng)扇的噪聲就非常響， 有時(shí)會發(fā)出刺耳的響聲， 因此對PC 機(jī)的風(fēng)扇電路進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)其電路(圖1)的PWM 信號直接驅(qū)動控制三極管， 雖經(jīng)風(fēng)扇供電用的大容量電解電容濾波， 但仍然存在客觀的紋波電壓， 使風(fēng)扇不能轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，雜信號較大。而且此電路在啟動瞬間，有很大的啟動電流，會對控制三極管造成很大的沖擊。因此，產(chǎn)生了對PC 機(jī)的風(fēng)扇電路進(jìn)行改造的強(qiáng)烈愿望， 并進(jìn)行了設(shè)計(jì)分析。由于PWM 信號來源于Super I /O， 為固定頻率的PWM 數(shù)位信號， 占空比會隨所感應(yīng)之溫度變化而變化， 溫度越高， 占空比越大， 風(fēng)扇速度越快。因此添加一個(gè)DAC 電路， 把PWM 數(shù)位信號通過積分和分壓電路變成平滑的模擬信號; 利用自啟動恒流線性驅(qū)動電路來控制通過CPU 風(fēng)扇的電流，從而控制風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。新設(shè)計(jì)的電路主要具有啟動電流小、自啟動恒流線性驅(qū)動、風(fēng)扇雜信號小等優(yōu)點(diǎn)， 電路設(shè)計(jì)見圖2 。

圖1 原 CPU FAN 驅(qū)動電路

圖2 自啟動恒流驅(qū)動電路

　　2 DC 風(fēng)扇自啟動恒流驅(qū)動電路原理分析

　　2.1 DAC 轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)

　　DAC 轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)由R1、C1、R2 和R3 組成。其中R1和C1 構(gòu)成D/A 轉(zhuǎn)換器，它是將輸入的PWM 數(shù)位信號通過積分轉(zhuǎn)換為平滑的模擬信號，R2 和R3 構(gòu)成分壓電路，根據(jù)不同的風(fēng)扇規(guī)格，可以調(diào)整R2 和R3 的阻值來選擇合適的電壓。

　　2.2 自啟動恒流驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)

　　這部分電路由放大器、三極管、R4、R5 和D1 組成。其中R4 的作用是限流，Q1 是用來控制流過風(fēng)扇的電流。如果PWM 的占空比為0(即放大器的V+ 端輸入電壓為0) ，放大器輸出電壓很低。此時(shí)可以通過D1 設(shè)置不同的啟動電壓，來調(diào)整風(fēng)扇工作電壓和轉(zhuǎn)速，這就是自啟動特性。當(dāng)我們把PWM 的占空比增大時(shí)， 放大器的輸出電壓逐漸變大， 相當(dāng)于基極電流增加，三極管集電極電流增加， 風(fēng)扇轉(zhuǎn)速加快， 因此可以通過改變PWM 的占空比來調(diào)整風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。R5 的作用是構(gòu)成電流并聯(lián)負(fù)反饋， 當(dāng)通過風(fēng)扇的電流增大時(shí)， 放大器的V- 端電壓升高，放大器的輸出端電壓降低，因此通過三極管的電流又會減少，形成一個(gè)電流負(fù)反饋，如圖4所示。放大器的V+ 和V- 端起阻抗匹配的作用。

圖3 電流負(fù)反饋

圖4 軟啟動延遲時(shí)間

　　2.3 軟啟動

　　軟啟動是用來阻止上電瞬間電源輸入過大的電流的。因?yàn)檫@一電流會對控制三極管造成很大的沖擊，在電路中， 此保護(hù)功能主要是由C2 來完成， 在上電瞬間，放大器的V+ 端由于電容的C2 的存在，對C2 開始充電，V+ 端電壓從0 開始上升，在V+ 端電壓上升到V- 端電壓之前， 放大器的輸出端電壓很低， 三極管允許通過的電流很小。從而起到保護(hù)作用。一般軟啟動延時(shí)時(shí)間是2ms，見圖4。

　　圖中是通過Pspice10.0 transient analysis 的結(jié)果，A 代表放大器V+ 端上電時(shí)的電壓變化，從圖中可以看出軟啟動時(shí)間大約是2.5ms。

　　3 自啟動恒流驅(qū)動電路的仿真與測試

　　3.1 軟件仿真分析

　　按原電路設(shè)計(jì)的風(fēng)扇在啟動瞬間， 有很大的啟動電流，對控制三極管造成很大的沖擊。新設(shè)計(jì)的電路采用了軟啟動技術(shù)， 它的啟動電流很小， 基本上接近于0， 完全可以避免大電流對三極管的沖擊， 使電路可靠性提高。圖5 是Pspice10.0 仿真比較。

( 5 - 1 )

( 5 - 2 )

圖5 啟動電流的仿真

　　上圖中， (5 － 1) 為舊電路三極管電流瞬態(tài)分析， 從圖中可以看出啟動電流為1.2A，非常大。而(5-2)為新設(shè)計(jì)的電路，啟動電流只有4mA，新電路的啟動電流非常小基本上接近于0。這樣能夠保證三極管正常地安全地工作。

　　對于原電路來說，PWM 信號直接驅(qū)動控制三極管，雖然經(jīng)過風(fēng)扇供電用大容量的電解電容濾波，但仍然存在客觀的紋波電壓， 使風(fēng)扇轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)， 雜信較大。而新設(shè)計(jì)的電路采用了D/A 轉(zhuǎn)換電路，它首先將PWM 數(shù)位信號轉(zhuǎn)換為平滑的模擬信號， 驅(qū)動部分為純直流驅(qū)動，所以風(fēng)扇工作電壓達(dá)到0 紋波的理想境界，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，雜信小，轉(zhuǎn)速信號容易抓取，無干擾。上板測量結(jié)果見圖6 所示。

　　原電路的紋波電壓， 峰值1 6 2 mV 新電路的紋波電壓， 接近于0。

圖6 紋波電壓測量

　　3.2 自啟動的測試

　　在原電路中，由于PWM 的占空比很小，所以常常出現(xiàn)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速很低甚至停轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。而對于新設(shè)計(jì)的電路， 采用了自啟動， 通過D1 設(shè)置不同的啟動電壓， 來調(diào)整風(fēng)扇工作電壓和轉(zhuǎn)速， 通過實(shí)物調(diào)試， 當(dāng)PWM 的輸入端占空比為0 時(shí)，風(fēng)扇仍然能夠旋轉(zhuǎn)，這就是新電路獨(dú)特的自啟動技術(shù)。

　　4 結(jié)束語

　　綜上所述，本文提出的風(fēng)扇自啟動恒流驅(qū)動技術(shù)，具有啟動電流小， 風(fēng)扇電壓紋波小， 自啟動特性好等優(yōu)點(diǎn)，克服了原電路所存在的啟動電流大，雜信大， 風(fēng)扇容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)速低的現(xiàn)象，具有較高的實(shí)用價(jià)值。