散热风扇的控制原理

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       在汽车电子系统之中,温度的管理一直是个挑战,一般会要求系统能够正常工作在-40°C ~ + 65°C的环境温度之下。而机壳之内的环境温度还会有20°C左右的温升,所以PCB板实际需要承受的最高环境温度会高达+ 85°C。

然后,进一步着眼于局部区域,如电源、CPU等模块将会是发热大户,更一步加剧了机壳内的环境温度,严苛的环境实际上已经逼近很多芯片的耐温极限了。因此,在系统设计的初期,必须规划好热管理(Thermal Management)策略以及设计对应的措施。

比较简单粗暴,但是有效的散热措施就是增加一台散热风扇,当然这会增加设计成本及机器噪音。所以,我们在设计风扇电路时的要求也是基于这两个基本的出发点:

1)、电路必须简单,低成本;

2)、风扇的转速与噪音成正比,所以要求风扇的转速可测、可控。系统会根据环境温度调整风扇转速,最好是无级调速,力求散热效率与噪音之间的平衡。

风扇的结构

风扇的核心部件是一只外转子的无刷直流电机。所谓外转子,是指线圈不动(定子),磁铁旋转(转子);所谓无刷直流电机,是没有电刷的直流电机,使用霍尔感应器代替电刷。

风扇占空比控制原理,硬件工程

图1.1 散热用风扇

在原理上,一成不变的直流电压是无法让电机持续运转的,因为它会被“异性”牢牢地吸引住,携手到白头。电机持续运转的前提是,有一方必须“花心”,转子也好,定子也行,所以转子与定子之间“分分合合”,不断寻找新欢,然后就转动了起来。

当电机转过180°时(这是相位角度,注意不是物理角度),正好线圈感应的N和S极与磁铁的S和N异性相吸,此刻将通往线圈的电压交换正负极,然后由“异性相吸”转变为“同性相斥”,所以转子又得以转过180°,然后继续变换正负极,电机得以持续转动。

不断“挑唆”线圈变换正负极的装置叫做换相器,它可以是机械式的电刷,也可以是电子式的霍尔感应器。显然机械式的换相器简单,成本低,但是噪音大,有磨损,寿命短,如图1.2示意;电子式的霍尔感应器,寿命长,但是需要专门的芯片来辅助,成本高,如图1.3示意。

风扇占空比控制原理,硬件工程

图1.2 直流电机的工作原理模型文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-632339.html

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