肖詩(shī)達(dá)，駱訓(xùn)衛(wèi)，俱強(qiáng)偉

（同方電子科技有限公司，江西 九江 332002）

0 引 言

風(fēng)扇控制器是由控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)停的電路等元器件構(gòu)成，其核心是通信電源內(nèi)部溫度采樣電路、風(fēng)扇轉(zhuǎn)?？刂齐娐返??？刂齐娐犯鶕?jù)兩檔溫度分別控制兩個(gè)散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)停，控制器所用器件價(jià)格低廉、工作可靠，能避免通信電源開機(jī)時(shí)風(fēng)扇一直轉(zhuǎn)以及不必要的功耗與噪聲的產(chǎn)生，從而減小了電源的啟動(dòng)電流，降低整機(jī)功耗，提高了整機(jī)效率。

傳統(tǒng)散熱方式常采用風(fēng)扇直接與電源連接，不受溫度控制，即電風(fēng)扇接通電源后一直轉(zhuǎn)，會(huì)有不必要的功耗和噪聲產(chǎn)生；現(xiàn)在的散熱方式還包括采用溫度傳感器與微機(jī)程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行溫控，但這種方式需要提供3.3 V/5 V的微機(jī)工作電源、溫度傳感器和微機(jī)等成本昂貴的元器件。本文采用純硬件電路控制散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)停，即通過溫度繼電器來控制PMOS管通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)停的控制。該風(fēng)扇控制器還具有工作穩(wěn)定、可靠、溫控性能好等優(yōu)點(diǎn)。

1 風(fēng)扇控制電路結(jié)構(gòu)

圖1為散熱風(fēng)扇智能控制電路的結(jié)構(gòu)框圖。在風(fēng)扇智能控制電路中，主要包含溫度繼電器、PMOS管、阻容、輸出48 V的通信電源等器件。溫度繼電器使用常閉溫度繼電器，當(dāng)檢測(cè)到通信電源內(nèi)部溫度達(dá)到繼電器開路溫度時(shí)，溫度繼電器由常閉變化為開路，使PMOS管門極G極拉低而導(dǎo)通，從而使通信電源與散熱風(fēng)扇導(dǎo)通，散熱風(fēng)扇開始轉(zhuǎn)動(dòng)，起到換氣降溫功能，讓通信電源內(nèi)部溫度下降；當(dāng)檢測(cè)到通信電源內(nèi)部溫度達(dá)到繼電器的常閉溫度時(shí)，該風(fēng)扇控制電路中PMOS管斷開，散熱風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動(dòng)，起到減少功耗和降低噪音功能。

圖1 風(fēng)扇智能控制電路結(jié)構(gòu)

2 風(fēng)扇智能控制電路設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)條件

通信電源輸出電壓：直流48 V；風(fēng)扇工作電壓：直流48 V；溫度繼電器檔位：40 ℃、60℃。

工作方式：溫度為0～40 ℃時(shí)，兩個(gè)風(fēng)扇靜止均不轉(zhuǎn)；溫度為40～60 ℃時(shí)，1號(hào)風(fēng)扇轉(zhuǎn)，2號(hào)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)；溫度大于60 ℃時(shí)，兩風(fēng)扇均轉(zhuǎn)動(dòng)；溫度從60 ℃降低為40 ℃時(shí)，1號(hào)風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，2號(hào)風(fēng)扇不轉(zhuǎn)動(dòng)。風(fēng)扇智能控制電路工作流程如圖2所示。

圖2 風(fēng)扇智能控制電路工作流程

2.2 設(shè)計(jì)過程

2.2.1 風(fēng)扇控制電路設(shè)計(jì)

風(fēng)扇控制電路原理如圖3所示，當(dāng)通信電源內(nèi)部溫度低于40 ℃時(shí)，K、K常閉，三極管V、V基極電壓拉低截止，PMOS管V、V門極拉高不導(dǎo)通，散熱風(fēng)扇1、2均靜止不動(dòng)；當(dāng)通信電源內(nèi)部溫度介于40～60 ℃范圍內(nèi)時(shí)，K由常閉變?yōu)殚_路，V基極電壓拉高導(dǎo)通，V門極拉低導(dǎo)通，散熱風(fēng)扇1開始轉(zhuǎn)動(dòng)，散熱風(fēng)扇2靜止不動(dòng)；當(dāng)通信電源內(nèi)部溫度大于60 ℃時(shí)，K由常閉變?yōu)殚_路，V基極電壓拉高導(dǎo)通，V門極拉低導(dǎo)通，散熱風(fēng)扇2開始轉(zhuǎn)動(dòng)，散熱風(fēng)扇1仍在轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度降為41～60 ℃范圍內(nèi)時(shí)散熱風(fēng)扇1、2依舊在轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度降為K的開路溫度40 ℃及以下、K的開路溫度在25 ℃及以上范圍內(nèi)時(shí)，K開路變?yōu)槌ｉ]，散熱風(fēng)扇2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，散熱風(fēng)扇1仍在轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)溫度降為K的恢復(fù)溫度25 ℃及以下時(shí)，散熱風(fēng)扇1、2均靜止不動(dòng)，從而起到智能降溫作用。

圖3 風(fēng)扇智能控制電路

2.2.2 風(fēng)扇控制電路仿真

風(fēng)扇控制電路Saber仿真電路如圖4所示，圖中v_pulse模擬圖3中的溫度繼電器K、K，因此圖3中的、在圖4中均斷開；圖3中的風(fēng)扇在圖4中用685 Ω電阻替代。圖4中網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)K、K表示溫度繼電器對(duì)地的電壓；I_v2和I_v4為三極管導(dǎo)通時(shí)發(fā)射極的電流。三極管飽和導(dǎo)通時(shí)I_v2和I_v4均不為零，此時(shí)PMOS管斷開；三極管斷開時(shí)I_v2和I_v4均為零，此時(shí)PMOS管導(dǎo)通，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)散熱風(fēng)扇轉(zhuǎn)停的控制。

圖4 風(fēng)扇控制電路Saber仿真電路

2.2.3 風(fēng)扇控制電路仿真波形分析

風(fēng)扇控制電路仿真波形如圖5所示，圖中“@48V”是通信電源輸出電壓波形，k是模擬溫度繼電器1對(duì)地電壓波形，k是模擬溫度繼電器2對(duì)地電壓波形，I_fan1是模擬通過散熱風(fēng)扇1的電流波形，I_fan2是模擬通過散熱風(fēng)扇2的電流波形。圖中橫軸表示時(shí)間，縱軸表示幅值（電壓值/電流值）。在0 s時(shí)刻，通信電源內(nèi)部溫度剛達(dá)到40 ℃，40 ℃的常閉溫度繼電器1變?yōu)殚_路，K對(duì)地輸出高電平，散熱風(fēng)扇1開始轉(zhuǎn)動(dòng)。在1 s時(shí)刻，通信電源內(nèi)部溫度繼續(xù)上升達(dá)到60 ℃，60 ℃的常閉溫度繼電器2變?yōu)殚_路，K對(duì)地輸出高電平，散熱風(fēng)扇2開始轉(zhuǎn)動(dòng)。在2 s時(shí)刻，通信電源內(nèi)部溫度下降到25 ℃，達(dá)到了兩個(gè)常閉溫度繼電器閉合溫度，因此常閉溫度繼電器均由開路又變?yōu)殚]合，K、K對(duì)地輸出低電平，散熱風(fēng)扇均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)通信電源內(nèi)部溫度再次達(dá)到40 ℃或者60 ℃時(shí)，會(huì)再次循環(huán)出現(xiàn)與圖5中0～3 s范圍內(nèi)相同的波形。

圖5 風(fēng)扇控制電路仿真波形

3 風(fēng)扇控制電路測(cè)試驗(yàn)證

為了驗(yàn)證風(fēng)扇智能散熱控制電路的功能，利用Altium Designer Release 10軟件制作PCB板，在PCB板上焊接元器件，制作出帶元器件的PCB板。在PCB板輸入側(cè)加48 V電源，常溫25 ℃時(shí)，散熱風(fēng)扇1和散熱風(fēng)扇2均不轉(zhuǎn)動(dòng)；然后加電開通熱風(fēng)槍模擬通信電源內(nèi)部溫度，并用萬用表測(cè)量PCB上兩溫度繼電器的溫度，如圖6所示，當(dāng)萬用表指示40 ℃時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)散熱風(fēng)扇1開始轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖6 散熱風(fēng)扇1開始轉(zhuǎn)動(dòng)圖

當(dāng)熱風(fēng)槍繼續(xù)對(duì)兩溫度繼電器吹，如圖7所示，通過萬用表讀到60 ℃時(shí)，散熱風(fēng)扇2也開始轉(zhuǎn)動(dòng)。然后將熱風(fēng)槍斷電，撤走熱風(fēng)槍，如圖8所示，通過萬用表可以看到兩溫度繼電器的溫度逐漸下降，當(dāng)溫度降至25 ℃時(shí)，散熱風(fēng)扇1和散熱風(fēng)扇2均停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

圖7 散熱風(fēng)扇2開始轉(zhuǎn)動(dòng)圖

圖8 散熱風(fēng)扇1和散熱風(fēng)扇2停轉(zhuǎn)圖

4 結(jié) 語

本文首先闡述風(fēng)扇控制電路設(shè)計(jì)原理；根據(jù)通信電源內(nèi)部溫度的變化，觸發(fā)兩個(gè)不同溫度繼電器通斷狀態(tài)，給出了控制電路工作流程。然后在Saber仿真軟件中搭建該控制電路并仿真，通過仿真波形分析了通信電源內(nèi)部溫度不同時(shí)對(duì)應(yīng)的兩個(gè)溫度繼電器狀態(tài)和兩個(gè)散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)停狀態(tài)。最后還通過熱風(fēng)槍對(duì)溫度繼電器加熱來模擬通信電源內(nèi)部溫度，對(duì)該智能控制電路PCB板加電調(diào)試，觀察溫度繼電器在不同溫度時(shí)對(duì)應(yīng)的散熱風(fēng)扇的轉(zhuǎn)停狀態(tài)。

散熱風(fēng)扇智能控制電路不僅可以用在通信電源中，還可以用在其他電子產(chǎn)品中，用來實(shí)現(xiàn)電子產(chǎn)品散熱功能。該控制電路元器件成本低廉、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制電路的48 V還可以改為24 V、12 V、5 V、3.3 V等常用直流電源；同時(shí)僅需更換散熱風(fēng)扇的規(guī)格就能減少該電路單獨(dú)直流源的供應(yīng)。通過加電測(cè)試驗(yàn)證，表明了該電路具有工作穩(wěn)定可靠、功耗低、智能散熱等優(yōu)點(diǎn)。