隨著努力降低系統功耗和機械風扇噪聲的實施,冷卻風扇的控制變得越來越流行。設備中使用風扇的目的是降低溫度并使其盡可能低。隨著溫度升高,各種系統的平均故障時間迅速增加。
這帶來了基于熱的風扇控制IC的廣泛選擇。事實上,使用溫度來控制風扇與保持系統盡可能冷卻的理想形成沖突。熱風扇控制需要升溫才能啟用風扇,如圖1a所示。比例控制器使風扇速度與溫度成比例,這更不合適,因為它需要更高的溫度才能實現更高的風扇速度。這種控制策略需要在高溫下穩定系統而不是盡可能地冷卻系統的系統中更合適。
風扇速度應基于系統的熱負荷,即功耗。在大多數電子系統中,功耗與電源消耗成正比,功耗很容易以進入系統的電源電流來測量。除了作為熱負載的真實測量之外,電源電流是熱負載的瞬時指示器,甚至在片上硅二極管的溫度可以檢測到它之前很久就需要額外的冷卻。基本上,風扇速度應基于系統電源電流,如圖1b所示。
臺式機和筆記本電腦都需要風扇和相關的控制系統。此時風扇控制是通過熱量完成的。當然,在計算機中,感測CPU電流可用于控制風扇,這將提供比現有風扇控制方法更低的工作溫度。在制造商更喜歡“獨立”風扇控制但沒有軟件參與的計算機中,電流感應是最佳解決方案。通過風扇控制連續使用軟件的計算機可以利用軟件輸入來控制計算機性能監視器和跟蹤CPU活動的工具的風扇控制。這種系統中的風扇速度將與CPU活動成比例。
圖1a顯示了基于溫度的風扇控制方案,該方案需要升高溫度才能起作用。溫度計必須上升才能打開風扇并使其加速。這不是最好冷卻方案。圖1b顯示了一種風扇控制方案,其中風扇速度通過檢測電源電流來控制。這使得風扇控制與熱負荷成比例,消除了時間滯后并確保了最低的系統溫度。
圖1a.風扇速度控制與溫度成正比。圖1b.風扇速度控制熱負荷成比例
為了進一步說明電流測量的風扇控制的好處,使用計算機CPU的例子比較圖2的圖表。該圖顯示了電源電流,并描述了使用熱控風扇和電流控制風扇的CPU溫度特性。電流控制的風扇立即對熱負荷作出反應,熱控風扇必須等到溫度升高。如果在不考慮溫度的情況下提取全電流,則電流控制的風扇將始終以全速運行,從而確保最低的工作溫度。
圖2.熱控風扇與電流控制風扇的CPU溫度特性比較。通過更快更強的反應,電流控制的風扇可以防止大的溫度偏移并使CPU盡可能保持冷卻。
雖然這在表面上足夠簡單,但電源電流的動態和快速變化遠遠超過溫度測量中發生的自然積分。在處理器控制的情況下,實際的電流控制風扇驅動器將結合集成或延遲,在模擬電路或算法的情況下,以平滑風扇響應。
圖3顯示了一個實現示例。通過使用專用高端電流分流監控IC簡化實現電流控制風扇設計,如圖3中的CPU感應示例所示,IC1檢測RS中的CPU電流,其大小適合于滿額定CPU電流下降最大100mV。IC1將該壓降轉換為IC1輸出電流(200A/V),R1提供負載以產生電壓輸出。IC1的輸出電壓在2.7伏電源下只能擺動到最大1.7伏,根據最大輸入100mV和IC1的比例因子確定R1的值。A1提供必要的增益(增益=12/1.7=7),以便從IC1的1.7伏輸出擺幅驅動12伏風扇。Q1緩沖A1的輸出,以提供足夠的電流來驅動風扇。這個非常簡單的實現僅使用通過C1的集成來平滑風扇對電流波動的響應,同時降低風扇響應的權衡。(可以說風扇響應仍然比熱感應快得多,除了它迫使風扇速度達到適合降低溫度的設置)。在評估目標系統的熱性能之后,通常會憑經驗找到C1。圖3中所示的C1值提供了大約10秒的時間常數。
圖3.電流控制風扇的簡單模擬實現。C1使風扇響應平滑并過濾短期電流尖峰。
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