隨著努力降低系統(tǒng)功耗和機械風(fēng)扇噪聲的實施,冷卻風(fēng)扇的控制變得越來越流行。設(shè)備中使用風(fēng)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(tǒng)的平均故障時間迅速增加。
這帶來了基于熱的風(fēng)扇控制IC的廣泛選擇。事實上,使用溫度來控制風(fēng)扇與保持系統(tǒng)盡可能冷卻的理想形成沖突。熱風(fēng)扇控制需要升溫才能啟用風(fēng)扇,如圖1a所示。比例控制器使風(fēng)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(xiàn)更高的風(fēng)扇速度。這種控制策略需要在高溫下穩(wěn)定系統(tǒng)而不是盡可能地冷卻系統(tǒng)的系統(tǒng)中更合適。
風(fēng)扇速度應(yīng)基于系統(tǒng)的熱負(fù)荷,即功耗。在大多數(shù)電子系統(tǒng)中,功耗與電源消耗成正比,功耗很容易以進入系統(tǒng)的電源電流來測量。除了作為熱負(fù)載的真實測量之外,電源電流是熱負(fù)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(fēng)扇速度應(yīng)基于系統(tǒng)電源電流,如圖1b所示。
臺式機和筆記本電腦都需要風(fēng)扇和相關(guān)的控制系統(tǒng)。此時風(fēng)扇控制是通過熱量完成的。當(dāng)然,在計算機中,感測CPU電流可用于控制風(fēng)扇,這將提供比現(xiàn)有風(fēng)扇控制方法更低的工作溫度。在制造商更喜歡“獨立”風(fēng)扇控制但沒有軟件參與的計算機中,電流感應(yīng)是最佳解決方案。通過風(fēng)扇控制連續(xù)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(jiān)視器和跟蹤CPU活動的工具的風(fēng)扇控制。這種系統(tǒng)中的風(fēng)扇速度將與CPU活動成比例。
圖1a顯示了基于溫度的風(fēng)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(fēng)扇并使其加速。這不是最好冷卻方案。圖1b顯示了一種風(fēng)扇控制方案,其中風(fēng)扇速度通過檢測電源電流來控制。這使得風(fēng)扇控制與熱負(fù)荷成比例,消除了時間滯后并確保了最低的系統(tǒng)溫度。
圖1a.風(fēng)扇速度控制與溫度成正比。圖1b.風(fēng)扇速度控制熱負(fù)荷成比例
為了進一步說明電流測量的風(fēng)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(fēng)扇和電流控制風(fēng)扇的CPU溫度特性。電流控制的風(fēng)扇立即對熱負(fù)荷作出反應(yīng),熱控風(fēng)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(fēng)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(fēng)扇與電流控制風(fēng)扇的CPU溫度特性比較。通過更快更強的反應(yīng),電流控制的風(fēng)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(tài)和快速變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過溫度測量中發(fā)生的自然積分。在處理器控制的情況下,實際的電流控制風(fēng)扇驅(qū)動器將結(jié)合集成或延遲,在模擬電路或算法的情況下,以平滑風(fēng)扇響應(yīng)。
圖3顯示了一個實現(xiàn)示例。通過使用專用高端電流分流監(jiān)控IC簡化實現(xiàn)電流控制風(fēng)扇設(shè)計,如圖3中的CPU感應(yīng)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(zhuǎn)換為IC1輸出電流(200A/V),R1提供負(fù)載以產(chǎn)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(jù)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(qū)動12伏風(fēng)扇。Q1緩沖A1的輸出,以提供足夠的電流來驅(qū)動風(fēng)扇。這個非常簡單的實現(xiàn)僅使用通過C1的集成來平滑風(fēng)扇對電流波動的響應(yīng),同時降低風(fēng)扇響應(yīng)的權(quán)衡。(可以說風(fēng)扇響應(yīng)仍然比熱感應(yīng)快得多,除了它迫使風(fēng)扇速度達到適合降低溫度的設(shè)置)。在評估目標(biāo)系統(tǒng)的熱性能之后,通常會憑經(jīng)驗找到C1。圖3中所示的C1值提供了大約10秒的時間常數(shù)。
圖3.電流控制風(fēng)扇的簡單模擬實現(xiàn)。C1使風(fēng)扇響應(yīng)平滑并過濾短期電流尖峰。
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