用于可變速BLDC風扇控制系統(tǒng)的微控制器

ID:253507 · 發(fā)表于 2018-7-26 14:24

用于可變速 BLDC 風扇控制系統(tǒng)的微控制器

簡介
便于攜帶、功能豐富、性能高和小巧玲瓏是大多數(shù)電子產(chǎn)品的顯著趨勢。這些電子產(chǎn)品（如筆記本電腦）所產(chǎn)生的熱量引起了人們越來越多的關(guān)注。使用冷卻風扇仍然是預(yù)防電子設(shè)備過熱的最為普遍、最有效的途徑。為了實現(xiàn)快速變化的電子產(chǎn)品規(guī)范，人們需要使用基于微控制器（MCU）的智能可變速度控制的無刷直流電源（BLDC）風扇�？勺兯俣瓤刂�、低噪聲、可靠性、長壽命、低功耗、保護功能、維護/升級的簡便性以及通信接口功能是基于閃存MCU 的 BLDC 的主要特征。
本文描述了 BLDC 風扇的可變速度控制算法，該算法包括降低噪聲的方法、功耗
注意事項、鎖檢測和自動重啟、熱分流和通信接口。DC 風扇和 BLDC 風扇的區(qū)別
BLDC 風扇與傳統(tǒng)風扇的物理外觀基本上沒有什么差異。兩種風扇在將電能轉(zhuǎn)化成機械運動時所用的原理也相同。當直流電壓應(yīng)用到其終端時，風扇旋轉(zhuǎn)，風扇的速度取決于終端上應(yīng)用的電壓。

主要區(qū)別在于它們的內(nèi)部構(gòu)造。兩種風扇系統(tǒng)都要求整流，使電流流經(jīng)風扇繞組，
并在每旋轉(zhuǎn) 180 度時倒轉(zhuǎn)一次。

在傳統(tǒng)的直流風扇系統(tǒng)中，永磁體的定子由兩個或多個永磁體極性塊組成，轉(zhuǎn)軸由連接到機械刷（整流器）的繞組組成。接通電源的繞組的相對極性和定子磁體吸引著轉(zhuǎn)軸，然后轉(zhuǎn)軸開始旋轉(zhuǎn)，直到它與定子處于同一水平位置。就象轉(zhuǎn)軸要達到水平位置一樣，刷子在整流器觸頭內(nèi)移動，并為下一次繞組提供動力。因此，風扇轉(zhuǎn)軸就連續(xù)旋轉(zhuǎn)。然而，BLDC 風扇卻旋轉(zhuǎn)電力機械，其中，定子是一流的兩相定子，轉(zhuǎn)軸擁有表面安裝的永磁體。在這一方面，BLDC 風扇就相當于一個呈逆時針旋轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)直流風扇，電流極性通過電力整流器而不是通過機械刷進行更改。由于極性翻轉(zhuǎn)由與轉(zhuǎn)軸位置進行同步切換的晶體管/FET 執(zhí)行，因此要使用霍爾效應(yīng)傳感器來傳感轉(zhuǎn)軸的實際位置。BLDC 的典型構(gòu)造如圖 1 所示。

智能 BLDC 風扇的需求
由于龐大的轉(zhuǎn)軸線圈，傳統(tǒng)直流風扇具有更高的惰性，而 BLDC 風扇則因為有了永磁體而使轉(zhuǎn)軸更為輕巧。由于 BLDC 風扇擁有更輕的轉(zhuǎn)軸，能把更多能量傳給載荷，就實現(xiàn)了更高的效率。BLDC 風扇使用電力換向，因而沒有傳統(tǒng)直流風扇固有的一些問題，如旋轉(zhuǎn)時整流器刷子中的機械磨損、火花和電磁接口（EMI）等。
由于智能可變速度控制 BLDC 風扇系統(tǒng)能夠輕松地進行配置、且具有諸如鎖檢測、自動重啟、自動熱分流等增強功能，滿足了人們對現(xiàn)代電子產(chǎn)品快速變化的要求，因此，它的使用越來越廣泛。
BLDC 風扇中的速度控制
BLDC 風扇中有固定速度控制和可變速度控制兩種控制方式。
1. BLDC 風扇中的固定速度控制
在固定速度控制風扇中采用了具有外部或內(nèi)置驅(qū)動裝置的霍爾效應(yīng)傳感器。
a) 具有外部驅(qū)動裝置的三針腳霍爾傳感器
在這種方法中，BLDC 使用了具有外部晶體管/FET 的單信號輸出閉鎖霍爾效應(yīng)傳
感器。通常情況下，該傳感器用于 BLDC 風扇，因為它能為電力換流傳感 BLDC的正極和負極磁場。該傳感器包括用于磁性傳感的片上霍爾電壓生成器、能夠放大霍爾電壓的比較器、為抑制噪聲提供轉(zhuǎn)換滯后的 Schmitt 觸發(fā)器和集電極開路輸出。該傳感器的典型配置如圖 2 所示。

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