最近幾年來，業(yè)界對于利用集成電路控制用于各種電子設(shè)備的冷卻風扇速度的興趣一直在增長。電子產(chǎn)品，尤其消費電子產(chǎn)品的尺寸，每天都在顯著減小，但是由于在芯片上運行的應用程序日趨復雜，芯片產(chǎn)生的熱量卻在增加。有兩種方式可以去除所產(chǎn)生的熱量。

　　一種方法就是使用無源元件，比如散熱器和熱導管，第二種方法就是使用有源元件，比如冷卻風扇。

　　在許多消費和其它產(chǎn)品中，可以觀察到無源元件由于尺寸和成本原因而無法勝任。使用冷卻風扇可在熱源周圍產(chǎn)生氣流，是去除熱量的有效方法。不過，在系統(tǒng)中增加冷卻風扇將會增加功耗。對于電池供電的系統(tǒng)，這是一個重要因素。

　　另外，因為冷卻風扇是機械部件，因而會產(chǎn)生噪聲。通過控制風扇速度，可以有效地解決以上問題。風扇在較低轉(zhuǎn)速下運行所消耗的功率較少，這可延長電池壽命，又能減少風扇發(fā)出的噪聲，并增加風扇的使用期限。

　　控制速度的方法

　　1、開/關(guān)（ON/OFF）控制： 這是最簡單的方法。當特定元件的溫度超出閾值時，可以使用驅(qū)動信號開啟風扇; 或者當溫度低于閾值時關(guān)閉風扇。雖然該方法非常簡單，但缺點是在接通的這刻，風扇以全速運轉(zhuǎn)并因此消耗了最大功率且產(chǎn)生了噪聲。

　　2、線性控制： 此方法通過調(diào)壓器來控制施加在風扇上的DC電壓。降低電壓可以使風扇以較低的速度運轉(zhuǎn)，且可增加電壓使風扇以較高的速度運轉(zhuǎn)。此方法的優(yōu)勢是電壓始終施加在風扇上。因此，在任何時候，轉(zhuǎn)速計（tacho）信號都會存在并被測量。這在脈寬調(diào)制控制技術(shù)中是不可能的。此方法的缺點是使用調(diào)壓器將增加線路板的成本和空間，并且需要專用控制器來控制調(diào)壓器。

　　3、PWM控制： 最廣泛用于風扇轉(zhuǎn)速控制的方法就是PWM控制。在此方法中，PWM驅(qū)動信號施加到連接至風扇的高側(cè)或低側(cè)的場效應晶體管（field-effect transistor，F(xiàn)ET） 上。在特定頻率k開關(guān)風扇，通過PWM信號的占空比（duty cycle）來控制風扇轉(zhuǎn)速，而施加在風扇上的電壓始終為全或零。此方法的最大優(yōu)勢是設(shè)計簡單、外部電路少、且成本低。

　　缺點是因為電壓并不總是施加在風扇上，轉(zhuǎn)速計信號將被PWM驅(qū)動信號大幅削減。實際上，轉(zhuǎn)速計信號將跟隨PWM信號而變化。要避開這個問題，應該采用“脈沖展寬”技術(shù)來獲得轉(zhuǎn)速計信息。圖1顯示了由于PWM驅(qū)動信號的存在，經(jīng)大幅削減/改變后的轉(zhuǎn)速計信號。圖2顯示了使用脈沖展寬原理從實際轉(zhuǎn)速計信號中重建轉(zhuǎn)速計信號。

　　DC風扇的類型

　　有三種主要的DC風扇類型：

　　1.2線風扇

　　2.3線風扇

　　3.4線風扇

　　2線風扇有兩個引腳： 電源和接地。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅(qū)動信號來控制。2線風扇沒有轉(zhuǎn)速計信號，因而沒有用于測量風扇轉(zhuǎn)速的信息。此類控制被稱為“開環(huán)”。

　　圖3 顯示了采用SmartFusion cSoC實現(xiàn)的2線風扇電路實例。3線風扇有三個引腳： 電源、接地和轉(zhuǎn)速計。此風扇可以通過改變DC電壓或者通過使用低頻PWM驅(qū)動信號來控制。3線風扇有轉(zhuǎn)速計信號，顯示了風扇轉(zhuǎn)速。用戶可以基于轉(zhuǎn)速計讀取值，調(diào)節(jié)風扇轉(zhuǎn)速，這可以稱為“閉環(huán)”控制。

　　在某些情況下，3線風扇還可以采用開環(huán)方式來控制。圖4和圖5顯示了采用SmartFusion cSoC來實現(xiàn)的3線風扇電路實例。4線風扇有四個引腳; 電源、接地、轉(zhuǎn)速計和PWM輸入。PWM輸入用于控制風扇轉(zhuǎn)速。在一個4線風扇中，電源只給線圈供電，而不是用于整個風扇的電源開/關(guān)，因此可以獲得任何時間點的轉(zhuǎn)速計信息。

　　此類風扇不需要脈沖展寬技術(shù)。為減少整流噪聲，PWM頻率可以提高到20 KHZ以上。采用此方法，可以去除可聽范圍的整流線圈噪聲。圖6顯示了采用SmartFusion cSoC實現(xiàn)的4線風扇電路實例。