理论教育 限流与速度调节:采用PWM技术的优化方案

限流与速度调节:采用PWM技术的优化方案

时间:2023-06-15 理论教育 版权反馈
【摘要】:无刷直流风机使用时必须考虑电源的限流。有些无刷直流电动机自身带有电流限制功能,通常是采用脉冲宽度调制技术。目前电脑用风机控制转速的流行方法是低频PWM控制。如果采用PWM驱动,风机软起动电路可以控制起动时的浪涌电流和堵转时的大电流,从而减少了能耗。利用PWM控制时,风机转速按需要调整,一般处于较低转速,风机噪声将较低。采用有PWM调制驱动芯片,如Zetex的ZXMB1004,以H桥型驱动单相无刷直流电动机。

限流与速度调节:采用PWM技术的优化方案

无刷直流风机使用时必须考虑电源的限流。许多电源设置有电流限制或过电流关断保护功能。按照电机峰值起动电流和最大纹波电流确定电源限流。根据无刷直流风机的大小和设计不同的,选择限制的起动电流峰值与运行电流的比值变化范围可能相当大,例如,4∶1或5∶1。

有些无刷直流电动机自身带有电流限制功能,通常是采用脉冲宽度调制(PWM)技术。典型的电流限制,峰值电流比取2.5或以下。有电流限制的无刷直流风机也同时限制了电机的起动转矩,这将延长风机达到全速所需的时间。

采用速度控制使风机运行速度范围扩展,噪声和功率消耗降低,其可靠性和寿命提高。在个人电脑和其他电子设备冷却风机采用转速控制集成电路日渐增加。

无刷风机几种速度控制方法:

采用恒温开/关控制是一种简单的方法。通常由用户设置预定温度,当温度低于预设值风机开启工作,当温度超过预设值风机停止。开/关控制的缺点是当风机开启和关闭时,它会立即引起声音的改变。

采用线性功率电路调节风机转速也是一种方法,但功耗较大。目前电脑用风机控制转速的流行方法是低频PWM控制。这种方法避免了线性控制低效率问题。图15-19显示了一个典型的驱动电路,PWM控制信号来自ADT7460风机控制器的输出。ADT7460是美国ADI公司生产的智能温度控制器芯片。例如,奔腾Pentium 4计算机采用ADT7460实现散热控制。该计算机中共使用了3台散热风机。其中,风机1专门给CPU散热,风机2和风机3分别安装在主机箱的前面和后面给机箱散热。第一路远程温度传感器,用来测量环境温度。奔腾Pentium 4处理器中的温度传感器就作为第二路远程温度传感器。ADT7460通过SMBus总线接Intel公司生产的电源管理芯片。

低频PWM的缺点是存在低频开关噪声。为了解决这个低频噪声问题,ADI公司最新设计的风机控制器PWM频率增加到22.5kHz,这是听觉范围以外的频率。但高频脉宽调制控制电路只能与4线风机使用。图15-20描述了高频率PWM所使用的电路。

目前面市的器件包括可以在低频(几百Hz)和高频(高达25kHz)都能运行的风机控制器。例如ADI公司dBCool系列中的3款芯片:ADT7466、ADT7467和ADT7468。ADT7466具有一个片上传感器和一个远程传感器,可以处理最多达两个三线风扇和两个模块电压,或者电热调节器输出。ADT7467控制和监视多达四个风扇和三个电压,ADT7468可以监视多达4个风扇和5个电源电压。

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图15-19 低频PWM电路

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图15-20 高频PWM电路

表15-3 几种风机速度控制比较

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新的高性能PWM风机驱动技术还包括软起动功能,它监测电机电流,限制电机起动或堵转时的电流。过去普通的无刷风机在全电压起动时,在最初几百毫秒内的起动电流可能超过正常稳态电流4~5倍。如果是多台风机同时起动,情况就很糟糕。另外,万一在风机叶片落下异物等原因,阻碍了转子转动。为防止过电流,大多数风机包含一个自动重新起动功能,风机出现堵转时,风机先行关闭,并过3s后尝试重新起动风机。再次出现4至5倍的短暂的电流。如果采用PWM驱动,风机软起动电路可以控制起动时的浪涌电流和堵转时的大电流,从而减少了能耗。

利用PWM控制时,风机转速按需要调整,一般处于较低转速,风机噪声将较低。此外,PWM调制频率取25kHz以上,PWM调制信号引起的声音是听不见的。

采用有PWM调制驱动芯片,如Zetex的ZXMB1004,以H桥型驱动单相无刷直流电动机。它使用的是单绕组电机,与双绕组电机相比,由于电机绕组在任何时候都在工作,它的效率提高10%~15%。

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