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电脑风扇的结构和调速原理祥解

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到真实的电机转速。

图11为霍尔锁定型开关电路CS2024构成的无刷电机控制电路,CS2024内部集成了霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级等,它可直接驱动小功率的电机绕组。

图11 用CS2024霍尔开关锁定电路直接驱动电机

有些风扇采用光电传感器来检测风扇的速度,具体做法是:在电动机转子上设置一个遮光板,这样电机每转过一圈,遮光板就会将发光二极管照射到光敏管上的光线阻断一次,光敏管的集电极上电压改变一次,这样便可得到反映电机转速的脉冲信号,如图12所示。

图12 光电传感器原理 从上面的介绍可以看出,利用霍尔传感器和光电传感器所得到的测速信号是有区别的。利用光电传感器测速,速度信号的频率与电机转速相同,而利用霍尔器件输出的换向信号作为测速信号时,两者相差若干倍:如果是两相电机,换向信号的频率为转速的2倍,三相电机中换向信号的频率则是转速的3倍。在这里,BIOS中显示的速度是不是真实的风扇转速,在使用中务必请大家注意! 五、转速调节方法

直流电机调速方式有两种:调压调速和调频调速。采用有刷电机的普通风扇可以通过调压方式改变转速,而采用变频电机的风扇,只能通过调频方式进行调速。 对于有刷电机来说,改变供电电压,则是改变转子绕组中电流从而改变磁场强度和转矩,电机的转速随着转矩的增加而升高,随着转矩的减小而降低。这种电机在负载阻力增大时,电机的转速会随之下降。要想在荷载变化时维持转速不变,

必须采用闭环控制,通过速度负反馈来实现,因此控制电路比较复杂。

图13是一个实用的有刷电机控制方案,它是利用MIC501专用芯片为核心结合一些外围元件实现的。和图10所示的无刷电机控制电路进行一个简单的比较,便可发现两者电路结构的明显区别。

图13 调压调速电路

在有刷电机电路中,电机主回路中与功率晶体管VT串联,VT的作用相当于一个可变电阻,芯片7脚输出的信号通过基极电阻Rb与其基极相连,对VT的导通程度进行控制,电机转速随VT的导通程度的变化而变化。VT截止时,电机停转;VT饱和导通时,电机全速(Full Speed)旋转。图中T1为热敏电阻,接入控制芯片的第一个控制端VT1,实现转速-温度自动控制;从第二个控制输入端接入一个由可变电阻组成的偏置电路,可实现转速的手动控制。 由于有刷电机的转速受到荷载大小的影响,采用这种电机的风扇在使用过程中容易因为灰尘和润滑不良等因素造成转速下降甚至停转,对CPU等昂贵部件的安全构成威胁。在电脑故障中,因为风扇转速下降导致的电脑死机、蓝屏和重启动等故障经常发生,其中也有因风扇停转而导致芯片烧毁的案例。 变频电机则很少出现这些问题,因为其转速只与所设定的频率有关,而与载荷和供电电压无关,无需转速反馈控制,即可实现恒定转速,因此风扇运转的稳定性和可靠性大大增强。

读到此处,细心的读者也许要问,金星12型风扇配件中用来调速的旋钮是一个电位器(如图14),难道这款风扇采用了技术落后的有刷电机而不是变频电机吗?因为有刷电机通常通过调节串联电阻来调节供电电压,以实现转速调整,调节电阻阻值实际上就是调节供电电压。

图14 venus12型风扇调速器 其实不然,与有刷电机控制电路输出模拟信号不同,变频电机的转速控制完全基于DSP(数字信号处理)控制过程。电位器本身实现的直流电压调节,它从DSP芯片的模拟信号输入端接入,其参数经过A/D转换后,控制芯片的输出仍为数字信号。简言之,有刷电机的控制过程,从输入到输出是完全模拟的,而变频电机的控制电路输入模拟信号(如温度、电压或PWM信号),而输出数字信号。

一些高档风扇可根据被散热设备的温度变化自动调节转速,其过程是:利用温度传感器(热敏电阻等)测量被散热设备的温度,并将其数值反馈给风扇控制电路,控制电路根据所设定的温度-转速特性曲线(如图15)调节风扇转速。风扇的这种自适应功能既能有效地保护被散热设备,又能在温度较低时减少耗电和噪音。一些厂商之所以给他们的产品冠以“智能风扇”的美名(如曜越科技的SMART CASE FAN II风扇),正是因为具有这种功能。

图15 温度-转速曲线 六、风扇的监控与保护

尽管变频电机有很高的可靠性,但它仍然是机械器件,在长时间使用时,其速度可能会下降甚至停转,所以最好对风扇的运行状态进行实时监测,便于及时发现问题。 目前,对风扇自身的监控方式有报警传感器和速度传感器两种类型,利用报警传感器可在风扇速度低于某个门限值时给出报警信号,而速度信号输出则可实现风扇速度的实时监控。

从风扇电路输出的报警信号有“高电平”和“低电平”两种状态,两种电平所代表的意义一般按照正逻辑体制,高电平表示“故障”,“低电平”表示“正常”。 从风扇电路输出的转速信号通常为脉冲形式,每个波头表示风扇转过一圈,这样的信号可直接通过数据总线提供给主机进行显示。某些风扇输出的转速信号并不是风扇的真实转速,而是转速的倍数,譬如每转一圈产生2个、4个或6个脉冲,必须经过处理才能形成反映风扇的真实转速信号。如欲辨别风扇转速是真实转速还是某个倍数,可使用转速表测量实际转速,然后与显示的数据进行比较。 风扇的测速信号一般从三引线插头输出,三根引线中黄色和黑色分别为+12V电源和接地,另外一种颜色的线则是转速信号输出线。应该注意的是,某些三引线风扇的第三根引线并不是测速信号输出线,而是转速控制信号线,通过它向风扇电机输入调速控制信号。 七、高档风扇的接线

普通风扇只有一个电源插头,使用起来很简单。高档风扇有很多插头,必须弄清楚它们的功能并进行正确的设置和连接后,那些高级功能才能得以利用。 1、测温信号线的连接。温度信号一般采用热敏电阻作为温度传感器进行温度采样。以Tt金星12型风扇为例,其温度变化导致热敏电阻的阻值变化,因此输入信号是没有极性的。只要将热敏电阻置于CPU和散热片之间,然后拔去风扇上的黄色信号线的跳线,将风扇的黄色信号线插头,测温信号线的连接就完成了,如图16。

图16 传感器的连接方法

2、调速器信号线的连接。手动调速器实际上是一个可变电阻,阻值调至最小(或用跳线短接)时风扇的转速最低,阻值最大时(或拔去跳线)风扇全速运转。Tt金星12型风扇随机附件中有两个调速器,可根据情况选用其中之一。既可安装在主机箱前面板的3.5\软驱的位置,也可安装在主机箱背后的插槽位置。最后将插头连接到风扇的红线插座上即可。

电脑风扇的结构和调速原理祥解

到真实的电机转速。图11为霍尔锁定型开关电路CS2024构成的无刷电机控制电路,CS2024内部集成了霍尔电压发生器、差分放大器、史密特触发器和集电极开路的输出级等,它可直接驱动小功率的电机绕组。图11用CS2024霍尔开关锁定电路直接驱动电机有些风扇采用光电传感器来检测风扇的速度,具体做法是:在电动机转子上设置一个遮光板
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