如何通过感应电流保持冷却控制风扇？

随着努力降低系统功耗和机械风扇噪声的实施，冷却风扇的控制变得越来越流行。设备中使用风扇的目的是降低温度并使其尽可能低。随着温度升高，各种系统的平均故障时间迅速增加。

这带来了基于热的风扇控制IC的广泛选择。事实上，使用温度来控制风扇与保持系统尽可能冷却的理想形成冲突。热风扇控制需要升温才能启用风扇，如图1a所示。比例控制器使风扇速度与温度成比例，这更不合适，因为它需要更高的温度才能实现更高的风扇速度。这种控制策略需要在高温下稳定系统而不是尽可能地冷却系统的系统中更合适。

风扇速度应基于系统的热负荷，即功耗。在大多数电子系统中，功耗与电源消耗成正比，功耗很容易以进入系统的电源电流来测量。除了作为热负载的真实测量之外，电源电流是热负载的瞬时指示器，甚至在片上硅二极管的温度可以检测到它之前很久就需要额外的冷却。基本上，风扇速度应基于系统电源电流，如图1b所示。

台式机和笔记本电脑都需要风扇和相关的控制系统。此时风扇控制是通过热量完成的。当然，在计算机中，感测CPU电流可用于控制风扇，这将提供比现有风扇控制方法更低的工作温度。在制造商更喜欢“独立”风扇控制但没有软件参与的计算机中，电流感应是最佳解决方案。通过风扇控制连续使用软件的计算机可以利用软件输入来控制计算机性能监视器和跟踪CPU活动的工具的风扇控制。这种系统中的风扇速度将与CPU活动成比例。

图1a显示了基于温度的风扇控制方案，该方案需要升高温度才能起作用。温度计必须上升才能打开风扇并使其加速。这不是最好冷却方案。图1b显示了一种风扇控制方案，其中风扇速度通过检测电源电流来控制。这使得风扇控制与热负荷成比例，消除了时间滞后并确保了最低的系统温度。

图1a.风扇速度控制与温度成正比。图1b.风扇速度控制热负荷成比例

为了进一步说明电流测量的风扇控制的好处，使用计算机CPU的例子比较图2的图表。该图显示了电源电流，并描述了使用热控风扇和电流控制风扇的CPU温度特性。电流控制的风扇立即对热负荷作出反应，热控风扇必须等到温度升高。如果在不考虑温度的情况下提取全电流，则电流控制的风扇将始终以全速运行，从而确保最低的工作温度。

图2.热控风扇与电流控制风扇的CPU温度特性比较。通过更快更强的反应，电流控制的风扇可以防止大的温度偏移并使CPU尽可能保持冷却。

虽然这在表面上足够简单，但电源电流的动态和快速变化远远超过温度测量中发生的自然积分。在处理器控制的情况下，实际的电流控制风扇驱动器将结合集成或延迟，在模拟电路或算法的情况下，以平滑风扇响应。

图3显示了一个实现示例。通过使用专用高端电流分流监控IC简化实现电流控制风扇设计，如图3中的CPU感应示例所示，IC1检测RS中的CPU电流，其大小适合于满额定CPU电流下降最大100mV。IC1将该压降转换为IC1输出电流（200A/V），R1提供负载以产生电压输出。IC1的输出电压在2.7伏电源下只能摆动到最大1.7伏，根据最大输入100mV和IC1的比例因子确定R1的值。A1提供必要的增益（增益=12/1.7=7），以便从IC1的1.7伏输出摆幅驱动12伏风扇。Q1缓冲A1的输出，以提供足够的电流来驱动风扇。这个非常简单的实现仅使用通过C1的集成来平滑风扇对电流波动的响应，同时降低风扇响应的权衡。（可以说风扇响应仍然比热感应快得多，除了它迫使风扇速度达到适合降低温度的设置）。在评估目标系统的热性能之后，通常会凭经验找到C1。图3中所示的C1值提供了大约10秒的时间常数。

图3.电流控制风扇的简单模拟实现。C1使风扇响应平滑并过滤短期电流尖峰。
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