作為一種眾所周知且廣泛使用的熱管理設(shè)備，直流風扇可以單獨，串聯(lián)或并聯(lián)使用，以提供強制空氣對流冷卻。它們的多功能性和相對簡單的操作使其成為多年提高終端應用的熱性能的可靠選擇。根植于基本物理學中的風扇所產(chǎn)生的移動空氣通過吸收熱量然后將熱量轉(zhuǎn)移到待散發(fā)的設(shè)備中，從而有效地冷卻了組件。但是，它們的有效性會受到幾個因素的影響，工程師可以從對直流風扇可用功能和選件的更好理解中受益，以提高其可靠性和效率。
要開始直流風扇的選擇過程，工程師將需要進行一些基本的熱分析，以便計算出非常小的氣流需求。典型的熱分析可能包括熱源，環(huán)境條件和溫度上升的建模。還需要考慮其他因素，例如風扇的尺寸，風扇的方向以及應用程序內(nèi)的氣流路徑，以確保實現(xiàn)合適的解決方案。CUI Devices的博客“了解正確選擇直流風扇的氣流基礎(chǔ)知識”提供了有關(guān)熱分析和選擇過程的更多詳細信息。
完成熱分析并選擇適當大小和額定的風扇后，剩下的就是為風扇供電并使其正常工作，對嗎？雖然在某些情況下全時間運行風扇可以達到其目的，但連續(xù)的強制通風冷卻通常無法提供節(jié)能或長期的解決方案。當今的直流風扇為設(shè)計人員提供了一套控制，監(jiān)視和保護選項，以增強其熱管理功能。本文的其余部分將涵蓋這些功能，因此設(shè)計人員可以從更先進的風扇控制技術(shù)中受益。
開/關(guān)循環(huán)
如上所述，全時風扇運行肯定會保持對溫度敏感的組件冷卻，但會忽略其消耗的功率以及風扇具有活動部件且使用壽命有限的事實。當風扇運行時，它們還會產(chǎn)生聽覺噪聲，這在各種應用程序和環(huán)境中可能都是不需要的。
風扇圍繞溫度設(shè)定值的開/關(guān)循環(huán)是一種替代方法，可以減輕風扇連續(xù)運行的一些缺點。風扇的開/關(guān)控制技術(shù)可以通過限制運行時間來節(jié)省功率，減輕風扇運動部件的壓力，并在溫度降至設(shè)定值以下時關(guān)閉風扇，從而降低可聽見的噪音。
然而，開/關(guān)風扇控制在許多方面也太簡化了強制風冷的方法，并且有其自身的缺點。首先，開/關(guān)控制技術(shù)將熱和冷的循環(huán)引入到溫度敏感組件中。與在恒定高溫下運行相比，熱循環(huán)對關(guān)鍵組件的危害甚至更大。這是因為熱循環(huán)會在溫度系數(shù)上產(chǎn)生差異，從而導致材料和焊點承受額外應力，從而導致過早失效。
其次，是不可避免的熱超調(diào)的因素。這是風扇打開與風扇產(chǎn)生的強制空氣實際開始冷卻之間的時間延遲。在此時間延遲內(nèi)，除非降低“風扇開啟”設(shè)定點，否則可能會導致組件過熱。同樣，通過降低設(shè)定點，風扇接通電源并產(chǎn)生可聽到的噪音的時間也會增加。非常后，為避免在設(shè)定點附近快速通斷（通常稱為“抖動”），需要實現(xiàn)遲滯。
下圖有助于說明由于開/關(guān)風扇控制應用中的熱滯而引起的熱超調(diào)難題。該圖以步進變化（淺藍色），風扇的開/關(guān)循環(huán)（綠色）和實際溫度（深藍色）繪制所需的設(shè)定溫度。
當今的風扇控制選項
如今的直流風扇為設(shè)計人員提供了一系列控制和保護選項，可用于更精細的熱管理系統(tǒng)。這些先進的設(shè)計使基本的開/關(guān)風扇控制達到了更高的性能，效率和可靠性水平。還提供保護選項，可以在問題造成風扇和風扇冷卻組件損壞之前檢測出問題。下面介紹了一些非常常見的風扇控制和保護選項：
脈沖寬度調(diào)制
脈寬調(diào)制（PWM）是一種用于根據(jù)變化的熱工條件控制和更改風扇速度的常用方法。與先進的控制算法配合使用時，基于PWM的變速控制可提高運行效率，該算法可適應使風扇速度與熱負荷匹配的運行動態(tài)。
通過采用比例積分微分（PI和PID）閉環(huán)控制策略，也可以使用此方法來升級開/關(guān)風扇控制。這些策略通過確保氣流將條件保持在所需的設(shè)定點溫度，有助于避免負載變化時的熱過沖或下沖。
嵌入式轉(zhuǎn)速表信號
嵌入式轉(zhuǎn)速表用于閉環(huán)反饋和更高級的風扇控制，可通過測量脈沖輸出信號的頻率來感應并報告風扇的轉(zhuǎn)速。它還可以用作鎖定傳感器，在風扇由于斷電，阻塞等原因而停止運行時，向用戶發(fā)出警報。能夠盡快檢測到這些問題是系統(tǒng)運行的主要好處，并允許及時關(guān)機保護對溫度敏感的組件。
自動重啟保護
自動重啟保護功能可檢測何時阻止風扇電動機旋轉(zhuǎn)并自動切斷驅(qū)動電流。這樣可以保護風扇驅(qū)動電路，并可以將由于驅(qū)動電流關(guān)閉而引起的緊急問題通知風扇控制器。
旋轉(zhuǎn)檢測/鎖定傳感器
旋轉(zhuǎn)檢測/鎖定傳感器用于檢測風扇電動機是否正在運行或停止，可防止啟動或運行過程中出現(xiàn)問題。
概要
當應用產(chǎn)生過多的熱量時，直流風扇是使組件保持在其工作范圍內(nèi)并改善散熱的常見選擇。當然，在經(jīng)過一些基本的熱分析后，連續(xù)選擇和運行風扇當然是一個選擇，但更先進的風扇控制和保護功能可以為設(shè)計人員提供更長的使用壽命和效率。
