一种调整风扇电压的无极调速系统的制作方法

本实用新型属于风扇调速技术改进领域，尤其涉及一种利用 I2C 数字电位器来调整风扇电压的无极调速系统。

背景技术：

PWM 控制风扇电源方式：通过控制 MOS 管的栅极来控制 MOS 管的导通和截止， 从而直接实现风扇电源的开关，如图1所示。

PWM 控制可调风扇的方式：通过 CPLD/FPGA 或者 MCU 产生 PWM 控制信号， 送给可调风扇从而实现风扇转速的调整，如图2所示。

PWM 调压方式：通过锯齿波和 D/A 芯片参考电压产生 PWM 脉宽调制波形，再利用运放和电压反馈电路来调整 PWM 脉宽而达到稳压的作用，如图3所示。

图1方案会产生人耳可以听到的噪音频段：一般 PWM调速风扇的 PWM频率设置在1KHz ~ 25KHz,这个频段的 PWM控制型号会产生人耳可以听到的噪音，实际测试数据表明，在 PWM占空比超过 20%以上时可以听到明显的高频电流声, 尤其是高转速的 PWM 调速风扇产生的噪音更加明显。

图1方案会导致风扇转速不平稳: 一般PWM是直接控制风扇的电源，在一个 PWM 周期内，电源开周期风扇工作，电源关闭器件，风扇依靠惯性转动，这样会带来风扇转速不平稳，引起风扇寿命的缩短以及增加振动噪音问题。

图2方案其实就是讲控制电路转移到了风扇内部，上面的所有问题均存在，同时可调速风扇的采购远不如普通的不可调速风扇容易，成本也更高。

图3方案分立元器件众多，需要 CPU 控制 D/A 产生参考电压，电路复杂，参数众多，调整稳定很不容易，其实这个方案方框内的部分，电源芯片内部都有，并且更加完善，分立元件的方案一般会存在电路复杂，电源纹波大，风扇转动不平稳的问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种调整风扇电压的无极调速系统，旨在解决上述的技术问题。

本实用新型是这样实现的，一种调整风扇电压的无极调速系统，该无极调速系统包括电压反馈模块、相位补偿模块、驱动模块、电压转换模块、电压变换稳定模块及微处理器，所述电压转换模块的输出端分别连接所述电压反馈模块的输入端、相位补偿模块的输入端及驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接所述电压变换稳定模块的输入端，所述微处理器连接所述电压反馈模块双向通信。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电压反馈模块包括数字电位器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电容C1，所述数字电位器U1的W2脚经所述电阻R1接地，所述数字电位器U1的AD0脚经电阻R2接地，所述数字电位器U1的AD1脚经所述电阻R3接地，所述数字电位器U1的VDD脚分别接电正3.3V及经所述电容C1接地。

本实用新型的进一步技术方案是：该无极调速系统还包括电压量程补偿模块，所述微处理器的输出端连接所述电压量程补偿模块的输入端。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电压量程补偿模块包括MOS管Q3、电阻R8、电阻R7、三极管Q4、二极管D1、MOS管Q5、电阻R10、电阻R9、三极管Q6及二极管D2，所述三极管Q6的基极分别连接所述微处理器的FAN_PWM0及电阻R9的一端，所述三极管Q6的集电极分别连接所述电阻R10的一端及MOS管Q5的栅极，所述MOS管Q5的源极连接所述二极管D2的阳极，所述电阻R10的另一端及MOS管Q5的漏极分别连接Vout，所述电阻R9的另一端连接电源正3.3V，所述二极管D2的阴极及二极管D1的阴极分别连接Vcc_Fan，所述二极管D1的阳极连接所述MOS管Q3的源极，所述MOS管Q3的栅极分别连接电阻R8的一端及三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极分别连接电阻R7的一端及FAN_PWM100，所述电阻R7的另一端连接电源正3.3V，所述电阻R8的一端及MOS管Q3的漏极分别连接电源正12V，所述三极管Q4的发射极及三极管Q6的发射极分别接地。

本实用新型的进一步技术方案是：所述相位补偿模块包括电阻R4、电容C2、电容C3、电容C4及电阻R5，所述电阻R4的一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端分别连接电容C3的一端及电容C4的一端，所述电容C4的另一端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R4的另一端连接Vin。

本实用新型的进一步技术方案是：所述驱动模块包括MOS管Q1及MOS管Q2，所述MOS管Q1的源极连接所述MOS管Q2的漏极，所述MOS管Q2的源极接地。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电压变换稳定模块包括电感L1、电容C8及电容C9，所述电感L1的一端分别连接所述电容C8的一端及Vout，所述电容C9的一端分别连接所述MOS管Q1的漏极及Vin，所述电容C8的另一端及电容C9的另一端均接地。

本实用新型的进一步技术方案是：所述电压转换模块包括芯片U2、电容C5、电容C6、电容C7、电容C10及电阻R6，所述芯片U2的FB脚分别连接所述数字电位器U1的W1脚及B2脚，所述芯片U2的COMP脚分别连接所述电阻R5的另一端及电容C3的另一端，所述芯片U2的BOOT脚经所述电容C10分别连接所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极及电感L1的另一端，所述芯片U2的HDRV脚连接所述MOS管Q1的栅极，所述芯片U2的SW脚分别连接所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极及电感L1的另一端，所述芯片U2的LORV/OC脚连接所述MOS管Q2的栅极，所述电容C7与所述电阻R6并联后的一端连接所述芯片U2的BP脚，所述电容C7与所述电阻R6并联后的另一端接地，所述芯片U2的PAD脚接地，所述芯片U2的EN/SS经所述电容C6接地，所述芯片U2的VDD连接Vin及经所述电容C5接地。

本实用新型的进一步技术方案是：所述芯片U2采用的是TPS40305型号芯片。

本实用新型的进一步技术方案是：所述微处理器采用的是AD5243BRM10型号芯片。

本实用新型的有益效果是：采用行业成熟的电源芯片，稳压效果好， 电源纹波可有效控制在 1% 以内，开关频率一般在300KHz以上， 远远超过人耳朵可以听到的范围，有效的避免开关噪音，风扇转动也非常平稳。直接调整风扇电压的方式，不需要采购可调风扇，不会产生 PWM 频段的噪音。

附图说明

图1是现有技术中PWM 控制风扇电源方式的电气原理图。

图2是现有技术中PWM 控制可调风扇的方式的电气原理图。

图3是现有技术中PWM 调压方式的电气原理图。

图4是本实用新型提供的调整风扇电压的无极调速系统结构框图。

图5是本实用新型提供的调整风扇电压的无极调速系统的电气原理图。

图6是本实用新型提供的电压反馈模块的电气原理图。

图7是本实用新型提供的电压量程补偿模块的电气原理图。

具体实施方式

图1示出了本实用新型提供的一种调整风扇电压的无极调速系统，该无极调速系统包括电压反馈模块、相位补偿模块、驱动模块、电压转换模块、电压变换稳定模块及微处理器，所述电压转换模块的输出端分别连接所述电压反馈模块的输入端、相位补偿模块的输入端及驱动模块的输入端，所述驱动模块的输出端连接所述电压变换稳定模块的输入端，所述微处理器连接所述电压反馈模块双向通信。

所述电压反馈模块包括数字电位器U1、电阻R1、电阻R2、电阻R3及电容C1，所述数字电位器U1的W2脚经所述电阻R1接地，所述数字电位器U1的AD0脚经电阻R2接地，所述数字电位器U1的AD1脚经所述电阻R3接地，所述数字电位器U1的VDD脚分别接电正3.3V及经所述电容C1接地。

该无极调速系统还包括电压量程补偿模块，所述微处理器的输出端连接所述电压量程补偿模块的输入端。

所述电压量程补偿模块包括MOS管Q3、电阻R8、电阻R7、三极管Q4、二极管D1、MOS管Q5、电阻R10、电阻R9、三极管Q6及二极管D2，所述三极管Q6的基极分别连接所述微处理器的FAN_PWM0及电阻R9的一端，所述三极管Q6的集电极分别连接所述电阻R10的一端及MOS管Q5的栅极，所述MOS管Q5的源极连接所述二极管D2的阳极，所述电阻R10的另一端及MOS管Q5的漏极分别连接Vout，所述电阻R9的另一端连接电源正3.3V，所述二极管D2的阴极及二极管D1的阴极分别连接Vcc_Fan，所述二极管D1的阳极连接所述MOS管Q3的源极，所述MOS管Q3的栅极分别连接电阻R8的一端及三极管Q4的集电极，所述三极管Q4的基极分别连接电阻R7的一端及FAN_PWM100，所述电阻R7的另一端连接电源正3.3V，所述电阻R8的一端及MOS管Q3的漏极分别连接电源正12V，所述三极管Q4的发射极及三极管Q6的发射极分别接地。

所述相位补偿模块包括电阻R4、电容C2、电容C3、电容C4及电阻R5，所述电阻R4的一端连接所述电容C2的一端，所述电容C2的另一端分别连接电容C3的一端及电容C4的一端，所述电容C4的另一端连接所述电阻R5的一端，所述电阻R4的另一端连接Vin。

所述驱动模块包括MOS管Q1及MOS管Q2，所述MOS管Q1的源极连接所述MOS管Q2的漏极，所述MOS管Q2的源极接地。

所述电压变换稳定模块包括电感L1、电容C8及电容C9，所述电感L1的一端分别连接所述电容C8的一端及Vout，所述电容C9的一端分别连接所述MOS管Q1的漏极及Vin，所述电容C8的另一端及电容C9的另一端均接地。

所述电压转换模块包括芯片U2、电容C5、电容C6、电容C7、电容C10及电阻R6，所述芯片U2的FB脚分别连接所述数字电位器U1的W1脚及B2脚，所述芯片U2的COMP脚分别连接所述电阻R5的另一端及电容C3的另一端，所述芯片U2的BOOT脚经所述电容C10分别连接所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极及电感L1的另一端，所述芯片U2的HDRV脚连接所述MOS管Q1的栅极，所述芯片U2的SW脚分别连接所述MOS管Q1的源极、MOS管Q2的漏极及电感L1的另一端，所述芯片U2的LORV/OC脚连接所述MOS管Q2的栅极，所述电容C7与所述电阻R6并联后的一端连接所述芯片U2的BP脚，所述电容C7与所述电阻R6并联后的另一端接地，所述芯片U2的PAD脚接地，所述芯片U2的EN/SS经所述电容C6接地，所述芯片U2的VDD连接Vin及经所述电容C5接地。

所述芯片U2采用的是TPS40305型号芯片。

所述微处理器采用的是AD5243BRM10型号芯片。

采用普通的 2 PIN 风扇， 通过调压方式来实现风扇的无极调速。

风扇的电压通过调整电源芯片的反馈端电阻来实现电源电压的调整和稳压。

反馈端电阻通过 I2C 写数字电位器的内部寄存器来是实现电阻的调整。

一般数字电位器内部的电阻有 256 个值， 也就是说， 我们可以做 256 级的调速，当然实际上 4~5 级在大多数情况下就已经足够。

此方案最核心的技术是 I2C 控制数字电位器来调整电源芯片的反馈电压， 从而达到调整输出电压 Vout 的目的。

调压范围不是满量程的， 如 +12V 的电压输入， 一般可以调整输出电压范围大约是 +3V~ +10V 左右， 要解决这个问题， 可以用附图 6 的方式来解决， 这样就可以使用满量程的电压调节了， 如果对风扇的满量程不敏感的话， 就不需要采用附图 6 电路了， 因为要占用 2 个 CPU 的 I/O 管脚。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。