散熱風扇在我們的生活中非常常見。散熱風扇有一個種類叫做電子散熱風扇，在汽車中是非常常見的。電子散熱風扇在汽車中一般會具有不同的檔位，那么不同檔位的電子散熱風扇是怎么進行控制的呢?下面我們來了解一下。
在汽車電子系統之中，溫度的管理一直是個挑戰，一般會要求系統能夠正常工作在-40°C ~ + 65°C的環境溫度之下。而機殼之內的環境溫度還會有20°C左右的溫升，所以pcb板實際需要承受的最高環境溫度會高達+ 85°C。
然后，進一步著眼于局部區域，如電源、cpu等模塊將會是發熱大戶，更一步加劇了機殼內的環境溫度，嚴苛的環境實際上已經逼近很多芯片的耐溫極限了。因此，在系統設計的初期，必須規劃好熱管理(Thermal Management)策略以及設計對應的措施。
比較簡單粗暴，但是有效的散熱措施就是增加一臺散熱風扇，當然這會增加設計成本及機器噪音。所以，我們在設計風扇電路時的要求也是基于這兩個基本的出發點：
1)、電路必須簡單，低成本;
2)、風扇的轉速與噪音成正比，所以要求風扇的轉速可測、可控。系統會根據環境溫度調整風扇轉速，最好是無級調速，力求散熱效率與噪音之間的平衡。
風扇的結構：
風扇的核心部件是一只外轉子的無刷直流電機。所謂外轉子，是指線圈不動(定子)，磁鐵旋轉(轉子);所謂無刷直流電機，是沒有電刷的直流電機，使用霍爾感應器代替電刷。
圖1.1 散熱用風扇
在原理上，一成不變的直流電壓是無法讓電機持續運轉的，因為它會被“異性”牢牢地吸引住，攜手到白頭。電機持續運轉的前提是，有一方必須“花心”，轉子也好，定子也行，所以轉子與定子之間“分分合合”，不斷尋找新歡，然后就轉動了起來。
當電機轉過180°時(這是相位角度，注意不是物理角度)，正好線圈感應的N和S極與磁鐵的S和N異性相吸，此刻將通往線圈的電壓交換正負極，然后由“異性相吸”轉變為“同性相斥”，所以轉子又得以轉過180°，然后繼續變換正負極，電機得以持續轉動。
不斷“挑唆”線圈變換正負極的裝置叫做換相器，它可以是機械式的電刷，也可以是電子式的霍爾感應器。顯然機械式的換相器簡單，成本低，但是噪音大，有磨損，壽命短，如圖1.2示意;電子式的霍爾感應器，壽命長，但是需要專門的芯片來輔助，成本高，如圖1.3示意。
圖1.2 直流電機的工作原理模型
圖1.3 無刷直流電機的工作原理模型
圖1.4與圖1.5是散熱風扇的拆解，這是外轉子的無刷直流電機，轉子是磁極，定子是線圈，線圈被安裝于一個PCB基板上，基板上還有一個霍爾感應器，用于感應轉子上的磁極變化。
圖 1.4 散熱風扇拆解(正面)
圖 1.5 散熱風扇拆解(反面)
圖1.6 霍爾感應器與磁極變化
霍爾感應器頭頂上的轉子在轉動過程中，N/S磁極交錯變化，霍爾會相應的輸出高低交錯變化的信號，然后輸出信號被輸入到控制芯片進行處理，芯片據此在合適的時機進行換相操作。
轉速偵測：
霍爾輸出的信號還對應于電機的轉速，不過需要一點換算，在換算時首先需要知道一個參數，因為霍爾是對每個磁極做出反應的，所以如果知道了電機一共有多少個磁極(N和S)，然后就可以換算出電機的轉速了。
風扇電機的磁極一般是4極或8極，當然可以更多，極數越多轉動越細膩、越平穩，當然這對于風扇來說沒必要。
圖1.7 電機的轉速信號的換算
圖1.7是霍爾信號的輸出與電機的轉速之間的換算關系。
RPM是每分鐘的轉速，FG是霍爾信號的頻率，FG代表每秒鐘感應到了多少次N/S磁極的交替。POLE是指一共有多少個N及S極，如4個極(2個N，2個S)以及8個極(4個N，4個S)，(FG*2/POLE)是換算為每秒鐘的電機轉速，一分鐘等于60秒，所以最后再乘以60換算為常用單位RPM(轉/分鐘)。
換相機制：
支撐電機轉動的基礎原理是“異性相吸，同性相斥”。永磁鐵的磁極是固定的，在這里它是繞軸轉動的的轉子;然后，固定在基板上的線圈是定子，它隨電流方向的不同而呈現不同的極性，N或S極，它是可變性的。
首先，控制芯片通過霍爾感應器探測得知當前在線圈附近的磁極極性是N還是S，然后通知線圈感應出與之相反的極性。轉子聞到了異性的味道，會立刻傻傻地跑過去。當轉子剛好跑到線圈的中心位置的時候，控制芯片又立刻通知線圈再次變性，成為與轉子同性。可想而知，轉子十分“惱火”，遠看以為是一個大美女，跑到跟前一瞧，“靠”，居然是男的!不過已經來不及了，由于慣性的原因，轉子已經跨越了中心線。而與之相鄰的磁極正在向線圈靠近，因為它是異性的，所以她瞧見的是一位“大帥哥”正在等她，于是她加速、主動地追了過來，當然結果也是令人失望的，然后拂袖而去，接著又有新的磁極再次“上當”。如此周而復始，轉子就在控制芯片的“哄騙”之下，轉動了起來。
如此調侃電機的換相過程，雖不嚴謹，但是原理上基本就是如此，如圖1.8示意。
綜上所述，通過這篇文章，我們對汽車中電子散熱風扇的控制原理和具體方法有了更多的了解。我們在進行汽車維修的時候，有時候需要對電子散熱風扇進行排查，了解有關電子散熱風扇控制機理的知識有利于我們進行排查。
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