详解直流风扇的几种调速方式.docx
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详解直流风扇的几种调速方式
关于DC风扇（2、3、4线）的PWM调速测试
本次测试主要目的：
·测试不同额定功率的风扇可耐受的最低电压
·4线风扇（+V,-V,pulsesensor,PWMcontrol）PWM调速表现
·2线风扇基于外部PWM控制的调速表现
·在有不间断电源情况下3线风扇基于外部PWM控制的调速表现
·我们的推荐
一：
基于山洋（SANYODENKI）风扇的调速方式
目前基于山洋（SANYODENKI）DC风扇的调速方式主要有以下几种：
1、4线风扇（+V,-V,pulsesensor,PWMcontrol）的调速
2、内置或外置测温元件的调速。
3、电压调速。
4、通过外部电路对非4线风扇（2、3线）风扇的PWM调速。
以上1、2项调速方式，风扇在工作时的+V和-V均加载风扇的额定电压，通过PWM值和测温元件来调速，这两种转速控制方式可以基于任何山洋（SANYODENKI）的风扇来定制，您只需在样本根据您对风扇尺寸、风量、静压等要求选择您所需的标准风扇，之后将您对风扇转速的要求提给我们，我们即可按照您的要求来定制您的风扇。
第三种调速方式是通过外围电路调整风扇的+V和-V两端电压来调速风扇转速，风扇在调速过程中工作在非额定电压下。
任何DC风扇（2、3、4线）均可以采用此种方式来调整转速。
二：
几种调速方式的比较
1、采用4线风扇的PWM调速：
此方式可以在风扇可调速范围内精确的控制转速，可以良好的根据温度变化实现PID控制，以达到最理想的温度控制和风扇噪音之间的平衡。
但需要外部PWM脉冲电路和测温电路的配合，相对较复杂。
2、测温元件调速：
此方式最大的有点就是可以在最大程度上简化控制电路的前提下实现温控。
内置测温元件的风扇甚至不用搭配任何外围电路，即可实现自身的转速控制，从简化电路方面考虑此方式确为最佳选择方案。
而且您只需选择您需要的风扇和您需要的温控范围，测温元件可以由山洋（SANYODENKI）来提供或指定型号。
此方案日后可编程度低，（尤其是内置测温元件的风扇）一旦选定，要改变温度和转速的对应关系难度较大。
3、电压调速：
电压调速适用性广，几乎可以在任何DC风扇中使用此方法调速，但由于不同风扇对启动电压的需求不同，在有些要求启动电压较大的风扇上可调速的范围就比较小，不易实现温度和风扇转速的理想搭配。
而且如果实现自动温控，此方案的外围电路也相对较复杂。
4、通过外部电路对非4线风扇（2、3线）风扇的PWM调速：
此方案也是本次测试的主要目的。
通过PWM脉冲电路对风扇两端+V和-V进行PWM控制，它可以在任何DC风扇实现较灵活的转速控制，不过同4线PWM调速方式一样，此方案也需要较复杂的外围电路（可能比4线风扇还要复杂一些）。
三：
测试
测试一：
几款不同额定功率的风扇可耐受的最低电压
测试说明：
由于设备限制，电压无法做到无级调整，在5V以下用二极管的正向压降来调整电压，所以电压间隔较大。
请见下表：
项目型号
9GE0412P3J03
（40x40x28）
9PH0412P3K033
（40x40x28）
9S0612H401
（60x60x25）
9S1212F401
（120x120x25）
额定电流（A）
0.65
0.5
0.11
0.19
额定电压（V）
12
12
12
12
额定转速（RPM）
15000
15500
3900
2200
11.10V档转速（RPM）
14400
13950
3510
2088
11.10V档工作状态
正常
正常
正常
正常
5.11V档转速（RPM）
7400
6240
1350
1134
5.11V档工作状态
正常
正常
正常
正常
4.33V档转速（RPM）
4400
4860
1020
960
4.33V档工作状态
正常
正常
正常
正常
3.56V档转速（RPM）
0
3420
720
770
3.56V档工作状态
手动转动风扇，
传感器可工作
正常
正常
正常
2.82V档转速（RPM）
0
0
0
570
2.82V档工作状态
风扇传感器不
工作
手动给风扇一启动扭矩，风扇可以启动。
集电极工作正常。
风扇在200rpm
左右转动，最后停止
手动给风扇一启动
扭矩，风扇可以启动。
集电极工作正常。
风扇在390rpm
左右转动.
正常
2.43V档转速（RPM）
N/A
0
0
354
2.43V档工作状态
N/A
风扇传感器不
工作
手动转动风扇，
传感器可工作
正常
2.28V档转速（RPM）
N/A
N/A
0
0
2.28V档工作状态
N/A
N/A
手动转动风扇，
传感器可工作
手动转动风扇，
传感器可工作
1.72V档转速（RPM）
N/A
N/A
0
0
1.72V档工作状态
N/A
N/A
风扇传感器不
工作
手动转动风扇，
传感器可工作
1.30V档转速（RPM）
N/A
N/A
N/A
0
1.30V档工作状态
N/A
N/A
N/A
风扇传感器不工作
表1风扇耐受电压比对表
通过测试一的测试，包括额定功率较高的9GE0412P3J03在内，通过调压的方式进行风扇调速的范围比较宽，在4.33V电压档，风扇至少可以稳定降速到额定转速的一半，而风扇的测速传感器即使在低于风扇可启动电压时，在一定范围内也可以工作。
测试中风扇在“正常”状态下运行平稳，无杂音。
测试二：
4线风扇（+V,-V,pulsesensor,PWMcontrol）PWM调速表现
测试说明：
以9GE0412P3J03为例，通过在PWMcontrol线和–V之间做PWM控制。
风扇最佳PWM频率为25KHZ，由于脉冲发生器限制，最大PWM频率为6.5KHZ。
请见下图表：
PWM（%）测试项目
风扇4PINPWM调速（6.5KHZ）
（1-PWM%）为实际占空比
运行表现
0
2430
平稳无杂音
5
2460
平稳无杂音
10
4050
平稳无杂音
15
5130
平稳无杂音
20
6090
平稳无杂音
25
6810
平稳无杂音
30
7530
平稳无杂音
35
8160
平稳无杂音
40
8820
平稳无杂音
45
9450
平稳无杂音
50
10020
平稳无杂音
55
10560
平稳无杂音
60
11070
平稳无杂音
65
11580
平稳无杂音
70
12060
平稳无杂音
75
12510
平稳无杂音
80
12900
平稳无杂音
85
13320
平稳无杂音
90
13780
平稳无杂音
95
14370
平稳无杂音
100
14460
平稳无杂音
表29GE0412P3J034线PWM调速表现
测试中风扇表现正常，调速平稳无杂音。
测试三：
2线风扇基于外部PWM控制的调速表现
测试说明：
由于图2所示电路中我们通过外部PWM直接开、关风扇的+V和–V（DC12V），所以风扇的传感器在调速过程中无法正常反应风扇实际转速，故我们借此来模拟测试两线风扇使用外部PWM控制转速时的表现。
通过第一项测试结果来看，对电压调速表现最差的9GE0412P3J03和表现最好的9S1212F401两颗风扇，我们用他们来模拟一般两线风扇，使用图2所示的外部PWM控制电路来控制风扇转速，以期从感觉体验不同功率的两款两线风扇在不同频率的外部PWM控制中的表现。
请见下表：
PWM频率项目
可启动占空比（9GE）
风扇运转平稳度（9GE）
可启动占
空比（9S）
风扇运转平稳度（9S）
6.5KHZ
15%
在占空比从10%开始风扇有明显高频电流声。
转速随占空比变化快、跟随性很好。
10%
5%-90%均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
3.25KHZ
35%
在占空比从5%开始风扇有明显高频电流声。
风扇在开始启动后随PWM值加大加速很突然。
5%
5%-90%均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
1.63KHZ
65%
在占空比从5%开始风扇有明显高频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇随PWM值加大加速很突然。
10%
3%以上均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
820HZ
85%
在占空比从5%开始风扇有明显高频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇随PWM值加大加速非常突然。
5%（明显在失速状态）
3%以上均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
410HZ
85%
在占空比从5%开始风扇有明显高频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇随PWM值加大到90%加速非常突然。
10%
3%以上均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
128HZ
55%
在占空比从5%开始风扇有明显高频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇随PWM值加大到95%以后加速明显，并PWM值在98-99%时风扇转速猛然增加。
10%
3%以上均有明显高频电
流声，速度跟随性很好。
高转速有共振。
60HZ
40%
在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇在PWM值40%-99%之间转速变化不明显，到100%才突然加大到最高转速。
10%
3%以上均有明显电
流声，速度跟随性很好。
30HZ
35%
在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
非线性变化，到100%才突然加大到最高转速。
风扇全程颤抖。
10%
风扇有“嗒嗒”低频电流声。
15HZ
30%（但颤抖严重）
在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”低频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇在PWM值40%-99%之间转速变化不明显，到100%才突然加大到最高转速。
风扇全程颤抖。
10%
风扇有“嗒嗒”低频电流声。
10HZ
25%（颤抖）
在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”低频电流声。
风扇在开始启动后转速很低。
风扇在PWM值40%-99%之间转速变化比较明显，但应不是线性变化。
风扇全程颤抖。
10%
风扇有“嗒嗒”低频电流声。
5HZ
15%（明显有加减速过程）
在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”低频电流声。
风扇运转过程中加减速声音明显，运转很不平稳，但PWM跟随性较好。
5%
风扇有“嗒嗒”低频电流声。
运转较9PH的风扇相对平稳。
无明显加减速声音。
表3两款不同功率风扇模拟2线风扇的外部PWM控制表现
测试中两颗风扇无论在任何频率下均有不同程度的杂音，随着PWM频率的变化，杂音的频率也在变化，但始终存在。
测试中9S1212F401调速表现良好，可以使用大部分频率的外部PWM调速，但由于风扇本身非常静音，调速时产生的杂音更加明显。
而9GE0412P3J03对PWM频率变化表现起伏很大，但由于其转速很高，在高速转动中调速产生的噪音反而不明显（但肯定存在）。
9GE0412P3J03在某些PWM频率从低占空比向高占空比增加时可能会发生马达堵转，主要表现为：
如当前加载10%PWM，马达颤抖但不运转，这时一点一点增加PWM值，风扇一直会处于停止状态，直到加载到一个很大的PWM值才开始运转（这个值已远远大于表中的启动PWM值）。
而如果起始PWM值就大于或等于表中的启动PWM值，则无堵转现象发生。
测试四：
在有不间断电源情况下3线风扇基于外部PWM控制的调速表现
测试说明：
同样采用测试三中的两颗风扇，截取两个风扇可能表现良好的PWM频率，在外部加载一5V（经二极管后电压约为4.33V）电压后通过外部PWM控制风扇12V电源来实现PWM调速，并记载转速变化。
来测试风扇在调速过程中的实际转速和调速中的表现。
图3为风扇外部控制示意图
首先是9GE0412P3J03在6.5KHZ频率下的调速表现：
PWM风扇情况
9GE0412P3J03@6.5KHZ转速（RPM）
9GE0412P3J03@6.5KHZ运转说明
0
4350
无噪音
5
4380
无噪音
10
5310
明显高频声
15
5880
明显高频声
20
6510
明显高频声
25
7050
明显高频声
30
7500
明显高频声
35
8310
明显高频声
40
9270
风声超过高频声
45
10080
风声超过高频声
50
10710
风声超过高频声
55
11190
风声超过高频声
60
11520
风声超过高频声
65
11880
风声超过高频声
70
12180
风声超过高频声
75
12480
风声超过高频声
80
12810
风声超过高频声
85
13170
风声超过高频声
90
13590
风声超过高频声
95
13740
风声超过高频声
100
13740
无噪音
表49GE0412P3J03在有“不间断电压”外部6.5KHZ的PWM频率下调速表现
转速曲线：
9GE0412P3J03在30HZ频率下的调速表现：
PWM风扇情况
9GE0412P3J03@30HZ转速（RPM）
9GE0412P3J03@30HZ运转说明
0
4290
无噪音
5
4380
贴近风扇听有“嗒嗒”声
10
4410
贴近风扇听有“嗒嗒”声
15
4500
贴近风扇听有“嗒嗒”声
20
4560
贴近风扇听有“嗒嗒”声
25
4680
贴近风扇听有“嗒嗒”声
30
4860
贴近风扇听有“嗒嗒”声
35
5130
贴近风扇听有“嗒嗒”声
40
5460
风声超过“嗒嗒”声
45
6000
风声超过“嗒嗒”声
50
7530
风声超过“嗒嗒”声
55
7890
风声超过“嗒嗒”声
60
8220
风声超过“嗒嗒”声
65
8520
风声超过“嗒嗒”声
70
8730
风声超过“嗒嗒”声
75
9060
风声超过“嗒嗒”声
80
9300
风声超过“嗒嗒”声
85
9630
风声超过“嗒嗒”声
90
9930
风声超过“嗒嗒”声
95
10200
风声超过“嗒嗒”声
100
13740
无噪音
表59GE0412P3J03在有“不间断电压”外部30HZ的PWM频率下调速表现
转速曲线：
9S1212F401在6.5KHZ频率下的调速表现：
PWM风扇情况
9S1212F401@6.5KHZ
转速（RPM）
9S1212F401@6.5KHZ
运转说明
0
960
无噪音
5
960
安静
10
1350
明显高频声
15
1380
明显高频声
20
1440
明显高频声
25
1470
明显高频声
30
1500
明显高频声
35
1560
明显高频声
40
1590
明显高频声
45
1650
明显高频声
50
1680
明显高频声
55
1710
明显高频声
60
1770
明显高频声
65
1800
明显高频声
70
1860
明显高频声
75
1890
明显高频声
80
1920
明显高频声
85
1950
高频声减小
90
1980
高频声更小
95
1980
高频声几乎消失
100
2010
高频声消失
表69S1212F401在有“不间断电压”外部6.5KHZ的PWM频率下调速表现
转速曲线：
9S1212F401在30HZ频率下的调速表现：
PWM风扇情况
9S1212F401@10HZ
转速（RPM）
9S1212F401@10HZ
运转说明
0
960
无噪音
5
1020
贴近风扇听有“嗒嗒”声
10
1080
贴近风扇听有“嗒嗒”声
15
1170
贴近风扇听有“嗒嗒”声
20
1230
贴近风扇听有“嗒嗒”声
25
1290
贴近风扇听有“嗒嗒”声
30
1350
贴近风扇听有“嗒嗒”声
35
1410
贴近风扇听有“嗒嗒”声
40
1470
贴近风扇听有“嗒嗒”声
45
1530
贴近风扇听有“嗒嗒”声
50
1560
贴近风扇听有“嗒嗒”声
55
1620
贴近风扇听有“嗒嗒”声
60
1650
贴近风扇听有“嗒嗒”声
65
1710
贴近风扇听有“嗒嗒”声
70
1770
贴近风扇听有“嗒嗒”声
75
1800
贴近风扇听有“嗒嗒”声
80
1830
贴近风扇听有“嗒嗒”声
85
1890
贴近风扇听有“嗒嗒”声
90
1920
贴近风扇听有“嗒嗒”声
95
1950
贴近风扇听有“嗒嗒”声
100
2010
“嗒嗒”声消失
表79S1212F401在有“不间断电压”外部30HZ的PWM频率下调速表现
转速曲线：
在本测试中，选用的65KHZ和30HZ的PWM频率在两颗风扇上的表现如以上所示，在65KHZ的频率下功率较高的9GE0412P3J03可以获得比较不错的调速表现（不过参考表3，似乎它没有过多的频率可供选择），而9S1212F401则在低频下表现良好。
不过即使加载了不间断电源，风扇调速时产生的噪音仍然存在，几乎和测试三得到的运转情况一样，没有减小也没有增加。
四：
测试小结和我们的建议
通过我们本次对几款风扇的不完全测试可以得到以下几点结论：
·额定功率和结构不同的风扇最低可工作电压不同，对于三线和四线风扇，其传感器可的工作电压往往比风扇可运转的电压要更低一些。
·通过电压调速也可以得到相对较宽的调速范围，但在某些临界状态时可能风扇马达无法达到所需的启动扭矩（但其实此电压下风扇可以运转），所以在调速时最好在风扇启动时以一个较高电压启动（比如额定电压），延时一段再调低电压。
·在外部PWM调速时（无“不间断”5V电压），也同样可能发生以上情况，所以在使用此方法调速时也最好能已高PWM值启动（比如100%），延时一段再调低PWM值。
·无论何种外部PWM调速方式，无论在本测试中使用的哪种PWM频率，都会使风扇在一次次加电时产生与PWM频率对应的噪音，在高频时甚至会超过某些静音风扇本身产生的噪音。
我们的建议：
通过本次测试，我们对您提出以下几点不成熟的建议，谨供参考：
在设计初期
·4线风扇的PWM调速运行平稳，可调节外围广，速度响应快，我们推荐您在设计初期，在控制电路和风扇都还没有定型之前选用这种方式，这可能会提供给您最好的风扇调速表现，更加容易的实现温度和噪音之间的平衡并且可以延长风扇的使用寿命。
·如果您认为PWM调速方式可能相对比较复杂，或者您的控制电路已经设计成型，我们建议您选用外置测温元件的风扇，它几乎不用您对您的电路做任何修改，只需要把测温元件放在您的测温点就可以自行调节转速。
已经有成型2线或3线风扇
·如果您可以在您的控制电路中控制输出电压，而风扇调速范围不需要非常广，我们建议您使用调压的方式来控制风扇转速，通过本次的不完全测试，风扇在5V以上维持正常工作应无问题。
如果您想手动控制风扇
·如果您只是想手动的控制风扇在两段或者几段转速间变化，或者只需要让风扇在两段或几段温度内自动切换转速，我们建议您使用电压控制，您可以简单的利用二极管（串接一个二极管大约降0.7V左右）的正向压降来给风扇降压，这适用于绝大多数电压适应度较宽的风扇调速。
关于外部PWM控制
·如果您在设计初期，在控制电路和风扇都未成型之前。
我们不建议您使用外部PWM控制的方式，因为这种方式几乎不会减少您搭建外部控制电路的力气（相对于4线PWM风扇）；但是得到的调速结果却并不如4线PWM控制那样平稳。
最主要的是由此产生的额外噪音，在某些风扇调速时甚至超出风扇本身的噪音，我想这是您很不愿看到的。
·如果您已经有2线或3线风扇的方案却不愿改变风扇的选择，希望使用外部PWM电路来控制风扇转速，通过本次测试来看，希望您使用相对较低的频率来控制额定功率相对较小的风扇，高PWM频率显然不适合这种控制方式（尽管高频带来了某些风扇不错的调速曲线），而在定型之前，请一定要用实际样品实地测试，风扇的不同会带来完全不同的调速表现。
希望本次测试和我们的几点不成熟的建议能为您在选择调速风扇时带来一点帮助，如果有任何意见或建议请随时提出，十分期待您的观点。
祝您工作顺利！
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