詳解直流風扇的幾種調速方式

1、關于 DC 風扇（2、 3、 4 線）的 PWM 調速測試本次測試主要目的：測試不同額定功率的風扇可耐受的最低電壓4 線風扇（+V , -V, pulse sensor , PWM control PWM 調速表現(xiàn) 2線風扇基于外部PWM控制的調速表現(xiàn) 在有不間斷電源情況下3線風扇基于外部PWM控制的調速表現(xiàn) 我們的推薦一：基于山洋（SANYO DENKI ）風扇的調速方式目前基于山洋（SANYO DENKI ） DC 風扇的調速方式主要有以下幾種：1、4線風扇（+V，-V, pulse sensor, PWM contro| 的調速2、內置或外置測溫元件的調速。3、電壓調速。4、通過外部電路

2、對非4 線風扇（2、 3 線）風扇的 PWM 調速。以上1、2項調速方式，風扇在工作時的+V和-V均加載風扇的額定電壓，通過 PWM 值和測溫元件來調速，這兩種轉速控制方式可以基于任何山洋（ SANYO DENKI ） 的風扇來定制，您只需在樣本根據您對風扇尺寸、風量、靜壓等要求選擇您所需的標準風扇， 之后將您對風扇轉速的要求提給我們， 我們即可按照您的要求來定制您的風扇。第三種調速方式是通過外圍電路調整風扇的+V和-V兩端電壓來調速風扇轉速，風扇在調速過程中工作在非額定電壓下。任何DC 風扇（2、 3、 4 線）均可以采用此種方式來調整轉速。二：幾種調速方式的比較1、采用 4 線風扇的 PW

3、M 調速：此方式可以在風扇可調速范圍內精確的控制轉速， 可以良好的根據溫度變化實現(xiàn) PID 控制，以達到最理想的溫度控制和風扇噪音之間的平衡。但需要外部PWM 脈沖電路和測溫電路的配合，相對較復雜。2、測溫元件調速：此方式最大的有點就是可以在最大程度上簡化控制電路的前提下實現(xiàn)溫控。 內置測溫元件的風扇甚至不用搭配任何外圍電路， 即可實現(xiàn)自身的轉速控制， 從簡化電路方面考慮此方式確為最佳選擇方案。 而且您只需選擇您需要的風扇和您需要的溫控范圍，測溫元件可以由山洋（ SANYO DENKI ）來提供或指定型號。此方案日后可編程度低， （尤其是內置測溫元件的風扇） 一旦選定， 要改變溫度和轉速的對應

4、關系難度較大。3、電壓調速：電壓調速適用性廣， 幾乎可以在任何DC 風扇中使用此方法調速， 但由于不同風扇對啟動電壓的需求不同， 在有些要求啟動電壓較大的風扇上可調速的范圍就比較小， 不易實現(xiàn)溫度和風扇轉速的理想搭配。 而且如果實現(xiàn)自動溫控，此方案的外圍電路也相對較復雜。4、通過外部電路對非4 線風扇（2、 3 線）風扇的 PWM 調速：此方案也是本次測試的主要目的。通過PWM 脈沖電路對風扇兩端+V和-V進行PWM控制，它可以在任何 DC風扇實現(xiàn)較靈活的轉速控制，不過同 4 線 PWM 調速方式一樣， 此方案也需要較復雜的外圍電路 （可 能比 4 線風扇還要復雜一些） 。三： 測試測試一：幾

5、款不同額定功率的風扇可耐受的最低電壓測試說明：由于設備限制，電壓無法做到無級調整，在5V以下用二極管的正向壓降來調整電壓，所以電壓間隔較大。請見下表:項型號9GE0412P3J03 (40x40x28)9PH0412P3K03： (40x40x28)39S0612H401(60x60x25)9S1212F401(120x120x25)額定電流（A）0.650.50.110.19額定電壓（V）12121212額定轉速（RPM）15000155003900220011.10V檔轉速（RPM）14400139503510208811.10V檔工作狀態(tài)正常正常正常正常5.11V 檔轉速(RPM)740

6、06240135011345.11V檔工作狀態(tài)正常正常正常正常4.33V 檔轉速（RPM）4400486010209604.33V檔工作狀態(tài)正常正常正常正常3.56V 檔轉速（RPM）034207207703.56V檔工作狀態(tài)手動轉動風扇， 傳感器可，作正常正常正常2.82V 檔轉速（RPM）0005702.82V檔 工作狀態(tài)風扇傳感器不 工作手動給風扇一啟動扭矩，風扇可以 啟動。集電極工作 正常。風扇在200rpm左右轉動，最后停止手動給風扇一啟動 扭矩，風扇可以啟 動。集電極工作正 常。風扇在390rpm 左右轉動.正常2.43V 卞當轉速（RPM）N/A003542.43V檔工作狀態(tài)N/

7、A風扇傳感器不 工作手動轉動風扇， 傳感器可，作正常2.28V 卞當轉速（RPM）N/AN/A002.28V檔工作狀態(tài)N/AN/A手動轉動風扇， 傳感器可，作手動轉動風扇， 傳感器可，作1.72V 檔轉速（RPM）N/AN/A001.72V檔 工作狀態(tài)N/AN/A風扇傳感器不 工作手動轉動風扇， 傳感器可，作1.30V 檔轉速（RPM）N/AN/AN/A01.30V檔 工作狀態(tài)N/AN/AN/A風扇傳感器/、上 作表1風扇耐受電壓比對表通過測試一的測試，包括額定功率較高的9GE0412P3J03ft內，通過調壓的方式進行風扇調速的范圍比較寬，在4.33V電壓檔，風扇至少可以穩(wěn)定降速到額定轉速的

8、一半，而風扇的測速傳感器即使在低于風扇可啟動電壓時，在一 定范圍內也可以工作。測試中風扇在“正常”狀態(tài)下運行平穩(wěn)，無雜音。測試二：4 線風扇（+V , -V, pulse sensor , PWM control PWM 調速表現(xiàn)測試說明：以9GE0412P3J03為例，通過在 PWM control線和、之間做PWM控 制。風扇最佳 PWM頻率為25KHZ ,由于脈沖發(fā)生器限制，最大 PWM頻率為6.5KHZ。請見下圖表：PWM(%) - - . _測試項目-風扇4PIN PWMM速 (6.5KHZ)(1-PWM%為實際占空比運行表現(xiàn)02430:平穩(wěn)無雜音52460平穩(wěn)無雜音104050平穩(wěn)

9、無雜音155130平穩(wěn)無雜音206090平穩(wěn)無雜音256810平穩(wěn)無雜音307530平穩(wěn)無雜音358160平穩(wěn)無雜音408820平穩(wěn)無雜音459450平穩(wěn)無雜音5010020平穩(wěn)無雜音5510560平穩(wěn)無雜音6011070平穩(wěn)無雜音6511580平穩(wěn)無雜音7012060平穩(wěn)無雜音7512510平穩(wěn)無雜音8012900平穩(wěn)無雜音8513320平穩(wěn)無雜音9013780平穩(wěn)無雜音9514370平穩(wěn)無雜音10014460平穩(wěn)無雜音表 2 9GE0412P3J03 4 線 PWM0速表現(xiàn)圖 1 9GE0412P3J03 被 PWM 度曲線測試中風扇表現(xiàn)正常，調速平穩(wěn)無雜音。測試三：2線風扇基于外部PWM

10、控制的調速表現(xiàn)測試說明：由于圖2所示電路中我們通過外部 PWM直接開、關風扇的+V和 V(DC12V),所以風扇的傳感器在調速過程中無法正常反應風扇實際轉速，故我們借此來模擬測試兩線風扇使用外部 PWM控制轉速時的表現(xiàn)。通過第一項測試結果來看，對電壓調速表現(xiàn)最差的9GE0412P3J03和表現(xiàn)最好的9S1212F401兩顆風扇，我們用他們來模擬一般兩線風扇，使用圖2所示的外部PWM控制電路來控制風扇轉速，以期從感覺體驗不同功率的兩款兩線風扇在不同頻率的外部PWM控制中的表現(xiàn)。請見下表:PW賑率、項目可啟動占空比(9GE)風扇運轉平穩(wěn)度(9GE)可啟動占空比(9S)風扇運轉平穩(wěn)度(9S)6.5K

11、 HZ15%在占空比從10%開始風扇有明顯高 頻電流聲。轉速隨占空比變化快、跟 隨性很好。10%5%-90附有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。3.25K HZ35%在占空比從5%開始風扇有明顯高頻電流聲。風扇在開始啟動后隨 PWM 值加大加速很突然。5%5%-90附有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。1.63K HZ65%在占空比從5%開始風扇有明顯高頻 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。風扇隨PWMt加大加速很突然。10%3%以上均有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。820 HZ85%在占空比從5%開始風扇有明顯高頻 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。風扇隨PWMt加大加速非常突 然。

12、5% (明顯 在失速狀 態(tài))3%以上均有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。410 HZ85%在占空比從5%開始風扇有明顯高頻 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。風扇隨PWM1加大到90%m速非 常突然。10%3%以上均有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。128 HZ55%在占空比從5%開始風扇有明顯高頻 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。風扇隨PWM1加大到95%Z后加 速明顯，并PWMH在98-99%時風扇 轉速猛然增加。10%3%以上均有明顯高頻電 流聲，速度跟隨性很好。 高轉速有共振。60 HZ40%在占空比從5%開始風扇有“嗒嗒” 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。風扇在PWMH

13、 40%-99荻間轉速 變化不明顯，到100%才突然加大到 最高轉速。10%3%以上均有明顯電流聲，速度跟隨性很好。30 HZ35%在占空比從5%開始風扇有“嗒嗒” 電流聲。風扇在開始啟動后轉速很 低。非線性變化，到100%t突然加 大到最高轉速。風扇全程顫抖。10%風扇有“嗒嗒”低頻電流聲。15 HZ30% （但顫抖嚴重）在占空比從5%開始風扇有“嗒嗒” 低頻電流聲。風扇在開始啟動后轉速 很低。風扇在PWMt 40%-99叱間轉 速變化不明顯，到100%t突然加大 到最高轉速。風扇全程顫抖。10%風扇有“嗒嗒”低頻電流聲。10 HZ25% （顫抖）在占空比從5%開始風扇有“嗒嗒” 低頻電流聲

14、。風扇在開始啟動后轉速 很低。風扇在PWMt 40%-99叱間轉 速變化比較明顯，但應不是線性變 化。風扇全程顫抖。10%風扇有“嗒嗒”低頻電流聲。5 HZ15% （明顯有加減 速過程）在占空比從5%開始風扇有“嗒嗒” 低頻電流聲。風扇運轉過程中加減速 聲音明顯，運轉很不平穩(wěn)，但 PWM 跟隨性較好。5%風扇有“嗒嗒”低頻電流聲。運轉較9PH的風扇相對平 穩(wěn)。無明顯加減速聲音。表3兩款不同功率風扇模擬2線風扇的外部PWM控制表現(xiàn)測試中兩顆風扇無論在任何頻率下均有不同程度的雜音，隨著PWM頻率的變化，雜音的頻率也在變化，但始終存在。測試中9S1212F401調速表現(xiàn)良好，可以使用大部分頻率的外部

15、 PWMS速，但由于風扇本身非常靜音，調速時產生的 雜音更加明顯。而9GE0412P3J03寸PW顏率變化表現(xiàn)起伏很大，但由于其轉速 很高，在高速轉動中調速產生的噪音反而不明顯（但肯定存在）。9GE0412P3J03ft某些PW喇率從低占空比向高占空比增加時可能會發(fā)生馬達 堵轉，主要表現(xiàn)為：如當前加載 10%PWM5達顫抖但不運轉，這時一點一點增 加PWMS,風扇一直會處于停止狀態(tài)，直到加載到一個很大的PWMB才開始運轉（這個值已遠遠大于表中的啟動 PWMS）。而如果起始PWM6就大于或等于 表中的啟動PWM6,則無堵轉現(xiàn)象發(fā)生。測試四：在有不間斷電源情況下 3線風扇基于外部PWM控制的調速表

16、現(xiàn) 測試說明：同樣采用 測試三 中的兩顆風扇，截取兩個風扇可能表現(xiàn)良好的 PWM頻率，在 外部加載一 5V （經二極管后電壓約為 4.33V）電壓后通過外部 PWM控制風扇12V電源來 實現(xiàn)PWM調速，并記載轉速變化。來測試風扇在調速過程中的實際轉速和調速中的表現(xiàn)。 圖3為風扇外部控制示意圖首先是9GE0412P3J03在6.5K HZ頻率下的調速表現(xiàn):pWm,風扇情 況、9GE0412P3J03 6.5K HZ 轉 速(RPM)9GE0412P3J03 6.5K HZ運轉說明04350無噪音54380無噪音105310明顯高頻聲155880明顯高頻聲206510明顯高頻聲257050明顯高頻

17、聲307500明顯高頻聲358310明顯高頻聲409270風聲超過圖頻 聲4510080風聲超過圖頻 聲5010710風聲超過圖頻 聲5511190風聲超過圖頻 聲6011520風聲超過圖頻 聲6511880風聲超過圖頻聲7012180風聲超過圖頻 聲7512480風聲超過圖頻 聲8012810風聲超過圖頻 聲8513170風聲超過圖頻 聲9013590風聲超過圖頻 聲9513740風聲超過圖頻 聲10013740無噪音表4 9GE0412P3J03在有“不間斷電壓”外部 6.5K HZ的PWM 頻率下調速表現(xiàn)圖4 9GE0412P3J03 6.5K HZ 外部 PWM16000 14000

18、12000M 10000R 8000 6000 4000 2000 0PWMS9GE0412P3J03在30 HZ頻率下的調速表現(xiàn):PWM、風扇情 況一9GE0412P3J03 30 HZ轉速 (RPM)9GE0412P3J03 30 HZ運轉說明04290無噪音54380貼近風扇聽有“嗒嗒”聲104410貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲154500貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲204560貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲254680貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲304860貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲355130貼近風扇聽有“嗒嗒” 聲405460風聲超過“嗒嗒”聲456000風聲超過“嗒嗒”聲507530風聲超過“嗒嗒”

19、聲557890風聲超過“嗒嗒”聲608220風聲超過“嗒嗒”聲658520風聲超過“嗒嗒”聲708730風聲超過“嗒嗒”聲759060風聲超過“嗒嗒”聲809300風聲超過“嗒嗒”聲859630風聲超過“嗒嗒”聲909930風聲超過“嗒嗒”聲9510200風聲超過“嗒嗒”聲10013740無噪音表5 9GE0412P3J03在有“不間斷電壓”外部 30 HZ的PWM 頻率下調速表現(xiàn)轉速曲線:圖 5 9GE0412P3J03 30 HZ 外部 PWM16000140001200010000800060004000200000 5 0 5 2 5 0 3 0 5 5 5 6 5 0 7 8 8 9

20、 5 0PWM19S1212F401在6.5K HZ頻率下的調速表現(xiàn):pWMj、風扇情況、9S1212F401 6.5K HZ轉速（RPM）9S1212F401 6.5K HZ運轉說明0960無噪音5960安靜101350明顯高頻聲151380明顯高頻聲201440明顯高頻聲251470明顯高頻聲301500明顯高頻聲351560明顯高頻聲401590明顯高頻聲451650明顯高頻聲501680明顯高頻聲551710明顯高頻聲601770明顯高頻聲651800明顯高頻聲701860明顯高頻聲751890明顯高頻聲801920明顯高頻聲851950局頻聲減小901980高頻聲更小951980高頻

21、聲幾乎消失1002010高頻聲消失表6 9S1212F401在有“不間斷電壓”外部 6.5K HZ的PWM 頻率下調速表現(xiàn)轉速曲線：圖6 9S1212F401 6.5K HZ 外部 PWMPWM19S1212F401在30 HZ頻率下的調速表現(xiàn):pWm、風扇情 況9S1212F401 10 HZ 轉速（RPM）9S1212F401 10 HZ運轉說明0960無噪音51020貼近風扇聽有“嗒嗒”聲101080貼近風扇聽有“嗒嗒”聲151170貼近風扇聽有“嗒嗒”聲201230貼近風扇聽有“嗒嗒”聲251290貼近風扇聽有“嗒嗒”聲301350貼近風扇聽有“嗒嗒”聲351410貼近風扇聽有“嗒嗒”

22、聲401470貼近風扇聽有“嗒嗒”聲451530貼近風扇聽有“嗒嗒”聲501560貼近風扇聽有“嗒嗒”聲551620貼近風扇聽有“嗒嗒”聲601650貼近風扇聽有“嗒嗒”聲651710貼近風扇聽有“嗒嗒”聲701770貼近風扇聽有“嗒嗒”聲751800貼近風扇聽有“嗒嗒”聲801830貼近風扇聽有“嗒嗒”聲851890貼近風扇聽有“嗒嗒”聲901920貼近風扇聽有“嗒嗒”聲951950貼近風扇聽有“嗒嗒”聲1002010“嗒嗒”聲消失表7 9S1212F401在有“不間斷電壓”外部 30 HZ的PWM 頻率下調速表現(xiàn) 轉速曲線：圖 7 9S1212F401 30 HZ 外部 PWMPWM1在本

23、測試中，選用的65K HZ和30 HZ的PWM頻率在兩顆風扇上的表現(xiàn) 如以上所示，在65K HZ的頻率下功率較高的9GE0412P3J03可以獲得比較不錯 的調速表現(xiàn)（不過參考表3,似乎它沒有過多的頻率可供選擇），而9S1212F401則 在低頻下表現(xiàn)良好。不過即使加載了不間斷電源，風扇調速時產生的噪音仍然 存在，幾乎和測試三得到的運轉情況一樣，沒有減小也沒有增加。四：測試小結和我們的建議通過我們本次對幾款風扇的不完全測試可以得到以下幾點結論： 額定功率和結構不同的風扇最低可工作電壓不同，對于三線和四線風扇，其傳感器可的工作電壓往往比風扇可運轉的電壓要更低一些。 通過電壓調速也可以得到相對較寬

24、的調速范圍，但在某些臨界狀態(tài)時可能風扇馬達無法達到所需的啟動扭矩（但其實此電壓下風扇可以運轉），所以在調速時最好在風扇啟動時以一個較高電壓啟動（比如額定電壓） ，延時一段再調低電 壓。 在外部PWM調速時（無“不間斷” 5V電壓），也同樣可能發(fā)生以上情況，所以在使用此方法調速時也最好能已高 PWM 值啟動 （比如100%） ， 延時一段再調低 PWM 值。 無論何種外部PWM調速方式，無論在本測試中使用的哪種PWM頻率,都會使風扇在一次次加電時產生與PWM 頻率對應的噪音，在高頻時甚至會超過某些靜音風扇本身產生的噪音。我們的建議：通過本次測試，我們對您提出以下幾點不成熟的建議，謹供參考：在設計初期 4線風扇的PWM調速運行平穩(wěn)，可調節(jié)外圍廣，速度響應快，我們推薦您在設計初期，在控制電路和風