汽車電子散熱風(fēng)扇在我們的汽車中都有，是汽車的空調(diào)系統(tǒng)的重要組成部分。汽車電子散熱風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)是需要受到控制的，下面我們就來了解一下汽車電子散熱風(fēng)扇是怎么進(jìn)行控制的，了解汽車電子散熱風(fēng)扇的控制原理。
在汽車電子系統(tǒng)之中，溫度的管理一直是個挑戰(zhàn)，一般會要求系統(tǒng)能夠正常工作在-40°C ~ + 65°C的環(huán)境溫度之下。而機(jī)殼之內(nèi)的環(huán)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(huán)境溫度會高達(dá)+ 85°C。
然后，進(jìn)一步著眼于局部區(qū)域，如電源、cpu等模塊將會是發(fā)熱大戶，更一步加劇了機(jī)殼內(nèi)的環(huán)境溫度，嚴(yán)苛的環(huán)境實際上已經(jīng)逼近很多芯片的耐溫極限了。因此，在系統(tǒng)設(shè)計的初期，必須規(guī)劃好熱管理(Thermal Management)策略以及設(shè)計對應(yīng)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(fēng)扇，當(dāng)然這會增加設(shè)計成本及機(jī)器噪音。所以，我們在設(shè)計風(fēng)扇電路時的要求也是基于這兩個基本的出發(fā)點：
1)、電路必須簡單，低成本;
2)、風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速與噪音成正比，所以要求風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速可測、可控。系統(tǒng)會根據(jù)環(huán)境溫度調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，最好是無級調(diào)速，力求散熱效率與噪音之間的平衡。
風(fēng)扇的結(jié)構(gòu)：
風(fēng)扇的核心部件是一只外轉(zhuǎn)子的無刷直流電機(jī)。所謂外轉(zhuǎn)子，是指線圈不動(定子)，磁鐵旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)子);所謂無刷直流電機(jī)，是沒有電刷的直流電機(jī)，使用霍爾感應(yīng)器代替電刷。
圖1.1 散熱用風(fēng)扇
在原理上，一成不變的直流電壓是無法讓電機(jī)持續(xù)運轉(zhuǎn)的，因為它會被“異性”牢牢地吸引住，攜手到白頭。電機(jī)持續(xù)運轉(zhuǎn)的前提是，有一方必須“花心”，轉(zhuǎn)子也好，定子也行，所以轉(zhuǎn)子與定子之間“分分合合”，不斷尋找新歡，然后就轉(zhuǎn)動了起來。
當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)過180°時(這是相位角度，注意不是物理角度)，正好線圈感應(yīng)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(fù)極，然后由“異性相吸”轉(zhuǎn)變?yōu)椤巴韵喑狻?，所以轉(zhuǎn)子又得以轉(zhuǎn)過180°，然后繼續(xù)變換正負(fù)極，電機(jī)得以持續(xù)轉(zhuǎn)動。
不斷“挑唆”線圈變換正負(fù)極的裝置叫做換相器，它可以是機(jī)械式的電刷，也可以是電子式的霍爾感應(yīng)器。顯然機(jī)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(yīng)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(jī)的工作原理模型
圖1.3 無刷直流電機(jī)的工作原理模型
圖1.4與圖1.5是散熱風(fēng)扇的拆解，這是外轉(zhuǎn)子的無刷直流電機(jī)，轉(zhuǎn)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(yīng)器，用于感應(yīng)轉(zhuǎn)子上的磁極變化。
圖 1.4 散熱風(fēng)扇拆解(正面)
圖 1.5 散熱風(fēng)扇拆解(反面)
圖1.6 霍爾感應(yīng)器與磁極變化
霍爾感應(yīng)器頭頂上的轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中，N/S磁極交錯變化，霍爾會相應(yīng)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(jìn)行處理，芯片據(jù)此在合適的時機(jī)進(jìn)行換相操作。
轉(zhuǎn)速偵測：
霍爾輸出的信號還對應(yīng)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速，不過需要一點換算，在換算時首先需要知道一個參數(shù)，因為霍爾是對每個磁極做出反應(yīng)的，所以如果知道了電機(jī)一共有多少個磁極(N和S)，然后就可以換算出電機(jī)的轉(zhuǎn)速了。
風(fēng)扇電機(jī)的磁極一般是4極或8極，當(dāng)然可以更多，極數(shù)越多轉(zhuǎn)動越細(xì)膩、越平穩(wěn)，當(dāng)然這對于風(fēng)扇來說沒必要。
圖1.7 電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號的換算
圖1.7是霍爾信號的輸出與電機(jī)的轉(zhuǎn)速之間的換算關(guān)系。
RPM是每分鐘的轉(zhuǎn)速，F(xiàn)G是霍爾信號的頻率，F(xiàn)G代表每秒鐘感應(yīng)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(jī)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)/分鐘)。
綜上所述，通過這篇文章的介紹，我們已經(jīng)了解了汽車電子散熱風(fēng)扇的控制原理。我們能夠看到的是，雖然說汽車電子散熱風(fēng)扇就是一個簡單的結(jié)構(gòu)，但是要實現(xiàn)對汽車電子散熱風(fēng)扇的控制，是需要很多部件的相互配合的。
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