阿昆聊散热风扇的调速策略介绍及其设计思路（二）

接上：阿昆聊散热风扇的调速策略介绍及其设计思路（一）

接上：阿昆聊散热风扇的调速策略介绍及其设计思路（一）

四、风扇调速策略的设计

   在前面归纳的6种类型的风扇转速与温度的对应关系，实际上可以分为2类，前面5种是转速和温度都有对应关系。最后一种是转速和温度没有对应关系，最终目标只有是要把设备温度维持在一个温度范围不变。

示例参考：

例：某中控设备设计的工作温度范围是-5℃-40℃，风冷，需要制定以环境温度为参考基准的调整策略

第一步：设计PCB时在合适位置增加环境温度传感器

根据产品应用特点，将工作温度以40℃和25℃为上下界限，5℃为区间长度，划分5个区间。然后测试在各个环境温区内，调整风速转速，直到设备散热表现合理，记录这个时候的转速和温度值，编制《调速策略关系表》。

第二步：把测试得出的对应关系结合想要设计的状态转成程序写入CPU。第三步：验证完善

4.2风扇转速与温度无一一对应

  目标控制速的核心是将一个产品的温度维持在某个温度点或范围，不要让温度高了，也不要让温度低。

    例：和家用烧水壶类似，我们把水烧开到100℃后，不能直接喝，需要温度降下来，比如我们想喝热水，降到42℃最合适，但如果烧开后一直不管，温度肯定最终会降到室温比如28℃。这个时候 就需要求通过加热方式和散热方式来让其保持在一个平衡值，100℃往下降通常是自然散热方式，当低于42℃，系统会启动加热程序来让水温维持 ，如果水温加热高了，又关闭加热继续散热，反复让其保持在要求的平衡范围。

   温度数值和转速间没有直接关系。取而代之的是温度传感器检测值和目标温度之间的差值，与转速需要调整大小的关系。

   环境温度传感器的读数不能作为控速目标，只能依据芯片内置或板载反映芯片温度的传感器。原因在于：

1、改变风扇转速对环境温度传感器的读数影响小。

2、将环境温度传感器读数控制到某一数值保证不了设备散热风险。

核心点：确定风扇转速调整量和测试值与目标值的温差之间关系。

目标温度的合理设计：通常将定为芯片长期工作温度要求减5℃。（如：芯片长期工作温度为105℃，目标温度为100℃）。

示例参考：目标控速策略

Ø先将风扇转速档位分为十档

Ø转速调整示意。（芯片长期工作温度为105℃，目标温度为100℃，根据测试结果，设定风扇步进量）。

如：若温度传感器显示95℃，则目标温度为100℃，这时将转速档位调低3个档位，温度传感器的数值后面就会变到100℃，所以设置-5℃的温差对应风扇降低3档位。

目标控速前期的档位调整幅度的测试关键是弄清如下问题：风扇转速要改变多少，才能使当前温度传感器数值变为目标数值。

上述的调整思路一般来说可以得到一个较合理的转速和散热表现，但是当风扇处于不同档位时（初始），提高相同幅度的档位，对系统散热能力不一样，如风扇档位从1档到2档（50%到55%）和从8档到9档（85%到90%），虽然都是提升一档，但实际转速确相差很远，导致散热幅度提升会差别非常明显，这可能会导致转速的震荡。对于一些精品产品的精细化设计，目标控速中风扇转速调节需要使用相对更灵敏的算法：PID调速。

PWM是一个方法，而PID是这个方法中，可以精确控制的一种算法。PID调速比例作用是能迅速作用但是有余差，积分作用比较缓慢但是可以消除余差，微分作用一般应用比较少，常用于滞后比较大的情况，具有超前调节的作用。PWM调速是通过调节占空比来调节速度，也就是说在高电平的时候转动，低电平时候停止转动，由于间隙很小，所以给我们的感觉就是一直在转动，只不过速度减慢。

后记

并非所有只要有个风扇的电子设备就需要搞调速设计，这主要取决于产品本身的可靠性要求(让风扇在低热量时也高速运转，减小寿命）、噪音要求（低转可降低噪音）、成本要求（增加调速，成本必然增高），产品价值和预期寿命（本身产品就是个低价小玩具或生活用品，价值也很低，寿命可能就计划在半年）、应用场景（如应用于需要安静的校园还是户外 ）等综合评估。调速的设计尤其是精细化的调速设计也是需要大量的测试数据和经验积累才能做好。