Buck风扇驱动电路

硬件笔记本 2024-07-25 07:42

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传统的风扇驱动电路采用三极管直接降压方式，将电压差直接损耗在三极管上，这种方式具有直流驱动、电压波动小等优点，但是效率低。如输出风扇电压为9V，输入VCC_FAN为14.5V，则效率为9V/14.5V=62%，而Buck电路能够将效率提高到90%以上，FAN损耗大大降低，有助于提高模块的整机效率。

图1 主电路原理图

很多人对上图中的Buck circuit电路很疑惑，为什么是这种形式呢？跟传统的Buck电路不一样啊？传统的Buck电路及两种模态的工作过程如下：

传统的Buck电路

传统的Buck电路两种模态的工作过程

相比于传统电路，我们的更改为：

① 开关管Q由正母线挪至负母线；

② 续流电感由正母线挪至负母线。

为什么要这样更改呢？首先，如果采用传统的Buck电路，则存在如下问题：

① 开关管由于在正母线，因此驱动需要采用浮驱技术，驱动电路更复杂；

② 在Buck工作过程中，电感始终处于充电、放电状态，因此，其两端的电压始终是变化的：开关管导通充电时，VL=Vin-Vo；开关管断开，电感开始续流时，VL=Vo。因此，电感两端的电压在一个周期始终处于两种电压状态切换中（CCM态下）。由此，输出电容两端的电压也会跟着相应的变化，尽管电容两端的电压差保持稳定，但这样带来了电压采样麻烦和电容输出电压纹波增加的风险，较大的纹波可能会对风扇的寿命产生极大的影响。

采用我们优化后的新电路，则可以轻松解决以上两个问题：

① 开关管对地驱动，驱动电路简单；

② Buck电感置于负母线，输出电容两端电压均是稳定电平（电容电压作为被控对象，电压稳定），便于采样和减小输出电压纹波；

③ 而且，其两种工作模态跟老Buck电路一样，电路功能一样，两种工作模态如下：

由于输出风扇电压是浮地的，因此，采样电路需要浮采或差分采样。在我们的电路里，我们采用了对地差分采样，即电容两端的电压分别对AGND采样，然后再作差分，即可得电容电压。由于电容正电压为VCC_FAN，而我们的VCC_FAN作为辅助电源的被控电压，稳定的保持在14.5V，因此，不需要对该电压进行采样，只需要对电容负电压FANGND进行采样即可，最终通过后台软件计算出风扇电压Vfan=14.5V-FANGND即可。