我們已經(jīng)進(jìn)入需要高性能和電路小型化的電子產(chǎn)品革命時(shí)代。電子系統(tǒng)性能的提高和尺寸的縮小已經(jīng)導(dǎo)致功耗與散熱的增加。因此，從個(gè)人電腦到高端服務(wù)器的不同解決方案頻頻出現(xiàn)熱管理問題。系統(tǒng)冷卻/熱管理已成為所有高性能電子系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)。通常采用強(qiáng)制對流方式來實(shí)現(xiàn)熱管理。強(qiáng)制對流方式通過轉(zhuǎn)移熱源內(nèi)部及周圍的空氣來提高散熱。采用無刷直流（BLDC）風(fēng)扇能夠輕松實(shí)現(xiàn)上述目的。此類風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速取決于其RMS電壓。

通過全速運(yùn)行風(fēng)扇可以實(shí)現(xiàn)熱管理，但是風(fēng)扇的高轉(zhuǎn)速會(huì)導(dǎo)致以下問題：

●提高可聞噪聲

●增加功耗

●縮短使用壽命（機(jī)械磨損）

●增加堵塞（集塵）

然而，風(fēng)扇低于所需轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)又會(huì)導(dǎo)致冷卻不足，從而造成組件過熱。過熱會(huì)造成組件故障。為了解決此類問題，必須根據(jù)環(huán)境條件（即：溫度）控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可采用以下方式控制：

1. 直接PWM→通過提高或降低用于控制轉(zhuǎn)速的脈寬（即：改變占空比）可以實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）。

2. 線性調(diào)節(jié)→線性調(diào)節(jié)器可以控制風(fēng)扇的直流電壓，進(jìn)而控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

3. DC-DC調(diào)節(jié)→此方式與線性調(diào)節(jié)大同小異，其區(qū)別是采用開關(guān)調(diào)節(jié)器替代線性調(diào)節(jié)器。

直接PWM方法因其具有低功耗、低成本、易于設(shè)計(jì)等優(yōu)勢，較為常用。熱管理所用BLDC風(fēng)扇大部分為4線，而部分老式設(shè)計(jì)為3線和2線。

4. 線風(fēng)扇

此類BLDC風(fēng)扇的四根線分別用于供電、接地、轉(zhuǎn)速表輸出和PWM輸入。典型4線無刷直流風(fēng)扇如圖1所示。

圖1：典型4線直流風(fēng)扇

4線直流風(fēng)扇包含霍爾效應(yīng)傳感器，其可以感測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場。霍爾效應(yīng)傳感器的輸出為脈沖串，其周期與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速成反比。每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量取決于風(fēng)扇極數(shù)。就最常見的4極無刷直流風(fēng)扇而言，霍爾效應(yīng)傳感器的轉(zhuǎn)速表輸出在每轉(zhuǎn)會(huì)產(chǎn)生2個(gè)脈沖。如果風(fēng)扇由于機(jī)械或其他故障而停止轉(zhuǎn)動(dòng)，則轉(zhuǎn)速表輸出信號穩(wěn)定到某個(gè)邏輯低電平或高電平。此類風(fēng)扇轉(zhuǎn)速單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（RPM）。此類風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速表輸出如圖2所示。

圖2：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速表輸出

風(fēng)扇采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，一般為40毫米、80毫米和120毫米。為冷卻應(yīng)用挑選風(fēng)扇時(shí)，最重要的考慮指標(biāo)是風(fēng)扇的排風(fēng)量。排風(fēng)量一般用每分鐘立方英尺（CFM）或每分鐘立方米（m3/分鐘）來衡量。風(fēng)扇葉片的尺寸、形狀和槳距都會(huì)影響風(fēng)扇的排風(fēng)量。小風(fēng)扇在給定時(shí)間內(nèi)排除相同空氣需要以比大風(fēng)扇更高的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。

空間受限以及由于物理尺寸限制而需要更小風(fēng)扇的應(yīng)用所產(chǎn)生的噪聲會(huì)明顯增強(qiáng)。

為了控制產(chǎn)生噪聲，可以配置風(fēng)扇控制器以盡可能低的轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇，同時(shí)將工作溫度保持在安全限制范圍內(nèi)。與始終全速運(yùn)行風(fēng)扇的系統(tǒng)相比，這種方法還可以延長風(fēng)扇的使用壽命。

風(fēng)扇制造商在其數(shù)據(jù)表中指定占空比與RPM關(guān)系，其容差高達(dá)±20%.為了確保風(fēng)扇以預(yù)期轉(zhuǎn)速運(yùn)行，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要以比額定值高20%的轉(zhuǎn)速運(yùn)行風(fēng)扇，以確保制造商供應(yīng)的所有風(fēng)扇都能夠提供足夠的冷卻。這樣可能導(dǎo)致噪聲過高和功耗增加。

風(fēng)扇制造商會(huì)規(guī)定PWM占空比與額定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并通過數(shù)據(jù)點(diǎn)表格或關(guān)系圖顯示。圖3舉例說明此類信息，其中橫軸顯示PWM控制占空比（%），而縱軸顯示RPM風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。

圖3：占空比與速度關(guān)系圖

值得注意的是，在PWM引腳的低占空比狀態(tài)下，所有風(fēng)扇的表現(xiàn)并不一致。某些風(fēng)扇在PWM引腳占空比接近0%時(shí)會(huì)停止旋轉(zhuǎn)，而有些風(fēng)扇此時(shí)仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這兩種情況下，占空比與RPM關(guān)系可能是非線性關(guān)系，也可能是并未指定。同樣，兩臺(tái)相同風(fēng)扇在相同占空比情況下轉(zhuǎn)速可能不同。在利用占空比與RPM信息時(shí)，應(yīng)當(dāng)使用線性區(qū)中明確限定風(fēng)扇行為的兩個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。從圖4可以看出，PWM占空比為0情況下轉(zhuǎn)速并非0.圖4另外說明，對于給定的PWM占空比，相同風(fēng)扇具有不同轉(zhuǎn)速。

圖4：相同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比對比