无刷直流风扇PWM调速接线教程(1)

2023-11-05

这是一款服务器使用的大功率无刷轴流风扇,采用的是两个风机级联的方式,提高风压与空气流量,能够快速带走机箱内的热量,正因为如此,这款风扇的功率、转速以及噪音都十分的“暴力”,所以有的朋友喜欢称之为“暴力风扇” 。

 可以通过图片看到这款风扇的线束有8根,按照常识来说,粗的线是作为电源输入的,细的线要么是控制信号线,要么是传感器的反馈信号线。通常在找不到资料的时候可以凭借以上的经验说法使用万用表或者示波器测量得到线缆的定义,不过好在这款风扇在厂家的官网上可以找到大致的参考数据。

通过描述可以知道这款风扇的最大功率可以达到180W,每分钟最大转速为16800转等信息,由此来看这款台湾制造的风扇的确够带劲的!但是有时候的应用希望是能做到转速可调或功率可调,如果对于普通的2线风机那么调节的方式可以用外部的调压电源模块或调速模块去控制,通过阅读手册内容发现这款风扇还具备PWM调速以及转速脉冲输出的功能,那么对于改装来说就非常便利了!

 手册上给出了8条电线的颜色与功能的描述,其中红、橙色为两个风扇的正极、黑、灰色为负极,那么按照道理来说,把这四条线接上电源就可以直接启动了。

 因为风扇自带的连接器我没有配套的接口,所以就直接剪了把对应的线接在一起。

因为这款风扇的功率很大、吹出来的风也非常强劲,为了避免风扇被吹飞或者出现一些安全事故,所以我用台钳把风扇固定好再测试,比起用手握住要安全得多。 

 

 风扇的电源我使用的是一台数控电源供电,这样能够比较清晰的观测到电压电流等数据,但是由于我这个电源输出的电流只能够支持到12.10A,所以无法测试最大功率下的状态,根据图像可以看到风扇是内置有软启动控制的,当通电后电流是缓慢启动的(蓝色曲线),避免瞬态大电流对电源或者系统带来不稳定的冲击。根据电流1.536A每格换算得到6.15A时电流瞬态下跌了一下,然后突然下落后又回升,看功率曲线(粉色)功率稳定后应该在127.8W左右。原因可能是我的电源输出电流受限,所以没有继续提升了。

可能这款风扇的线缆是定制的,或者手册有更改过,因为风扇2的PWM线写着是棕色,但实际是绿色的, 但好在经过测试没事大碍。刚刚对风扇上电测试了一下功能上没啥问题,但因为风扇的线太短,所以需要续接出来方便使用。我直接将两个风扇的PWM调速线并联在一起,使用同一个信号源驱动。正负极也并联一起。

焊接完成后使用热缩管包裹绝缘,不太喜欢用胶带,因为胶带老化后容易脱落导致到处都变的黏黏的。 

 我从负极也接了一条小黑线,用于连接PWM信号源的负极。

 根据手册的描写,PWM信号为0%时风扇的转速会下降到1680转左右,所以我直接把PWM信号线与黑色的负极线短接并通电测试一下当前的功率。

 

根据显示来看,风扇启动瞬间是有比较大的电流变化,之后稳定在了160mA,与手册上的180mA相差不大,现在风扇已经完成了加工与测试,接下来就是如何使用PWM进行调速控制了。

 

 

PWM  (Pulse Width Modulation)脉冲宽度调制,可以有很多的方式来产生,比如利用运算放大器搭建模拟电路来产生PWM信号、使用单片机定时器编程产生PWM信号,但此篇文章仅讲述如何使用风扇的调速功能,关于PWM调速方式待后续有时间另起文章。

这里采用最简便的方式,通过购买成熟的PWM信号源来提供此信号,专业的信号发生源至少要将近千元起步,但我们只需要PWM信号,不需要其它的功能,所以直接淘宝花个几块钱就能买到性价比非常高的PWM信号源模块了!

我这个模块是好几年前屯下来的,现在已经有更多更好的模块来选择,大家可以去电商平台自行挑选,我这个是2路PWM功能的发生源,其实只需要一路就够了,这个模块本质就是一个单片机,如果有编程基础的朋友可以非常轻松的搞定,无需购买这种模块。 

为了方便使用,我把模块的外部电源给焊接了出来,到时候直接与风扇的12V电源相连,简化系统。信号源排针我用杜邦线引出来,当然焊接是最稳定可靠的方式。

 

 

连接完成后,我先通过microUSB接口供电对模块进行了一些设置,频率设置为999Hz,占空比为20%然后连接示波器观察一下波形的参数是否正确,因为模块有点久了,不能确保是否还能用。

 

查看波形频率为1.01kHz,占空比为20.03%,电平为4.96V满足此风扇的要求,没问题!那就把它和风扇的PWM信号线相接吧!

  

调速的时候我还是使用外接辅助电源,因为担心风扇太暴力,影响到周围人,一旦有问题可以快速断开12V电源。

在20%占空比下,风扇稳定在471mA左右。

 

但是我发现个问题,当PWM占空比小于15%后,风扇的转速与功率与PWM为0%时没什么区别,可能是厂家对风扇PWM调速范围的阈值设定决定的,所以这款风扇在使用的时候PWM值可以从15%开始起调而不用从0%开始。

 

然后把模块的供电与风扇的12V电源连接在一起,就完成了! 

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