無需MCU的冷卻風扇控制器設計

作者 : Hesam Moshiri,EEWeb特約作者

本文介紹一個簡單且有用的自動風扇控制器專案,採用LM35溫度感測器而無需MCU。該自動風扇控制器電路板簡單、緊湊,並可嵌入於商業裝置…

功率元件的高溫是電子領域眾所周知的現象。為了克服這一困難,設計人員需要在元件上安裝散熱器來散熱。然而,在許多商用和家用裝置中,僅嵌入散熱片是不夠的,還必須使空氣更快速地循環以降低散熱片和元件的溫度,否則就會大大降低元件的使用壽命。

本文所提出的自動風扇控制器電路板簡單、緊湊,並且可嵌入到商業裝置中。文中採用LM35溫度感測器,可以使用一些矽膠固定在散熱器上。

使用者可以採用電位器輕鬆地設置溫度閾值。該電路板使用5V或12V電源供電,因而能使用各種5V或12V的微型PC風扇。

我使用Altium Designer 21和SamacSys元件庫(SamacSys Altium插件),繪製了原理圖和PCB。除了連接器,所有的元件均以表面黏著(SMD)且易於焊接。

電路分析

1顯示該元件的原理圖。兩個主要元件是溫度感測器和運算放大器(OP Amp)。

schematic diagram of the cooling Fan controller

1:散熱風扇控制器的原理圖(Altium Designer)

U1是配置為比較器的LM358運算放大器。如果正輸入的電壓高於/低於負輸入,則輸出會接近VCC/GND。當環境溫度(正接腳上的電壓)高於預設溫度(負接腳上的電壓)時,輸出將會觸發,反之亦然。LM358有兩個運算放大器。第二個運算放大器未被使用,因此將其配置為電壓追隨器。R2是一個多圈電位器,可用於輕鬆調節溫度閾值。

R3和D2用於限制U1的輸出電壓,因為Q1的閘極引接腳的最大容許電壓為8V。此外,它們有助於將D3 LED的電壓保持在4.7V左右,因此R4的值對於任何電源電壓都固定為470R。R5則用於防止Q1的閘極受到意外觸發。

Q1是SI2302 N通道SMD MOSFET,它可以連續開關高達2.2A電流,因此我決定使用這個MOSFET,而非使用機械繼電器。D1用來保護Q1免受反向感測電流的影響,C3用於降低開關雜訊。C1和C2是旁路電容,用於降低雜訊。

PCB佈局

2展示該設計的PCB佈局。它是雙層PCB板,除了連接器外,所有元件均為SMD。電路板尺寸為3.8cm×1.9cm。

PCB layout of the cooling fan controller (Altium Designer)

2:冷卻風扇控制器的PCB佈局(Altium Designer)

當我決定為此專案設計原理圖和PCB時,才意識到在元件庫儲存中沒有U1和Q1的元件庫。因此,像往常一樣,我選擇了IPC級SamacSys元件庫,並使用免費的SamacSys工具和服務安裝缺失的庫(原理圖符號、PCB封裝和3D模型)。有兩種方法可將庫導入到電子設計CAD軟體中:可以瀏覽componentsearchengine.com,下載並導入這些元件庫;也可以使用SamacSys CAD插件,直接將元件模型導入設計環境中。3顯示所有支持的電子設計CAD軟體。所有類型的CAD軟體都可以受到支援。我使用了Altium Designer,因而也利用SamacSys Altium的插件安裝缺失的元件庫(4)。

Supported electronic designing CAD software by the SamacSys plugins

圖3:SamacSys插件所支援的電子設計CAD軟體。

Selected component libraries in the SamacSys Altium plugin

圖4:SamacSys Altium插件中選定的元件庫。

物料清單

5展示該專案的物料成本清單(BoM)。

Bill of materials

圖5:物料成本清單。

編譯:Franklin Zhao

(參考原文:Cooling FAN Controller Using an LM35 (No MCU)by Hesam Moshiri)

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