2023年11月24日发(作者:)

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关于DC风扇(234线)的PWM调速测试

本次测试主要目的:

·测试不同额定功率的风扇可耐受的最低电压

·4线风扇(+V , -V, pulse sensor , PWM controlPWM调速表现

·2线风扇基于外部PWM控制的调速表现

·在有不间断电源情况下3线风扇基于外部PWM控制的调速表现

·我们的推荐

一:基于山洋(SANYO DENKI)风扇的调速方式

目前基于山洋(SANYO DENKIDC风扇的调速方式主要有以下几种:

14线风扇(+V , -V, pulse sensor , PWM control)的调速

2、内置或外置测温元件的调速。

3、电压调速。

4、通过外部电路对非4线风扇(23线)风扇的PWM调速。

以上12项调速方式,风扇在工作时的 +V-V均加载风扇的额定电压,

通过PWM值和测温元件来调速,这两种转速控制方式可以基于任何山洋SANYO

DENKI的风扇来定制,您只需在样本根据您对风扇尺寸、风量、静压等要求选

择您所需的标准风扇,之后将您对风扇转速的要求提给我们,我们即可按照您的

要求来定制您的风扇。

第三种调速方式是通过外围电路调整风扇的+V-V两端电压来调速风扇

转速,风扇在调速过程中工作在非额定电压下。任何DC风扇(234线)均

可以采用此种方式来调整转速。

二:几种调速方式的比较

总结

-

1、采用4线风扇的PWM调速:

此方式可以在风扇可调速范围内精确的控制转速,可以良好的根据温度

变化实现PID控制,以达到最理想的温度控制和风扇噪音之间的平衡。

但需要外部PWM脉冲电路和测温电路的配合,相对较复杂。

2、测温元件调速:

此方式最大的有点就是可以在最大程度上简化控制电路的前提下实现

温控。内置测温元件的风扇甚至不用搭配任何外围电路,即可实现自身

的转速控制,从简化电路方面考虑此方式确为最佳选择方案。而且您只

需选择您需要的风扇和您需要的温控范围,测温元件可以由山洋

SANYO DENKI)来提供或指定型号。此方案日后可编程度低,(尤其

是内置测温元件的风扇)一旦选定,要改变温度和转速的对应关系难度

较大。

3、电压调速:

电压调速适用性广,几乎可以在任何DC风扇中使用此方法调速,但由

于不同风扇对启动电压的需求不同,在有些要求启动电压较大的风扇上

可调速的范围就比较小,不易实现温度和风扇转速的理想搭配。而且如

果实现自动温控,此方案的外围电路也相对较复杂。

4、通过外部电路对非4线风扇(23线)风扇的PWM调速:

此方案也是本次测试的主要目的。通过PWM脉冲电路对风扇两端+V

-V进行PWM控制,它可以在任何DC风扇实现较灵活的转速控制,不

过同4线PWM调速方式一样,此方案也需要较复杂的外围电路(可能

4线风扇还要复杂一些)

总结

-

三:测试

测试一:几款不同额定功率的风扇可耐受的最低电压

测试说明:由于设备限制,电压无法做到无级调整,在5V以下用二极管的正向压降

来调整电压,所以电压间隔较大。请见下表:

9GE0412P3J03 9PH0412P3K033 9S0612H401 9S1212F401

项目 型号

40x40x28 120x120x25 40x40x28 60x60x25

额定电流(A0.650.190.50.11

额定电压(V12121212

额定转速(RPM150002200155003900

11.10V 转速(RPM) 14400 13950 3510 2088

11.10V 工作状态 正常 正常 正常 正常

5.11V 转速(RPM) 7400 6240 1350 1134

5.11V 工作状态 正常 正常 正常 正常

4.33V 转速(RPM) 4400 4860 1020 960

4.33V 工作状态 正常 正常 正常 正常

3.56V 转速(RPM) 0 3420 720 770

3.56V 工作状态 正常 正常 正常

2.82V 转速(RPM) 0 0 570 0

手动转动风扇,

传感器可工作

手动给风扇一启动

扭矩,风扇可以启

动。集电极工作正

常。风扇在200rpm

左右转动,最后停

手动给风扇一启动

扭矩,风扇可以启

动。集电极工作正

常。风扇在390rpm

左右转动.

风扇传感器不

2.82V 工作状态 正常

工作

2.43V 转速(RPM) N/A 0 0 354

风扇传感器不

手动转动风扇,

传感器可工作

2.43V 工作状态 N/A 正常

工作

总结

-

2.28V 转速(RPM) N/A N/A 0 0

2.28V 工作状态 N/A N/A

1.72V 转速(RPM) N/A N/A 0 0

手动转动风扇, 手动转动风扇,

传感器可工作 传感器可工作

风扇传感器不

手动转动风扇,

传感器可工作

1.72V 工作状态 N/A N/A

工作

1.30V 转速(RPM) N/A N/A N/A 0

风扇传感器不工

1.30V 工作状态 N/A N/A N/A

1风扇耐受电压比对表

通过测试一的测试,包括额定功率较高的9GE0412P3J03在内,通过调压

的方式进行风扇调速的范围比较宽,4.33V电压档,风扇至少可以稳定降速到

额定转速的一半,而风扇的测速传感器即使在低于风扇可启动电压时,在一定

范围内也可以工作。测试中风扇在“正常”状态下运行平稳,无杂音。

测试二:4线风扇(+V , -V, pulse sensor , PWM controlPWM调速表现

测试说明:9GE0412P3J03为例,通过在线和 V之间做PWM控制。

PWM control

风扇最佳PWM频率为25KHZ,由于脉冲发生器限制,最大PWM频率为6.5KHZ

请见下图表:

风扇4PIN PWM调速

PWM(%) 测试6.5KHZ

项目 1-PWM%为实际占

运行表现

空比

0 2430 平稳无杂音

总结

-

5 2460 平稳无杂音

10 4050 平稳无杂音

15 5130 平稳无杂音

20 6090 平稳无杂音

25 6810 平稳无杂音

30 7530 平稳无杂音

35 8160 平稳无杂音

40 8820 平稳无杂音

45 9450 平稳无杂音

50 10020 平稳无杂音

55 10560 平稳无杂音

60 11070 平稳无杂音

65 11580 平稳无杂音

70 12060 平稳无杂音

75 12510 平稳无杂音

80 12900 平稳无杂音

85 13320 平稳无杂音

90 13780 平稳无杂音

95 14370 平稳无杂音

100 14460 平稳无杂音

2 9GE0412P3J03 4线PWM调速表现

总结

-

图1 9GE0412P3J03 4线PWM速度曲线

16000

14000

12000

10000

P

R

M

8000

6000

4000

2000

0

05

112233445566778899

050505050505050505

PWM

1

0

0

测试中风扇表现正常,调速平稳无杂音。

测试三:2线风扇基于外部PWM控制的调速表现

测试说明:由于2所示电路中我们通过外部PWM直接开、关风扇的+V V

DC12V,所以风扇的传感器在调速过程中无法正常反应风扇实际转速,故我们借此来模

拟测试两线风扇使用外部PWM控制转速时的表现。

通过第一项测试结果来看,对电压调速表现最差的和表现最好的

9GE0412P3J03

9S1212F401

两颗风扇, 我们用他们来模拟一般两线风扇,使用2所示的外部PWM

制电路来控制风扇转速,以期从感觉体验不同功率的两款两线风扇在不同频率的外部PWM

控制中的表现。

请见下表:

总结

-

PWM频率 可启动占可启动占

空比9GE) 空比(9S)

风扇运转平稳度(9GE 风扇运转平稳度(9S

在占空比从10%开始风扇有明显高

6.5K HZ 15% 10%

频电流声。转速随占空比变化快、

随性很好。

在占空比从5%开始风扇有明显高频

5%-90%均有明显高频电

流声,速度跟随性很好。

3.25K HZ 35% 5%

电流声。风扇在开始启动后随PWM

值加大加速很突然。

在占空比从5%开始风扇有明显高频

5%-90%均有明显高频电

流声,速度跟随性很好。

1.63K HZ 65% 10%

电流声。风扇在开始启动后转速很

低。风扇随PWM值加大加速很突然。

在占空比从5%开始风扇有明显高频

电流声。风扇在开始启动后转速很

低。风扇随PWM值加大加速非常突

然。

在占空比从5%开始风扇有明显高频

电流声。风扇在开始启动后转速很

低。风扇随PWM值加大到90%加速

非常突然。

在占空比从5%开始风扇有明显高频

电流声。风扇在开始启动后转速很

3%以上均有明显高频电

流声,速度跟随性很好。

5%(明显

在失速状820 HZ 85%

态)

3%以上均有明显高频电

流声,速度跟随性很好。

410 HZ 85% 10%

3%以上均有明显高频电

流声,速度跟随性很好。

3%以上均有明显高频电

10% 流声,速度跟随性很好。 128 HZ 55%

高转速有共振。

低。风扇随PWM值加大到95%以后

加速明显,并PWM值在98-99%

风扇转速猛然增加

在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”

电流声。风扇在开始启动后转速很

60 HZ 40% 10%

低。风扇在PWM40%-99%之间

转速变化不明显,到100%才突然加

大到最高转速。

3%以上均有明显电

流声,速度跟随性很好。

总结

-

在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”

30 HZ 35% 10% 风扇有“嗒嗒”低频电流声。

电流声。风扇在开始启动后转速很

低。非线性变化,到100%才突然加

大到最高转速。

风扇全程颤抖。

在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”

低频电流声。风扇在开始启动后转速

15 HZ 10% 风扇有“嗒嗒”低频电流声。

30%(但颤

抖严重)

很低。风扇在PWM40%-99%

间转速变化不明显,到100%才突然

加大到最高转速。

风扇全程颤抖。

在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”

低频电流声。风扇在开始启动后转速

10 HZ 10% 风扇有“嗒嗒”低频电流声。

25%(颤

抖)

很低。风扇在PWM40%-99%

间转速变化比较明显,但应不是线性

变化。

风扇全程颤抖。

15% (明风扇有“嗒嗒”低频电流声。

5 HZ 显有加减5% 运转较9PH的风扇相对平

速过程) 稳。无明显加减速声音。

在占空比从5%开始风扇有“嗒嗒”

低频电流声。风扇运转过程中加减速

声音明显,运转很不平稳,但PWM

跟随性较好。

3 两款不同功率风扇模拟2线风扇的外部PWM控制表现

测试中两颗风扇无论在任何频率下均有不同程度的杂音,随着PWM频率的变

化,杂音的频率也在变化,但始终存在。测试中9S1212F401调速表现良好,可

以使用大部分频率的外部PWM调速,但由于风扇本身非常静音,调速时产生的

杂音更加明显。而9GE0412P3J03PWM频率变化表现起伏很大,但由于其转

速很高,在高速转动中调速产生的噪音反而不明显(但肯定存在)。

9GE0412P3J03在某些PWM频率从低占空比向高占空比增加时可能会发生马

达堵转,主要表现为:如当前加载10%PWM,马达颤抖但不运转,这时一点一

点增加PWM值,风扇一直会处于停止状态,直到加载到一个很大的PWM值才

总结

-

开始运转(这个值已远远大于表中的启动PWM值)。而如果起始PWM值就大

于或等于表中的启动PWM值,则无堵转现象发生。

测试四:在有不间断电源情况下3线风扇基于外部PWM控制的调速表现

测试说明:同样采用 测试三 中的两颗风扇,截取两个风扇可能表现良好的PWM频率,在

外部加载一5V(经二极管后电压约为4.33V)电压后通过外部PWM控制风扇12V电源来实

PWM调速,并记载转速变化。来测试风扇在调速过程中的实际转速和调速中的表现。

3为风扇外部控制示意图

首先是9GE0412P3J036.5K HZ频率下的调速表现:

PWM 风扇

情况

0 4350 无噪音

5 4380 无噪音

10 5310 明显高频声

15 5880 明显高频声

20 6510 明显高频声

25 7050 明显高频声

30 7500 明显高频声

35 8310 明显高频声

40 9270

45 10080

50 10710

55 11190 风声超过高频

9GE0412P3J03 9GE0412P3J03

6.5K HZ 转速 6.5K HZ 运转说

(RPM)

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

总结

-

60 11520

65 11880

70 12180

75 12480

80 12810

85 13170

90 13590

95 13740

100 13740 无噪音

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

风声超过高频

4

9GE0412P3J03 在有“不间断电压”外部6.5K HZPWM频率下调速表现

转速曲线:

图4 9GE0412P3J03 @ 6.5K HZ 外部PWM

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

R

P

M

05

112233445566778899

050505050505050505

PWM 值

总结

1

0

0

-

9GE0412P3J0330 HZ频率下的调速表现:

PWM 风扇9GE0412P3J03 30 HZ

9GE0412P3J03

情况 运转说明

30 HZ 转速

(RPM)

0 4290 无噪音

5 4380

贴近风扇听有“嗒嗒”

10 4410

贴近风扇听有“嗒嗒”

15 4500

贴近风扇听有“嗒嗒”

20 4560

贴近风扇听有“嗒嗒”

25 4680

贴近风扇听有“嗒嗒”

30 4860

贴近风扇听有“嗒嗒”

35 5130

贴近风扇听有“嗒嗒”

40 5460 风声超过“嗒嗒”声

45 6000 风声超过“嗒嗒”声

50 7530 风声超过“嗒嗒”声

55 7890 风声超过“嗒嗒”声

60 8220 风声超过“嗒嗒”声

65 8520 风声超过“嗒嗒”声

70 8730 风声超过“嗒嗒”声

75 9060 风声超过“嗒嗒”声

80 9300 风声超过“嗒嗒”声

85 9630 风声超过“嗒嗒”声

90 9930 风声超过“嗒嗒”声

95 10200 风声超过“嗒嗒”声

100 13740 无噪音

5

9GE0412P3J03 在有“不间断电压”外部30 HZPWM频率下调速表现

转速曲线:

总结

-

图5 9GE0412P3J03 @ 30 HZ 外部PWM

16000

14000

12000

10000

8000

6000

4000

2000

0

R

P

M

05

112233445566778899

050505050505050505

PWM 值

9S1212F401

6.5K HZ频率下的调速表现:

PWM 风扇

情况

0 960 无噪音

5 960 安静

10 1350 明显高频声

15 1380 明显高频声

20 1440 明显高频声

25 1470 明显高频声

30 1500 明显高频声

35 1560 明显高频声

40 1590 明显高频声

45 1650 明显高频声

50 1680 明显高频声

55 1710 明显高频声

60 1770 明显高频声

65 1800 明显高频声

70 1860 明显高频声

75 1890 明显高频声

80 1920 明显高频声

85 1950 高频声减小

90 1980 高频声更小

95 1980 高频声几乎消失

100 2010 高频声消失

9S1212F401 9S1212F401

6.5K HZ 6.5K HZ

转速 (RPM) 运转说明

6

9S1212F401 在有“不间断电压”外部6.5K HZPWM频率下调速表现

总结

1

0

0

-

转速曲线:

图6 9S1212F401 @ 6.5K HZ 外部PWM

2500

2000

R

P

M

1500

1000

500

0

05

112233445566778899

050505050505050505

PWM 值

9S1212F401

30 HZ频率下的调速表现:

PWM 风扇9S1212F401 10 HZ

情况 运转说明

0 960 无噪音

5 1020 贴近风扇听有“嗒嗒”

10 1080 贴近风扇听有“嗒嗒”

15 1170 贴近风扇听有“嗒嗒”

20 1230 贴近风扇听有“嗒嗒”

25 1290 贴近风扇听有“嗒嗒”

30 1350 贴近风扇听有“嗒嗒”

35 1410 贴近风扇听有“嗒嗒”

40 1470 贴近风扇听有“嗒嗒”

45 1530 贴近风扇听有“嗒嗒”

50 1560 贴近风扇听有“嗒嗒”

55 1620 贴近风扇听有“嗒嗒”

60 1650 贴近风扇听有“嗒嗒”

65 1710 贴近风扇听有“嗒嗒”

70 1770 贴近风扇听有“嗒嗒”

75 1800 贴近风扇听有“嗒嗒”

80 1830 贴近风扇听有“嗒嗒”

9S1212F401

10 HZ

转速 (RPM)

总结

1

0

0

-

85 1890 贴近风扇听有“嗒嗒”

90 1920 贴近风扇听有“嗒嗒”

95 1950 贴近风扇听有“嗒嗒”

100 2010 “嗒嗒”声消失

7

9S1212F401 在有“不间断电压”外部30 HZPWM频率下调速表现

转速曲线:

图7 9S1212F401 @ 30 HZ 外部PWM

2500

2000

R

P

M

1500

1000

500

0

05

112233445566778899

050505050505050505

PWM 值

在本测试中,选用的65K HZ30 HZPWM频率在两颗风扇上的表现如以

上所示,在65K HZ的频率下功率较高的可以获得比较不错的调速

9GE0412P3J03

表现(不过参考3,似乎它没有过多的频率可供选择),而 则在低

9S1212F401

频下表现良好。不过即使加载了不间断电源,风扇调速时产生的噪音仍然存在,

几乎和测试三得到的运转情况一样,没有减小也没有增加。

四:测试小结和我们的建议

通过我们本次对几款风扇的不完全测试可以得到以下几点结论:

·额定功率和结构不同的风扇最低可工作电压不同,对于三线和四线风扇,

其传感器可的工作电压往往比风扇可运转的电压要更低一些。

·通过电压调速也可以得到相对较宽的调速范围,但在某些临界状态时可能

总结

1

0

0

-

风扇马达无法达到所需的启动扭矩(但其实此电压下风扇可以运转),所以在调速

时最好在风扇启动时以一个较高电压启动(比如额定电压),延时一段再调低电

压。

·在外部PWM调速时(无“不间断”5V电压),也同样可能发生以上情况,

所以在使用此方法调速时也最好能已高PWM值启动(比如100%,延时一段再

调低PWM值。

·无论何种外部PWM调速方式,无论在本测试中使用的哪种PWM频率,

都会使风扇在一次次加电时产生与PWM频率对应的噪音,在高频时甚至会超过

某些静音风扇本身产生的噪音。

我们的建议:

通过本次测试,我们对您提出以下几点不成熟的建议,谨供参考:

在设计初期

·4线风扇的PWM调速运行平稳,可调节外围广,速度响应快,我们推荐

您在设计初期,在控制电路和风扇都还没有定型之前选用这种方式,这可能会

提供给您最好的风扇调速表现,更加容易的实现温度和噪音之间的平衡并且可

以延长风扇的使用寿命。

·如果您认为PWM调速方式可能相对比较复杂,或者您的控制电路已经设

计成型,我们建议您选用外置测温元件的风扇,它几乎不用您对您的电路做任

何修改,只需要把测温元件放在您的测温点就可以自行调节转速。

总结

-

已经有成型2线或3线风扇

·如果您可以在您的控制电路中控制输出电压,而风扇调速范围不需要非

常广,我们建议您使用调压的方式来控制风扇转速,通过本次的不完全测试,

风扇在5V以上维持正常工作应无问题。

如果您想手动控制风扇

·如果您只是想手动的控制风扇在两段或者几段转速间变化,或者只需要

让风扇在两段或几段温度内自动切换转速,我们建议您使用电压控制,您可以

简单的利用二极管(串接一个二极管大约降0.7V左右)的正向压降来给风扇降

压,这适用于绝大多数电压适应度较宽的风扇调速。

关于外部PWM控制

·如果您在设计初期,在控制电路和风扇都未成型之前。我们不建议您使

用外部PWM控制的方式,因为这种方式几乎不会减少您搭建外部控制电路的力

(相对于4线PWM风扇)但是得到的调速结果却并不如4线PWM控制那样

平稳。最主要的是由此产生的额外噪音,在某些风扇调速时甚至超出风扇本身

的噪音,我想这是您很不愿看到的。

·如果您已经有2线或3线风扇的方案却不愿改变风扇的选择,希望使用

外部PWM电路来控制风扇转速,通过本次测试来看,希望您使用相对较低的频

率来控制额定功率相对较小的风扇,高PWM频率显然不适合这种控制方式(尽

管高频带来了某些风扇不错的调速曲线),而在定型之前,请一定要用实际样品

总结

-

实地测试,风扇的不同会带来完全不同的调速表现。

希望本次测试和我们的几点不成熟的建议能为您在选择调速风扇时带来一

点帮助,如果有任何意见或建议请随时提出,十分期待您的观点。

祝您工作顺利!

总结