DC风扇（直流风扇） 的电路设计详解

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以下是 DC风扇（直流风扇） 的电路设计详解，涵盖 有刷/无刷电机驱动、PWM调速、温控功能 等核心模块，并提供典型电路示例：

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1. DC风扇基础分类

• 有刷直流风扇
  
  
  • 结构简单，成本低，需定期更换碳刷（寿命较短）。
  • 适用场景：低端家电、车载小风扇。
    
    
• 无刷直流风扇（BLDC）
  • 高效率、长寿命，需电子换相（霍尔传感器或FOC算法）。
  • 适用场景：PC散热、工业设备、高端家电。
    
    
  
  

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2. 核心电路设计(1) 有刷DC风扇驱动电路

• H桥驱动（正反转+调速）：
  
  
  • 芯片方案：L9110S、DRV8871（集成MOSFET）。
  • 电路示例：
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    MCU_PWM ──┬─[H桥芯片]──电机──┬─ GND          │                  │      电流检测电阻         12V/5V电源
    
  • 关键参数：
    • PWM频率：1~20kHz（避免人耳可闻噪声）。
    • 电流检测：采样电阻（如0.1Ω） + 运放放大信号。
      
      
    
    

(2) 无刷DC风扇（BLDC）驱动电路

• 三相全桥驱动：
  
  
  • 芯片方案：
    
    
    • 集成驱动（如EG2104 + N-MOSFET）。
    • 专用IC（如TI DRV10987，内置FOC算法）。
      
      
  • 霍尔传感器接口：
    • 3路霍尔信号 → MCU编码器模式检测转子位置。
      
      
  • 无感FOC方案：
    • 通过反电动势检测换相（需MCU算法支持，如STM32 FOC库）。
      
      
    
    

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3. 调速与控制逻辑

• PWM调速：
  
  
  • MCU输出PWM信号控制电机平均电压（占空比0%~100%）。
  • 软件实现：
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    // STM32 HAL示例（定时器PWM输出）HAL_TIM_PWM_Start(&htim2, TIM_CHANNEL_1);  __HAL_TIM_SET_COMPARE(&htim2, TIM_CHANNEL_1, duty_cycle);  
    
    
• 温控调速：
  • NTC热敏电阻 → ADC采样 → MCU动态调整PWM占空比。
  • 逻辑示例：
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    if (温度 > 30°C) → PWM = 50%  if (温度 > 50°C) → PWM = 80%  
    
    
  
  

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4. 电源管理

• 输入电源：
  
  
  • 12V/24V DC适配器，或锂电池（如18650，需充电管理）。
    
    
• 电压转换：
  • 降压芯片（如LM2596）将输入电压降至5V/3.3V供MCU。
    
    
• 保护电路：
  • 反接保护：二极管（如1N5408）或MOSFET理想二极管电路。
  • 过流保护：自恢复保险丝（PPTC）或电流限制电路。
    
    
  
  

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5. 状态反馈与用户接口

• 转速反馈：
  
  
  • 霍尔传感器输出脉冲 → MCU计数器测速（RPM）。
    
    
• LED指示：
  • RGB LED显示风速档位或故障代码（如过温红灯闪烁）。
    
    
• 按键/遥控：
  • 轻触开关切换档位，或红外接收头（如HS0038）解码遥控信号。
    
    
  
  

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6. 典型应用电路BLDC风扇驱动示例（EG2104 + MOSFET）plaintext


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         MCU_PWM_A/B/C               │      [EG2104驱动器]      ┌─┴─┐    ┌─┴─┐      Q1 Q2    Q3 Q4  (N-MOSFET, 如AO3400)        │        │        └──三相电机──┘           霍尔传感器 → MCU_TIM_Encoder

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7. 设计注意事项

• EMI抑制：
  
  
  • 电机线加磁环，电源输入端加π型滤波（LC电路）。
    
    
• 散热设计：
  • 驱动MOSFET需贴散热片（如TO-220封装）。
    
    
• 软件保护：
  • 堵转检测（电流突增时关闭PWM输出）。
    
    
  
  

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8. 进阶功能（可选）

• 无线控制：
  
  
  • 蓝牙模块（HC-05）或Wi-Fi（ESP8266）连接手机APP。
    
    
• 自动启停：
  • 人体红外传感器（HC-SR501）检测有人时启动风扇。