??? 摘 要： 風(fēng)冷形式是多數(shù)大功率電源" title="大功率電源">大功率電源采用的冷卻方式，而風(fēng)冷形式的關(guān)鍵器件就是風(fēng)機(jī)。介紹了利用控制芯片MC34063A實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的溫度控制，從而達(dá)到增加風(fēng)機(jī)壽命的目的。
??? 關(guān)鍵詞： 溫控? 溫度傳感器? 反饋? 過壓保護(hù)? 欠壓保護(hù)
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??? 在大功率電源研制過程中，必須解決其功率器件" title="功率器件">功率器件的散熱問題，例如可控硅模塊，一般采用散熱器自然冷卻方式和風(fēng)冷方式。散熱條件的好壞直接影響到功率器件的運(yùn)行正常與否，也就影響到電源的運(yùn)行質(zhì)量。因此，在風(fēng)冷情況下，風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)是保證功率器件正常散熱乃至電源正常運(yùn)行的不可缺少的條件。風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速愈快，排風(fēng)量愈大，散熱的效果就愈明顯。實(shí)踐中，多采用無炭刷直流風(fēng)機(jī)。不管風(fēng)機(jī)的軸承是滾珠軸承、含油軸承還是特殊合金軸承，只要風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，軸承就會(huì)有磨損。風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度愈快，時(shí)間愈長，磨損就愈嚴(yán)重，壽命就愈短。為了保證風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，盡可能延長風(fēng)機(jī)的使用壽命，筆者研制了溫控風(fēng)機(jī)電源。
1 電源電路基本原理
??? 電路中采用的風(fēng)機(jī)為無炭刷直流風(fēng)機(jī)AD1212HB-F51，額定電壓為+12V。當(dāng)風(fēng)機(jī)電源為+12V時(shí)，風(fēng)機(jī)全速運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)風(fēng)機(jī)供電電壓" title="供電電壓">供電電壓在+6V～+12V之間時(shí)，風(fēng)機(jī)可正常運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速約1000轉(zhuǎn)/分鐘到2 500轉(zhuǎn)/分鐘。供電電壓愈高，轉(zhuǎn)速愈快。該電源的設(shè)計(jì)基于這樣的思想：輸出的直流電壓隨可控硅模塊散熱器溫度（可近似于可控硅模塊溫度）的變化而變化。溫度高，則輸出電壓" title="輸出電壓">輸出電壓高；溫度低，則輸出電壓低。必須保證的是其輸出電壓必須在+6V～+12V范圍內(nèi)。
??? 電路采用BUCK型DC-DC變換器設(shè)計(jì)，控制芯片為MC34063A。電路的基本工作原理如圖1所示。
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??? 輸入電壓為+25V，由于風(fēng)機(jī)額定電流為0.5A，采用外接P型MOSFET作為功率開關(guān)管。輸出電壓經(jīng)R1、R2分壓，A點(diǎn)為輸出電壓反饋" title="電壓反饋">電壓反饋點(diǎn)，反饋電壓與內(nèi)部參考電壓1.25V進(jìn)行比較放大，控制開關(guān)管VT1的開通與關(guān)斷時(shí)間，形成一個(gè)輸出電壓的閉環(huán)控制。對(duì)于固定的輸出電壓，R1/R2為固定的比值，則
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??? 而電路中的Rsc、CT、L和C3則由(2)、(3)、(4)、(5)和(6)式?jīng)Q定。
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??? 要實(shí)現(xiàn)輸出電壓由溫度控制的目的，需將溫度傳感電路加入電壓反饋電路。電路中采用的溫度傳感器為高精度負(fù)溫度系數(shù)(NTC)熱敏電阻芯片，型號(hào)為CWF54A2，R25=10kΩ±1%，B25/85℃=3950K±2%，其R—T阻溫特性如表1所示。
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??? 將溫度傳感器加入電壓反饋后的電路如圖2所示，其中RT為熱敏電阻芯片，其阻值隨溫度的變化而變化。由于串聯(lián)在電壓反饋電路中，從而引起輸出電壓反饋端A點(diǎn)電位的變化，最終引起輸出電壓的改變，這就是溫控風(fēng)機(jī)電源的基本原理。在圖2中，VD2起保護(hù)開關(guān)管VT1的作用；VD3的作用是防止輸出電壓過大，當(dāng)輸出電壓大于12.2V時(shí)，VD3擊穿，反饋點(diǎn)A的電位發(fā)生變化，從而引起輸出電壓的變化，達(dá)到過壓保護(hù)的目的；VD4的作用是防止輸出電壓過低，當(dāng)輸出電壓小于6.5V時(shí)，VD4不能被擊穿，反饋點(diǎn)A的電位較低，使功率開關(guān)增加開通時(shí)間，直到輸出電壓增加到大于6.5V為止，起到欠壓保護(hù)的作用；R4的作用是防止溫度傳感芯片接點(diǎn)短路，當(dāng)接點(diǎn)TH(1)、TH(2)短路時(shí)，輸出電壓達(dá)到最大；R3、R5起輸出電壓分壓調(diào)整的作用，使得電路在正常使用范圍時(shí)，輸出電壓與溫度基本成線性關(guān)系。實(shí)際使用的環(huán)境是10℃～60℃，當(dāng)可控硅的溫度低于10℃時(shí)，電源的輸出電壓必須大于6V；當(dāng)可控硅的溫度高于60℃時(shí)，電源的輸出電壓為12.2V。電源的輸出電壓為風(fēng)機(jī)供電電壓和風(fēng)機(jī)上檢測(cè)電阻的電壓之和。表2是該電源實(shí)際使用時(shí)輸出電壓與溫度的關(guān)系。
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??? 當(dāng)溫度高于60℃時(shí)，輸出電壓達(dá)到最大，風(fēng)機(jī)上的電壓為11.95V。
2 風(fēng)機(jī)檢測(cè)電路原理
??? 在設(shè)計(jì)大功率電源系統(tǒng)時(shí)，考慮了功率器件的最大散熱量而選取了適當(dāng)?shù)纳崞骱瓦m當(dāng)排風(fēng)量的風(fēng)扇。盡管還考慮了極限情況（70℃）而加裝了溫度繼電器來通知監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)電，但檢測(cè)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常與否也是必不可少的環(huán)節(jié),可利用直流風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行檢測(cè)。將風(fēng)機(jī)檢測(cè)電阻R6串聯(lián)在風(fēng)機(jī)供電電路中，檢測(cè)R6上的電平變化就可檢測(cè)到風(fēng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)情況。R6須選得適當(dāng)，太大則增大電路的損耗，太小則不易檢測(cè)到。
??? 風(fēng)機(jī)檢測(cè)電路由脈沖采集、電平轉(zhuǎn)換、脈沖放大、脈沖倍壓整流和電平比較等部分組成，如圖3所示。當(dāng)風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，R6上的脈沖經(jīng)C6耦合后，疊加在電源中間電平6V上進(jìn)行放大（采用單電源）。放大后的脈沖經(jīng)C7耦合并由VD5、VD6和C8倍壓整流濾波后，得一電平與+3V參考電平進(jìn)行比較。若風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，則V2≥4V，V3為低電平；若風(fēng)機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，則V2=0，V3為高電平。由此可檢測(cè)到風(fēng)機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)。
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??? 本文提出了一種基于溫度變化而使輸出電壓變化的智能風(fēng)機(jī)電源，并輔以風(fēng)機(jī)檢測(cè)電路，可延長風(fēng)機(jī)壽命，確保風(fēng)機(jī)長時(shí)間正常運(yùn)行，為大功率電源功率器件的正常散熱提供了可靠的保證，從而為大功率電源的正常運(yùn)行提供了一定的條件。
參考文獻(xiàn)
[1] 張占松, 蔡宣三. 開關(guān)電源的原理與設(shè)計(jì).北京：電子工業(yè)出版社,1999.
[2] ?MC34063A,Step-Up/ down/ inverting switching regulators. ??http://www.onsemi.com/pub/Collateral/MC34063A-D.PDF，2000.