直流風扇被應用在很多地方，從最普通的消費性玩具、家用抽風扇，到桌上型及筆記型電腦用的散熱風扇，到處都可見到它的蹤跡。隨著生活品質的改進，消費者對智慧型風扇的需求與日俱增。除了電流消耗的考量之外，風扇轉動所產生的噪音，也是目前評估產品品質的一大重點。控制直流風扇馬達轉速的方法有很多種，其中最直接的就是經由調整供給風扇的直流電壓來改變轉速，而最常被利用來控制風扇轉速的成份就是溫度。

四段式溫控風扇轉速的參考設計

《圖一　低成本的遠程二極體散熱溫度風扇速度控制》

本參考設計採用美國國家半導體的新型溫度感應器LM88來做溫度感應及風扇轉速控制。(圖一)所示的電路可以利用 LM88 遠程二極體溫度感應器 (RDTS) 積體電路控制 12 V 直流電散熱扇的運轉速度，模擬個人或筆記型電腦內CPU散熱風扇的轉速控制。LM88 是一款雙遠程二極體溫度感應器，它利用價格低廉的二極體2N3904來感測溫度，內含三個數位比較器，並可支援三個集極開路輸出 (O_SP0, O_SP1 及 O_CRIT)，以便發出中斷訊號或指示系統停機。這幾個數位比較器可被獨立設定作出溫度過高或過低的比較。若要確定感測溫度是否過高，可按照以下方式設定：

在圖一所示的電路之中，兩個 D+ 輸入已經以平行方式連在一起，以便比較器將同一量度溫度與 3 個設定點都對照過後才作出評估。每一比較器的遲滯經內部設定為 1℃，使設定值可以較接近而不會互相影響。LM88 的 3 個輸出均與電阻連接，形成一個較為簡單的 2 位元數位類比轉換器。這個數位類比轉換器的輸出會傳送到 PNP 發射器的隨動器，以便將散熱扇負極接腳的電壓控制在 1.25 V 與 5.7 V 之間。在 SP0＜ SP1＜CRIT情況下，若溫度讀數上升，輸出電壓 (VOUT) 便會下降。

圖一所示的公式顯示輸出電壓的表現。散熱扇的最高運轉速度取決於最低輸出電壓的大小，而當R5設定為0Ω時，最低輸出電壓的大小則取決於 O_CRIT 輸出的集極至源極電阻 (Rds)，也取決於 MPSW51 的β及基極發射器電壓。MPSW51 的β值變異會產生無法解釋的錯誤，很多工程師便傾向於將流經電阻的電流盡量加大。然而，因為O_CRIT的Rds電阻一般為 100Ω，即使在最壞的情況下也只有 4V/3mA = 133Ω，形成最低輸出電壓的大小隨電流加大而上升的現象，因此，加大電流量便可能得到適得其反的效果，折衷的辦法，便是將電流設定為 MPSW51 基極電流的 10 倍。

O_SP0、O_SP1 及 O_CRIT 的最高電壓為 5 V ，因此可將 R2 / (R2+R1) 的比例設定為 5/12 = 0.41666。

R1 與 R2 的電流必須設定在某一適當水平，以便將 MPSW51 的基極電流降到最低。供電電壓為 (12 - 5.7) 6.3 V 時，散熱扇內的電流約為 65mA，使基極電流只有約 65mA/130 = 0.5mA。因為集極電流有少量變化時β會有輕微的變動，因此最好將流經 R1/R2 的電流設定為 0.5mA 的 10 倍以上。所以如下公式:

《公式一　》

若二極體的溫度比 SP0、SP1 及 T_CRIT 等設定點低，便不會啟動LM88 的所有輸出，所以輸出電壓會設定在 5.7 V 左右。這樣可設定散熱扇的最慢速度。

若只啟動 O_SP0，便會設定第一個中間散熱扇速度。若量度的溫度高於SP0 設定點卻低於 SP1 及 CRIT，便會出現這種情況，可以以下公式設定 VOUT ：

《公式二　》

因此，若 Rds = 100Ω(典型) 而 R3 = 715Ω，則 VOUT = 3.614V，令散熱扇的電壓等於 12V - 3.614V = 8.386V。

若 O_SP0 及 O_SP1 都被啟動，便會設定第二個中間散熱扇速度。若量度的溫度高於SP0 及 SP1 兩個設定點但低於 CRIT 設定點，便會產出這種情況，可以以下公式設定 VOUT ：

《公式三　》

若 R3 = 715Ω及 Rds = 100Ω(典型)，並將 R4 設定為 301Ω，則輸出電壓 VOUT = 2.277V，令散熱扇的電壓等於 12V - 2.277V = 9.723V。

若 O_CRIT、O_SP0 及 O_SP1 等三個輸出全部啟動，便會設定第四個、也是最高的一個散熱扇速度。若量度的溫度高於三個設定點，便會產生這個情況，可以以下的公式設定 VOUT ：

《公式四》

若 R3 = 715Ω、R4 = 301Ω及 Rds = 100Ω(典型)，並將 R5 設定為 0Ω，則輸出電壓 VOUT= 1.255V，令散熱扇的最高電壓等於 12V - 1.255V = 10.775V。

若以 1% 電阻值進行量度，量度的 VOUT 值均在計算得來的 VOUT 電壓的 3% 之內。

(圖二)及(圖三)展示LM88輸出及散熱扇電壓的溫度反應圖。當溫度上升，O_SP0、O_SP1以及O_CRIT的順序啟動令散熱扇的電壓上升。

《圖二　LM88輸出的溫度反應圖》

《圖三　散熱扇電壓的溫度反應》

結論

LM88的溫度設定點在晶片出廠時便已依客戶指定完成設定，無需再經任何軟體設定。若要應用在非CPU應用時，只須將二極體2N3904靠近熱源，再接入LM88的D+,D-接腳即可。本文以12V風扇為設計標的來調整各電阻的阻值。建議設計前先參考風扇規格，確定風扇的啟動電壓，然後再確定兩個分段電壓來調整所有的電阻值。相同的方法可以運用到其他電壓操作的直流風扇。如此一來，本設計便可輕易地運用到大部份直流風扇的轉速控制。例如時下流行的玩具風扇，便可利用這個簡單的設計提高產品的附加價值。風扇生產廠商甚至還可將此線路加到風扇內，成為簡單的智慧型風扇。