直流风扇被应用在很多地方，从最普通的消费性玩具、家用抽风扇，到桌上型及笔记型电脑用的散热风扇，到处都可见到它的踪迹。随着生活品质的改进，消费者对智慧型风扇的需求与日俱增。除了电流消耗的考量之外，风扇转动所产生的噪音，也是目前评估产品品质的一大重点。控制直流风扇马达转速的方法有很多种，其中最直接的就是经由调整供给风扇的直流电压来改变转速，而最常被利用来控制风扇转速的成份就是温度。

四段式温控风扇转速的参考设计

《图一 低成本的远程二极管散热温度风扇速度控制》

本参考设计采用美国国家半导体的新型温度感应器LM88来做温度感应及风扇转速控制。 (图一)所示的电路可以利用 LM88 远程二极体温度感应器 (RDTS) 积体电路控制 12 V 直流电散热扇的运转速度，模拟个人或笔记型电脑内CPU散热风扇的转速控制。 LM88 是一款双远程二极体温度感应器，它利用价格低廉的二极体2N3904来感测温度，内含三个数位比较器，并可支援三个集极开路输出(O_SP0, O_SP1 及O_CRIT )，以便发出中断讯号或指示系统停机。这几个数位比较器可被独立设定作出温度过高或过低的比较。若要确定感测温度是否过高，可按照以下方式设定：

在图一所示的电路之中，两个 D+ 输入已经以平行方式连在一起，以便比较器将同一量度温度与 3 个设定点都对照过后才作出评估。每一比较器的迟滞经内部设定为 1℃，使设定值可以较接近而不会互相影响。 LM88 的 3 个输出均与电阻连接，形成一个较为简单的 2 位元数位类比转换器。这个数位类比转换器的输出会传送到 PNP 发射器的随动器，以便将散热扇负极接脚的电压控制在 1.25 V 与 5.7 V 之间。在 SP0＜ SP1＜CRIT情况下，若温度读数上升，输出电压 (VOUT) 便会下降。

图一所示的公式显示输出电压的表现。散热扇的最高运转速度取决于最低输出电压的大小，而当R5设定为0Ω时，最低输出电压的大小则取决于O_CRIT 输出的集极至源极电阻(Rds)，也取决于MPSW51 的β及基极发射器电压。 MPSW51 的β值变异会产生无法解释的错误，很多工程师便倾向于将流经电阻的电流尽量加大。然而，因为O_CRIT的Rds电阻一般为100Ω，即使在最坏的情况下也只有4V/3mA = 133Ω，形成最低输出电压的大小随电流加大而上升的现象，因此，加大电流量便可能得到适得其反的效果，折衷的办法，便是将电流设定为MPSW51 基极电流的10 倍。

O_SP0、O_SP1 及 O_CRIT 的最高电压为 5V ,因此可将 R2 / (R2+R1) 的比例设定为 5/12 = 0.41666。

R1 与 R2 的电流必须设定在某一适当水平，以便将 MPSW51 的基极电流降到最低。供电电压为 (12 - 5.7) 6.3 V 时，散热扇内的电流约为 65mA，使基极电流只有约 65mA/130 = 0.5mA。因为集极电流有少量变化时β会有轻微的变动，因此最好将流经 R1/R2 的电流设定为 0.5mA 的 10 倍以上。所以如下公式:

《公式一 》

若二极体的温度比 SP0、SP1 及 TCRIT 等设定点低,便不会启动LM88 的所有输出,所以输出电压会设定在 5.7 V 左右。这样可设定散热扇的最慢速度。

若只启动 O_SP0，便会设定第一个中间散热扇速度。若量度的温度高于SP0 设定点却低于 SP1 及 CRIT，便会出现这种情况，可以以下公式设定 VOUT ：

《公式二 》

因此，若 Rds = 100Ω(典型) 而 R3 = 715Ω，则 VOUT = 3.614V，令散热扇的电压等于 12V - 3.614V = 8.386V。

若 O_SP0 及 O_SP1 都被启动，便会设定第二个中间散热扇速度。若量度的温度高于SP0 及 SP1 两个设定点但低于 CRIT 设定点，便会产出这种情况，可以以下公式设定 VOUT ：

《公式三 》

若 R3 = 715 Ω及 Rds = 100Ω(典型),并将 R4 设定为 301Ω,则输出电压 VOUT = 2.277V,令散热扇的电压等于 12V - 2.277V = 9.723V。

若 O_CRIT、O_SP0 及 O_SP1 等三个输出全部启动，便会设定第四个、也是最高的一个散热扇速度。若量度的温度高于三个设定点，便会产生这个情况，可以以下的公式设定 VOUT ：

《公式四》

若 R3 = 715Ω、R4 = 301 Ω及 Rds = 100Ω(典型),并将 R5 设定为 0Ω,则输出电压 VOUT= 1.255V,令散热扇的最高电压等于 12V - 1.255V = 10.775V。

若以 1% 电阻值进行量度，量度的 VOUT 值均在计算得来的 VOUT 电压的 3% 之内。

(图二)及(图三)展示LM88输出及散热扇电压的温度反应图。当温度上升，O_SP0、O_SP1以及O_CRIT的顺序启动令散热扇的电压上升。

《图二 LM88输出的温度反应图》

《图三 散热扇电压的温度反应》

结论

LM88的温度设定点在晶片出厂时便已依客户指定完成设定，无需再经任何软体设定。若要应用在非CPU应用时，只须将二极体2N3904靠近热源，再接入LM88的D+,D-接脚即可。本文以12V风扇为设计标的来调整各电阻的阻值。建议设计前先参考风扇规格，确定风扇的启动电压，然后再确定两个分段电压来调整所有的电阻值。相同的方法可以运用到其他电压操作的直流风扇。如此一来，本设计便可轻易地运用到大部份直流风扇的转速控制。例如时下流行的玩具风扇，便可利用这个简单的设计提高产品的附加价值。风扇生产厂商甚至还可将此线路加到风扇内，成为简单的智慧型风扇。