什么是USB风扇？其驱动电路工作原理怎样？

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USB风扇是一种通过通用串行总线接口(USB)获取电压并驱动的小型风扇。它因其便携性、低功耗和即插即用的便利性而广受欢迎。

如图示


该风扇可以直接从电脑、笔记本电脑、充电宝、手机充电器或任何带有USB端口的设备中获得+5V(或+3.3V)供电，使用非常便利。

我们可以将其电路分解为以下几个部分：

① 电源输入：USB接口

标准的USB-A公头接口有4个引脚，但我们只用到了其中两个：

VCC（引脚1）：提供+5V的直流正电压。

GND（引脚4）：接地，构成电流回路。

另外两个引脚（D+和D-）用于数据传输，在风扇中通常不使用。

② 电机：动力核心

USB风扇通常使用两种类型的微型直流电机：

A.有刷直流电机：最常见、成本最低。其内部通过电刷和换向器来改变电流方向，使转子持续转动。优点是控制简单，缺点是电刷会产生磨损和火花，寿命相对较短。

B.无刷直流电机：更先进、更高效、更安静、寿命更长。它通过外部电路（驱动板）来精确控制线圈的通电顺序，从而实现转动。通常用于更高级别的USB风扇。

③ 控制系统与调速电路

这是电路的大脑，负责控制电机的开关和转速。

A.基础电路（机械开关控制）：

最简单的风扇只有一个机械开关，直接串联在USB电源和电机之间。闭合开关，电机得电转动；断开开关，电机停止。

这种小风扇不能调速，也没有保护电路，十分简单，不做多的描述。

B.调速芯片驱动电路：

大多数可调速的USB风扇使用调速芯片进行调速并驱动风扇运转。工作原理复杂，保护电路十分完善。也是比较高档、应用最广、主流的USB小风扇。
主板如图示

现在着重讲讲这种调速芯片驱动的USB小风扇工作原理。
芯片调速驱动工作原理通常有两种:

一、直流驱动(以+3.3V供电为例)

直流驱动芯片如图示



该电路特点:

①可以远程检测温度并根据芯片温度高低调整风速。

②通过内部功率晶体管产生直流电压输出，驱动风扇电机运转。

二、PWM调速驱动

如图示

PWM调速原理：
PWM调速不是通过改变直流电压来调速，而是通过极高频率地开关电源。在一个固定的周期内，通过调整“开”的时间占比（即占空比）来控制平均电压。

占空比高（如90%时间开，10%关）：平均电压高，电机转速快。

占空比低（如30%时间开，70%关）：平均电压低，电机转速慢。

工作原理：

①调速开关：

一个多档位的旋钮或按钮，本质上是一个可变电阻器或选择不同电阻的开关。

②PWM控制芯片：

一个微型集成电路。它根据调速开关设置的电阻值，产生相应占空比的PWM方波信号。

③功率驱动元件（如MOSFET管）：

PWM芯片产生的信号很微弱，无法直接驱动电机。MOSFET管作为一个高速电子开关，受PWM信号控制，来快速导通和切断供给电机的大电流。

④ 保护电路（可选但重要）

一些设计良好的风扇会包含简单的保护元件：

保险丝：防止因电流过大而烧毁电路。

反向保护二极管：防止电源正负极接反时损坏电路。

滤波电容：并联在电源两端，用于稳定电压，吸收瞬间的电流波动。

通过上面分析，USB小风扇完整电路工作流程（以可调速风扇为例)如下:

①插上USB线：

+5V(或+3.3V)电压从USB接口的VCC引脚流入。

②经过保护电路：

电流可能先经过一个保险丝和滤波电容，确保电源稳定安全。

③到达控制中心：

电流进入PWM控制电路。

④用户操作：你旋转调速旋钮，改变了送入PWM芯片的电阻值。

⑤生成PWM信号：PWM芯片根据接收到的电阻值，输出一个特定占空比的方波信号给MOSFET管的控制极（栅极）。

⑥驱动电机：

当PWM信号为“高电平”时，MOSFET导通，电流流过电机，电机转动。

当PWM信号为“低电平”时，MOSFET关闭，电流切断，电机靠惯性滑行。

这个“开-关”循环每秒发生数千次，由于惯性，电机感受到的是一个平均电压，从而实现了平稳的调速。

⑦形成回路：电流最后通过MOSFET，从USB的GND引脚流回电源。

懂得了USB小风扇的内部结构及工作原理，如果想修它就容易了。
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