直流无刷散热风扇（BLDC）控制系统·产品方案说明书
摘要：本文为凌讯微电子电机驱动/BLDC专题文章，详解直流无刷散热风扇（BLDC）控制系统DC12V/24V供电、三相MOS逆变桥驱动与温控/PWM调速闭环电控系统拓扑，覆盖霍尔换向、FG转速反馈与堵转/过流保护，面向工业电源与逆变器、工控服务器、新能源储能柜、医疗设备、变频器控制柜、户外通信机柜、车载设备等散热场景，提供高压SJ/SiC MOS、低压LV MOS、光耦与整流桥器件选型清单，为散热风扇驱动与温控调速方案设计、器件选型提供参考。
一、产品定义
产品概述：直流无刷散热风扇属于主动散热通风设备，采用DC12V/24V直流电源供电；整机由电源输入、EMI滤波、MCU主控单元、三相逆变驱动桥、无刷直流电机、扇叶、霍尔位置传感器、NTC温度采样电路、PWM调速接口、转速反馈输出、告警指示灯组成。控制系统采集环境温度，通过PID算法输出PWM调速信号，调节电机转速，带走设备产生的热量；支持恒速运行、温控调速、外部PWM调速；具备堵转保护、过流保护、欠压保护、过热告警、转速异常检测等功能，为被控设备提供强制风冷散热。
基础电气规格（以24V机型为例）
- 输入电源：DC 24V±10% 直流供电
- 额定功率：12‑36W
- 调速方式：内部温控自动调速 / 外部PWM信号调速
- 功率执行器件：MOS管三相逆变桥
- 传感器：霍尔位置传感器、NTC温度传感器、电流采样电阻
- 驱动方式：方波/正弦波BLDC矢量驱动
- 保护功能：堵转停机保护、过流保护、欠压锁定、电机过热保护、转速丢失告警
- 人机交互：运行指示灯、故障告警LED
- 信号接口：PWM调速输入、FG转速反馈输出
- 工作模式：待机低速、温控升速、满速散热、故障停机锁定
二、散热风扇电控系统拓扑原理图（三相MOS逆变桥+温控调速）
拓扑工作原理：DC24V直流电源经过EMI滤波、防反接二极管电路，一路给三相MOS逆变桥供电，一路送入LDO降压芯片输出5V低压电源，为主控MCU、霍尔传感器供电。NTC温度传感器采集散热腔体内部温度，外部主控设备也可发送PWM调速信号；MCU读取霍尔传感器信号判断电机转子位置，输出六路PWM信号驱动三相MOS桥换向，带动无刷电机和扇叶旋转；控制系统根据温度PID自动调节风扇转速；FG引脚向外输出当前转速信号；电流采样电路实时监测电机电流，检测到堵转、过流故障时，主控立刻关闭驱动输出，点亮故障指示灯，进入故障锁定状态。
三、应用场景分类
1、工业电源、逆变器、充电桩机柜散热场景
- 大功率开关电源、光伏逆变器、充电桩内部功率器件强制风冷散热。
2、工控设备、服务器机箱散热场景
- 工业控制柜、服务器机箱、网络交换机设备内部通风散热。
3、新能源储能电池柜散热场景
- 储能锂电池簇机柜，温控散热，均衡电池温度。
4、医疗设备通风散热场景
- 医疗检测仪器、电源模块内部散热通风。
5、变频器、空压机控制柜散热场景
- 变频驱动器电控柜内部散热，带走IGBT模块热量。
6、充电桩、户外通信机柜通风散热场景
- 户外5G基站机柜、充电桩机箱内部循环散热。
7、新能源车载设备散热场景
- 车载充电机、DC‑DC电源、空调系统辅助散热风扇。
四、功率器件选型推荐表
下表为直流无刷散热风扇控制系统推荐功率器件：高压半桥SJ/SiC MOS、低压半桥LV MOS、光耦及整流桥，适配三相逆变桥驱动与温控调速方案选型。
| 应用位置 | 类型 | 型号 | 规格 | 封装 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R040B | 35mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC60R130F | 130mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R600F | 520mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SJ MOS | LC65R600D | 520mR/650V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | HV MOS | CS10N65A2 | 460mR/650V | TO220F | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | HV MOS | CS30N65A6 | 255mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SiC MOS | LSC380M65D | 360mR/650V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压半桥 | SiC MOS | LSC040M65B | 35mR/650V | TO247 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG120N085AG | 4.2mR/120V | PDFN5*6 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG50N15AD | 15.6mR/150V | TO252 | 半桥开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LT80N04AG | 5.5mR/40V | PDFN5*6 | 半桥/Vbus开关管 |
| 低压半桥 | LV MOS | LG160N06AD | 2.2mR/60V | TO252 | 半桥开关管 |
| 高压隔离 | 光耦 | EL357/3516 | C档 | SOP-4 | 过零采集/可控硅隔离驱动 |
| 前级整流 | 整流桥 | GBP510 | 5A/1000V | GBP | 整流桥 |
| 前级整流 | 整流桥 | MSB30B | 3A/1KV | UMSB | 整流桥 |
| 前级整流 | 整流桥 | KBP810 | 8A/1000V | KBP | 整流桥 |
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五、常见FAQ
Q1：散热风扇为什么采用无刷电机？
A：无刷电机无换向火花、寿命长、效率高，可PWM精确调速并反馈转速，适合长期连续运行与温控自动调速的散热应用。
Q2：风扇调速MOS如何选型？
A：低压三相桥选低Rdson、高耐压LV MOS（如LG160N06AD、LT80N04AG），配合霍尔换向与电流采样，兼顾效率与堵转保护。
Q3：风扇如何防止堵转损坏？
A：通过电流采样实时监测电机电流，检测到堵转/过流立即关断驱动输出，配合FG转速丢失告警与欠压锁定，保障电机安全。
本文为凌讯微电子【电机驱动/BLDC】专题技术文章。如需了解电机驱动与散热方案，可浏览网站BLDC无刷电机驱动、散热风扇驱动选型指南，也可查看【电源类】、【电池类(BMS)】栏目其他选型资料。
来源：广东凌讯微电子
编辑：技术部