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乙巳年岁末一帖:研究直流无刷散热小风扇,工作原理分析图解

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发表于 2026-2-10 19:37:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 jf201006 于 2026-2-14 14:03 编辑

今天是腊月廿三了,旧岁中是祭灶之日。乙巳年岁末,在旧岁随冬去,新年踏马来之际,匆匆一帖,分四部分:

一、修一个24V小风扇
二、霍尔276的基本原理
三、由霍尔276构成的二相小风扇工作原理
四、由霍尔477构成单相直流风扇介绍

一、拆修一个5010的24V小风扇
同事的一个加温器,有雾产生,但不能散出来,应该是其内部的小风扇不工作了。
拆开检查,果然是风扇不转了,由于是24V的风扇,手头没有24V的,只有12V的,就用了7812降压,风扇能正常工作,也出雾了。这个坏的小风扇拆开看看是为什么坏了。


原来是风扇内部的一个限流电阻坏了,看样子是过热损坏。手上没有功率更大的电阻,就手头上电阻,更换后变为12V使用。


更换好后,发现有进不能自己启动,需要手动拨一下。
霍尔的安装位置。


应该是拆修的过程中有一组线圈断了,果然,接好后可以在12V下工作了。


定子上有两组线圈,其阻值为43欧姆。


换上的电阻为50欧姆。在12V时工作电流达120多毫安。


计算了一下原来的工作电流应该在80毫安左右


所以这里最后还是减少了一个电阻。


二、霍尔276的基本原理
这个风扇使用的霍尔是276,与277相似。
以EG276为例介绍:

1、理论了解
特点:


引脚定义:


功能:


应用电路:


磁电参数图:


磁场方向工作参数:



2、测试电路

测试霍尔的电路,通过两个LED检测其工作情况:


原理就是利用N极或S极靠近276的标志面,使DO及DOB翻转。


应该是这样的:



3、实际测试

根据原理图搭建实际测试电路:


通过N极及S极接近EG276的标志面,观察两个LED的点亮情况:


实际测试结果如下图:


EG276的工作状态与其手册中描述的一致。

三、小风扇的工作原理

1、小风扇的结构
线圈缠绕在钢片上,固定在PCB上,PCB上还有一个霍尔元件276,共同组成定子。
霍尔是标志面向线圈安装在PCB上的,用于检测转子位置及改变定子的磁场。其位置是在某一钢片外缘的圆弧末端下面。


扇叶及环形磁条组成转子。环形磁条是环形海尔贝克(Halbach)磁体,四个方向上有磁极。


视频:




大概示意如下:

霍尔安装在定子上,引出DO及DOB,旋转转子,可见霍尔检测转子上的磁极。
根据N极和S极分别点亮红色和蓝色的LED。


2、电气原理

定子上的线圈有两组(二相),相互垂直,同名端在外侧,每组线圈通电后会在外侧产生N极磁场。






3、启动

定子上的钢片,其四个向外的圆弧不是正圆,而是圆弧的一边比另一边厚且向外突出的,


这就会使转子上的环形磁条在自由停止时,其磁通量最大的点,一定在钢片的突出位置,
原理就是磁场要走磁阻最小的线路,而向外突出的圆弧位置,其气隙小,磁阻就小。


而突出的位置下面就的霍尔元件,从而保证霍尔能正确检测出其上方磁极(N或S),为风扇启动做好准备。





小风扇的电路如下:


风扇启动过程如下:
当转子停止时,N极或S极位于霍尔止方,以S极在上方为例,当加电时,霍尔检测到S极,2脚(DO)开启,线圈L1工作,在两端外弧产生N极,由于L1两边的外磁环为N极,于是相斥,定子的两个N极推动转子的两个N极逆时针旋转。


同理,当转子的S在霍尔上方时,3脚(DOB)开启,线圈L2工作,在两端外弧产生N极,直接推动霍尔上方的N极转动。

视频如下:


4、连续工作
当风扇启动后,L1产生的N极推动转子上的N极逆时针转动,


当转子上的N极接近L2时,其S极接近定子L1产生的N极,由于异性相吸,定子的N极将吸引转子上的S极逆时针转动。


当转子上的N极转过L2时,正好对面的N极位于霍尔的上方,霍尔检测到N极,3脚(DOB)开启,线圈L2工作,在两端外弧产生N极,定子的N极继续推动转子上的N极逆时针转动,


当转子上的N极接近L1时,其S极接近定子L2产生的N极,由于异性相吸,定子的N极将吸引转子上的S极逆时针转动。


于是,霍尔就完成了检测磁极进行转换N极的位置,使用外转子的N极、S极在不断的推拉下转动起来。


前面的EG276手册中讲了,“其主要用于电子转换的二相无刷直流风扇”,所以,这种风扇应该叫做:二相直流无刷永磁外转子风扇。
定子上有两组轮流工作的线圈。



当风扇转动时,霍尔的工作情况如下视频:


四、单相直流风扇介绍
1、477系列霍尔基本介绍
477系列霍尔是带有H桥输出驱动器的集成式霍尔传感器,专为单相直流无刷电机应用而设计。
其特点是:
内置霍尔元件及输出单线圈驱动,降低风扇制造成本;
低功耗,静态工作电流低至1.5mA;
电流驱动能力强,可达350mA;
内置电源反接保护电路,节省外挂防反接二极管;
内置温度补偿电路,优异的温度稳定性;
抗机械应力强,有效减少磁灵敏度漂移。

引脚定义:


功能框图:


输出状态和磁场极性
当S极磁场接近IC标记面,直到磁场的磁通密度高于工作点(BOP),DO引脚输出变为低,DOB 引脚输出变为高;
当S极磁场远离IC标记面和N极磁场接近 IC 标记面,直到磁场的磁通密度小于释放点(BRP),DO引脚输出变为高,DOB引脚输出变低。


H 桥输出简介及典型应用图
通过开关管控制流过单线圈 L1上的电流方向来实现单相马达转换。
当磁场为S极时,Q1、Q4关断,Q2、Q3 开启,线圈L1上电流从 DOB 流向 DO;
当磁场为N极时,Q2、Q3关断,Q1、Q4 开启,线圈L1上电流从 DO 流向 DOB。


应用电路



2、定子的基本情况

由于没有找到使用477霍尔的风扇,以下的图来自网上。
风扇结构,定子的永磁环比使用276霍尔的更宽一些。


这种风扇的转子基本相同,不讲。
钢片也多上些,霍尔是立式安装的。


定子结构基本相同,线圈绕法不同:


四个方向的四个绕组是由一根漆包线绕制的,相对的两个绕向相同,相邻的两个绕向相反。


这样,整个线圈通过不同方向的电流,就会产生极性相反的磁场。



3、启动过程

加入转子停下来时,S极在霍尔477的上方


刚上电时,定子上产生的磁场极性为:
与霍尔相近的圆弧外端产生S极,其对端的圆弧外端也产生S极;
而相邻的两个圆弧外端则产生N极。
正好与转子的极性相同,这时由于相斥,推动转子逆时针转动。



4、连续转动

当转子转到一定角度后,转子的S极接近定子产生的N极;转子的N极接近定子产生的S极,此时定子对转子又产生吸力,加速转动。
由于转子的惯性,转子会转过最大吸较点,(转子转到90度时)此时,霍尔477会检测到转子的N极,线圈中的电流会反向流动,在定子四个圆弧上的磁极也会变为相反,与转子上的四个磁极又变为相同,与定子又产生了相斥,定子继续推动转子转动,接下来又是与下一个圆弧相吸,如此斥-吸,使转子不停转动下去。


霍尔完成了对转子位置的检测及磁场的换向。

以直请自觉避坑哦
霍尔276规格书:


霍尔477规格书:


两种风扇的原理图:


马踏祥云启新章,新春纳吉福运长。
在此提前给数码之家的全体工作人员及各位坛友们拜个早年:
马年大喜幸福耀,驼来好运吉祥照。马啸扬威创大业,扬鞭崔马热情高。
美满生活喜言笑,健康身体 乐陶陶。马年财运享,愿君开心起舞跳。
马年快乐!








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