说明
此文章为本人制作桌面小风扇时记录的电路部分笔记。如需制作教程可点击此处跳转。
概述
使用常规12cm机箱散热风扇制作了一个桌面小风扇。
要求：
- 锂电池供电，可充电
- 锂电池电量显示
- 风力大小可调
- 风扇俯仰角度可调，且范围尽可能大
初步实现想法
供电
机箱风扇一般都是12V的，但是锂电池电压一般在3.7V左右，想用锂电池给风扇供电常规有两种解决方法：
- 串联3节锂电池以达到升压的目的，从而驱动风扇
- 使用额外的升压电路实现升压。
对于方案1，串联升压后电压虽然接近12V，但是随着锂电池电压的浮动其总电压也是不确定的，而且3串的锂电池充电也是个问题，使用3块锂电池，在建模设计时空间大小也需要额外考虑。所以决定使用额外的升压电路获得12V电压。
充电
确定只使用1节锂电池，还需要有电源路径管理以实现边充边放，同时还要可以显示锂电池当前电量。接口使用常见的Type-C接口，方便充电。
调速
机箱风扇的调速为PWM，频率一般在25kHz左右。初步想法是使用NE555来产生PWM方波信号来控制风扇。机箱PWM信号一般都是5V的，这就需要5V电压。
实际实现
电源管理
供电使用一块606090锂电池。
充电部分使用IP5306芯片，这是一个自带电量显示、充放电保护、充放电路径管理和5V升压的电源管理芯片。非常适合用在此项目中。
芯片可提供最大2.4A输出电流，2.1A最大充电电流。像上图锂电池充电倍率一般是0.5C，那么锂电池最大充电电流为：$40000.5=2000mA$，也就是2A最大充电电流，用IP5306正好适合。
输出电流最大2.4A，功率：$P = UI = 5*2.4 = 12W$，因为后面还要添加升压电路，升压电路效率按$90\%$计算，则最大输出功率$P_{max}=0.9*12=10.8W$，一般12cm机箱风扇的功率在$1.8$~$4.2W$之间，$10.8W$的功率足够使用。
芯片在负载电流持续小于45ma（实测由于生产厂家不同这个值可能会到90ma左右）32秒后会自动断开输出，可以自动检测负载，只需要将开关串联在芯片输出线路上即可实现自动开关。
根据芯片手册绘制的电源部分原理图：
8脚VOUT是芯片的输出引脚，此引脚与电位器的开关引脚相连。
手册中LED是不需要限流电阻的，但是我在实际测试时发现不加限流电阻LED的亮度会很亮，尤其在夜间更为明显，所以这里给它加了个10k的限流电阻。
升压
升压使用MT3608芯片，这是一款高效率 DC-DC 升压转换器芯片，支持输入电压范围2-24V，输出电压高达28V，效率高达97%。仅需简单外围器件即可搭建出适合的升压电路，这是芯片手册给出的经典应用电路
设置输出电压
MT3608输出电压由下公式确定$$V_{OUT}=V_{REF} × (1+\frac{R_1}{R_2})$$
其中内部基准电压$V_{REF}=0.6V$，若想要获得12V输出，则需要$\frac{R_1}{R_2}=19$，这里选$R_2=5.1k$，则$R_1=5.1×19=96.9k$，这里选择$R_1=100k$
根据芯片手册和上述计算绘制的升压部分原理图：
PWM
PWM必须是可调的，使用NE555来产生PWM信号，让其工作在无稳态模式，关于NE555可调占空比电路详情可以点击此处查看。下图为部分截取：
控制机箱风扇需要25kHz左右的频率。由于部分风扇在低占空比下会停转，而且IP5306在负载过低的情况下是会自动断开输出的。所以电路的最小占空比不应该过低，这里先设定为40%。为了使占空比尽可能的可以达到100%，就需要使$R_2=0$，R在实际中选择的是一个50kΩ的电位器，现在只需要确定$R_1$和$C$的值就行了。
计算过程：
已知：$R_2=0$，$R=50k$，$D_{min}=40\%$，$f=25k$；求$R_1$和$C$。
由占空比公式：$D=\frac{t_1}{T}=\frac{R_1+R_充}{R_1+R_2+R}=\frac{R_1+R_充}{R_1+50k}$，可知$R_充$越小占空比越小，当$R_充=0$时占空比D达到最小值。
即$D_{min}=\frac{R_1}{R_1+50}$，代入$D_{min}=40\%$可得$R_1=33.33k$，在常用电阻中找到最接近此值的电阻值为$33kΩ$，所以确定$R_1=33kΩ$。
由频率公式：$f=\frac{1}{T}=\frac{1.44}{(R_1+R_2+R)C}=\frac{1.44}{(33k+50k)C}=25k$，
可求得$C≈694pF$，在常用电容中选取$C=680pF$，至此所需参数全部计算完毕。
下面再根据所选值求实际频率$f$和最小占空比$D_{min}$；
频率：$f=\frac{1}{T}=\frac{1.44}{(R_1+R_2+R)C}=\frac{1.44}{83×10^3×680×10^{-12}}≈25.5k$
最小占空比：$D_{min}=\frac{t_1}{T}=\frac{R_1+R_充}{R_1+R_2+R}=\frac{33}{83}≈39.8\%$
实际差别在可接受范围内，确定选值$R_1=33k，C=680pF$。
根据芯片手册和计算值绘制出PWM控制部分原理图：
至此完整电路原理图绘制完成：
