应广单片机PMS150C温控PWM风扇控制器开发案例：电路、BOM、代码与量产参数|逐高电子

很多散热产品并不需要复杂MCU，只需要根据温度自动调节风扇转速。本文给出一个可落地的PADAUK应广单片机温控PWM风扇方案：电路可画板，BOM可采购，代码可移植，参数可调试。

一、应用痛点：风扇全速运行不是最优解

在开关电源、UPS、LED电源、功放、网络设备和小型工控盒中，风扇常被设计成上电即转或温控开关式启停。这样虽然简单，但存在噪音大、风扇寿命短、低负载无效功耗高、灰尘堆积快等问题。

采用温控PWM调速后，设备可以在低温时低速或停转，在高温时自动加速，从而兼顾散热、噪音、寿命和成本。

二、方案规格

三、芯片型号选择

1. 量产主推：PMS150C-U06

PMS150C-U06为SOT23-6封装的低成本8位OTP MCU，适合固定功能、大批量、成本敏感的控制场景。本方案只需要1路PWM输出和1路比较器输入，PMS150C资源足够。

2. 开发调试推荐：PFS154

PMS150C为OTP一次性烧录，程序写错后芯片无法擦除。开发阶段建议使用PFS154或仿真器调试温度阈值、PWM频率和风扇兼容性，确认无误后再切换PMS150C量产。

四、硬件电路设计

1. 系统连接框图

12V输入
  ├── 4线风扇 +12V 供电
  └── LDO稳压到5V
        ├── PMS150C VDD
        ├── 10K NTC温度检测分压
        └── PA3输出25kHz PWM → 风扇PWM控制脚

2. 电源电路

J1-1  +12V输入 ──┬── 风扇Pin2(+12V)
                 └── LDO输入
J1-2  GND ───────── 风扇Pin1(GND)、MCU GND

LDO输出：+5V → PMS150C VDD、NTC分压上端

推荐在LDO输入端放置1uF电容，输出端放置100nF电容，并在MCU VDD/GND旁边就近放置100nF去耦电容。

3. NTC温度检测电路

+5V
 │
[TH1] 10K NTC，B=3950
 │
 ├── T_OUT → PMS150C PA4 / Comparator+
 │
[R1] 1K，1%
 │
GND

温度升高时，NTC阻值下降，T_OUT电压发生变化。PMS150C使用内部比较器和16档内部参考电压判断温度区间。该方案不是高精度温度计，但足够实现风扇分段调速。

4. 4线风扇PWM接口：量产建议用开漏驱动

推荐开漏接口：

PMS150C PA3 ── 100Ω~1k ── 2N7002 Gate
2N7002 Source ─────────── GND
2N7002 Drain ──────────── 风扇PWM Pin4
Gate到GND：100k下拉，可选

风扇Pin1：GND
风扇Pin2：+12V
风扇Pin3：TACH，可预留
风扇Pin4：PWM控制输入

如果风扇内部没有PWM上拉，可在PWM线上增加4.7k~10k上拉到5V；多数标准4线风扇内部已有上拉，实际需按风扇规格书确认。

五、BOM清单

六、控制逻辑与参数

采用双阈值滞回控制，避免风扇在临界温度附近频繁启停。

温度 ≥ 50℃：PWM占空比逐步增加
40℃ ≤ 温度 < 50℃：保持当前转速（死区）
温度 < 40℃：PWM占空比缓慢降低

升速阈值：50℃   // TRIGGER_HIGH = 0x06
降速阈值：40℃   // TRIGGER_LOW  = 0x04
滞回死区：10℃   // 防止临界点抖动

温度越高：每个控制周期增加的占空比越多
控制周期：约164ms
PWM范围：0~255

七、参考代码

1. NTC阈值定义（含滞回）

// 比较器内部参考电压 16 档（0x00~0x0F）
// 0x00~0x03 对应 40℃ 以下阈值（本方案未使用）
#define NTC_1K_TRIGGER_35C    0x02
#define NTC_1K_TRIGGER_40C    0x04
#define NTC_1K_TRIGGER_45C    0x05
#define NTC_1K_TRIGGER_50C    0x06
#define NTC_1K_TRIGGER_55C    0x07
#define NTC_1K_TRIGGER_59C    0x08
#define NTC_1K_TRIGGER_64C    0x09
#define NTC_1K_TRIGGER_68C    0x0A
#define NTC_1K_TRIGGER_72C    0x0B
#define NTC_1K_TRIGGER_76C    0x0C
#define NTC_1K_TRIGGER_80C    0x0D
#define NTC_1K_TRIGGER_84C    0x0E
#define NTC_1K_TRIGGER_88C    0x0F

// 滞回控制：升速阈值 50℃，降速阈值 40℃（10℃ 死区）
#define TRIGGER_LOW   NTC_1K_TRIGGER_40C   // 降速阈值（滞回）
#define TRIGGER_HIGH  NTC_1K_TRIGGER_50C   // 升速阈值

2. 风扇控制主逻辑（含滞回）

#include 
#include 

#define FAN_BIT 3   // PA3输出PWM
#define NTC_BIT 4   // PA4接NTC分压

// 启动占空比：部分风扇需要较高占空比才能克服惯性启动
// 启动后可将占空比降至 FAN_MIN_RUN_PWM 维持运转
#define FAN_MIN_START_PWM 80    // 启动瞬间占空比
#define FAN_MIN_RUN_PWM   25    // 启动后最低维持占空比
#define FAN_MAX_PWM       255

static uint8_t fan_pwm = 0;

static void set_fan_pwm(uint8_t duty)
{
    if (duty == 0) {
        TM2C = 0x00;
        PA &= ~(1 << FAN_BIT);
        return;
    }

    if (duty < FAN_MIN_RUN_PWM) {
        duty = FAN_MIN_RUN_PWM;
    }

    TM2B = duty;
    TM2C = (uint8_t)(TM2C_MODE_PWM | TM2C_OUT_PA3 | TM2C_CLK_IHRC);
}

void fan_control_tick(void)
{
    uint8_t t;

    // 温度低于降速阈值（40℃），缓慢降速
    GPCS = (uint8_t)(GPCS_COMP_RANGE4 | (TRIGGER_LOW & 0x0F));
    if (fan_pwm > 0 &&
        (GPCC & (1 << GPCC_COMP_RESULT_BIT)) == GPCC_COMP_RESULT_NEGATIVE) {
        fan_pwm--;
        if (fan_pwm < FAN_MIN_RUN_PWM && fan_pwm > 0) {
            fan_pwm = FAN_MIN_RUN_PWM;  // 不低于维持占空比
        }
    }

    // 温度高于升速阈值（50℃），逐步升速；温度越高升速越快
    for (t = TRIGGER_HIGH; t <= 0x0F; t++) {
        GPCS = (uint8_t)(GPCS_COMP_RANGE4 | t);
        if (fan_pwm < FAN_MAX_PWM &&
            (GPCC & (1 << GPCC_COMP_RESULT_BIT)) == GPCC_COMP_RESULT_POSITIVE) {
            fan_pwm++;
        } else {
            break;
        }
    }

    set_fan_pwm(fan_pwm);
}

3. 初始化参考

void main(void)
{
    // 关闭未用IO输入，降低功耗
    PADIER = 0x00;

    // PA3为输出
    PAC = (1 << FAN_BIT);

    // 8位PWM，周期 = 256个时钟步
    // 频率 = 12.8MHz / 2 / 256 = 25kHz
    TM2B = 0;
    TM2S = (uint8_t)(TM2S_SCALE_DIV2);
    TM2C = (uint8_t)(TM2C_MODE_PWM | TM2C_OUT_PA3 | TM2C_CLK_IHRC);

    // 比较器：+端接PA4，-端接内部参考
    GPCC = (uint8_t)(GPCC_COMP_ENABLE |
                     GPCC_COMP_MINUS_VINT_R |
                     GPCC_COMP_PLUS_PA4);

    // T16约164ms中断一次：12.8MHz/64/32768 ≈ 6.1Hz，周期164ms
    // 如需327ms周期，可将分频改为 T16M_CLK_DIV128
    T16M = (uint8_t)(T16M_CLK_IHRC |
                     T16M_CLK_DIV64 |
                     T16M_INTSRC_15BIT);
    T16C = 0;

    INTEN = INTEN_T16;
    INTRQ = 0;
    __engint();

    while (1) {
        __stopexe();
    }
}

void interrupt(void) __interrupt(0)
{
    if (INTRQ & INTRQ_T16) {
        fan_control_tick();
        INTRQ &= ~INTRQ_T16;
    }
}

八、调试步骤

1. 测电源：确认12V输入、5V LDO输出正常，MCU VDD脚旁边有100nF去耦。
2. 测NTC分压：室温下T_OUT稳定；加热NTC后T_OUT应变化。若不变化，检查NTC、1K电阻和焊点。
3. 测PWM：示波器测PA3或2N7002 Drain，频率应接近25kHz，占空比随温度升高而增大。
4. 接风扇：确认4线风扇线序，先低压限流测试，防止接反。
5. 调阈值：根据实际散热片温度，调整TRIGGER_LOW和TRIGGER_HIGH。
6. 调最低占空比：不同风扇启动占空比不同，若低速不启动，提高FAN_MIN_START_PWM；若启动后抖动，调整FAN_MIN_RUN_PWM。

九、原方案不足与优化建议

十、量产落地注意事项

• NTC位置：应贴近散热片、MOSFET、变压器或整流器等主要热源，不要放在风扇出风口。
• PWM走线：远离高压开关节点，必要时串100Ω~1K电阻降低尖峰。
• 风扇兼容：至少测试3~5款不同品牌4线风扇，确认最低启动占空比和25kHz兼容性。
• 温箱验证：在40℃、45℃、50℃、55℃、60℃点验证转速变化。
• 烧录流程：OTP量产前必须做空片检查、烧录校验、功能抽检，避免批量报废。
• EMC测试：电源产品建议做EFT、ESD和浪涌测试，必要时增加TVS和RC滤波。

十一、FAQ

PMS150C可以直接接4线风扇PWM脚吗？

实验阶段可以尝试直接输出5V PWM，但量产更推荐2N7002开漏接口，符合更多4线风扇的控制习惯。

这个方案能显示准确温度吗？

不能。本方案定位是低成本温控风扇，不是温度计。它只判断温度区间并调节转速。

如果风扇低占空比不转怎么办？

增加启动占空比，例如设置FAN_MIN_START_PWM为80~100，并在启动后再降到FAN_MIN_RUN_PWM维持转速。

可以控制2线风扇吗？

可以改成MOSFET低边PWM控制2线风扇，但噪声、启动、EMI和寿命表现通常不如标准4线PWM风扇。

为什么要用滞回控制？

滞回（升速50℃/降速40℃）在阈值之间设置了10℃死区，防止风扇在临界温度附近频繁启停或转速抖动，延长风扇寿命并降低噪声波动。

十二、总结

基于PADAUK应广PMS150C的温控PWM风扇控制器，使用低成本MCU、10K NTC、1K分压电阻和25kHz PWM输出，就能完成风扇智能调速。该方案非常适合电源、UPS、工控、小家电和LED驱动电源等成本敏感产品。

为了真正量产落地，建议在基础方案上增加开漏PWM接口、NTC异常保护、风扇TACH堵转检测、输入保护和温箱校准。这样既能保持应广MCU的成本优势，也能提升整机可靠性。