可編程風(fēng)扇控制器

隨著當(dāng)今的系統(tǒng)在更小的外殼中實(shí)現(xiàn)不斷提高的性能，它們的功耗帶來了越來越嚴(yán)重的問題。保持適當(dāng)溫度的需求對于防止熱關(guān)斷甚至系統(tǒng)故障至關(guān)重要。因此，許多系統(tǒng)現(xiàn)在需要額外的風(fēng)扇來保持足夠的氣流。本應(yīng)用筆記概述了風(fēng)扇控制模塊，并給出了一個(gè)簡單的風(fēng)扇控制器電路，該電路使用MAX6870監(jiān)測6個(gè)風(fēng)扇。

風(fēng)扇控制模塊概述

大型電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常采用高性能處理器，可在單個(gè)“機(jī)架”內(nèi)實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的功能。例如，曾經(jīng)支持 12 條 ADSL 線路的線卡現(xiàn)在可以支持多達(dá) 64 條線路。因此，曾經(jīng)耗散24W（每條ADSL線路2W）的電路板現(xiàn)在必須耗散128W。這種耗散水平可以通過強(qiáng)力冷空氣流來適應(yīng)，從而降低相關(guān)的熱阻。

大多數(shù)電信系統(tǒng)都包含大量風(fēng)扇。為了確保在風(fēng)扇發(fā)生故障時(shí)正常運(yùn)行，系統(tǒng)通常包括比所需更多的風(fēng)扇（N+1結(jié)構(gòu)），因此典型的系統(tǒng)可能有六到八個(gè)風(fēng)扇。每個(gè)風(fēng)扇都有自己的電源，因此無需關(guān)閉系統(tǒng)電源即可輕松更換風(fēng)扇。子機(jī)架風(fēng)扇組件（圖 1）包括多個(gè)風(fēng)扇模塊（本例中為 6 個(gè)），由 -48V 電池總線供電，并由風(fēng)扇控制模塊監(jiān)控。

圖1.風(fēng)扇模塊的典型子機(jī)架。

基本風(fēng)扇模塊（圖 2）包括一個(gè)隔離式 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可將 -48V 電池電源轉(zhuǎn)換為 +12V 或 +24V，具體取決于風(fēng)扇類型。熱插拔控制器位于轉(zhuǎn)換器之前，允許在不關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下更換風(fēng)扇，每個(gè)風(fēng)扇產(chǎn)生與其旋轉(zhuǎn)速率成比例的數(shù)字輸出（PWM 或 PFM），供控制模塊使用。

圖2.風(fēng)扇模塊框圖。

這種類型的風(fēng)扇系統(tǒng)可以使用多種 IC。例如，許多熱插拔控制器具有不同的性能水平。例如，MAX5901提供簡單的解決方案，而MAX5920提供高精度。兩款器件均可直接采用-48V電源工作。MAX5021非常適合隔離電源，而MAX5043則非常適合板載功率MOSFET的高集成度轉(zhuǎn)換器。MAX5043只需要一個(gè)變壓器、電容、輸出二極管和幾個(gè)電阻即可產(chǎn)生50W的功率，無需散熱器。

可以集成風(fēng)扇控制單元以完成該系統(tǒng)。此類控件必須提供具有許多風(fēng)扇模塊的接口，并且必須能夠檢測模塊是否正常工作。當(dāng)風(fēng)扇發(fā)生故障時(shí)，它必須標(biāo)記主控制單元。還需要診斷和確定哪個(gè)風(fēng)扇出現(xiàn)故障。這樣的控制器可以采取多種形式。例如，它可以通過一組定時(shí)器和額外的分立元件來實(shí)現(xiàn)。然而，隨著風(fēng)扇數(shù)量的增加，分立元件的數(shù)量也會增加，這使得這種方法不太受歡迎。另一種技術(shù)是微控制器（μC）上的多個(gè)串行I/O，可最大限度地減少分立元件，但需要正確的編程。

第三種相當(dāng)簡單的替代方案采用高度集成、EEPROM可配置、可編程的六進(jìn)制電源排序器/監(jiān)控器，并帶有ADC。例如，MAX6870包括4個(gè)可配置輸入電壓檢測器、<>個(gè)通用輸入、<>個(gè)可配置看門狗、<>個(gè)可編程輸出和一個(gè)<>kb用戶EEPROM。所有產(chǎn)品均可用，可通過 I 進(jìn)行編程2C 兼容串行接口。除了監(jiān)控電壓、看門狗信號、外部溫度和其他邏輯輸入信號外，該器件還可用作風(fēng)扇控制器，能夠監(jiān)控多達(dá) 10 個(gè)風(fēng)扇。

實(shí)施 6 風(fēng)扇系統(tǒng)

為了說明這一點(diǎn)，我們將首先介紹一個(gè)單風(fēng)扇系統(tǒng)，然后將該系統(tǒng)擴(kuò)展到六個(gè)風(fēng)扇。

我們首先定義一個(gè)報(bào)警信號，用于斷言受監(jiān)控的風(fēng)扇是否停止。目前可用的大多數(shù)風(fēng)扇都提供開放式收集器（V超頻） 可上拉至外部電壓電平 （V 的輸出信號）S） 使用電阻器。（本例中的上拉電壓為4V至30V。這樣的V超頻0V 至 V 的輸出脈沖S風(fēng)扇每轉(zhuǎn)一圈數(shù)倍M（圖3）。

圖3.圖 2 中風(fēng)扇模塊的輸出詳細(xì)信息。

如果風(fēng)扇以每秒 N 轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，則 V超頻每秒產(chǎn)生 N × M 個(gè)脈沖。輸出是頻率為 N × M Hz 的方波。如果該輸出連接到MAX6870可編程輸入之一，則當(dāng)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動時(shí)，其PO_輸出之一置位。

例如，如果 VS= 5V，輸出脈沖在0V至5V之間。取決于風(fēng)扇停止時(shí)的電壓電平（VS或 0V），將輸入欠壓或過壓閾值設(shè)置為 2.5V，以便在輸入電壓高于（低于）2.5V 時(shí)監(jiān)視器輸出為真（反之亦然）。在這種配置中，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動時(shí)PO_輸出被取消置位，輸出電壓在5V和0V之間連續(xù)脈沖。如果風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動，輸出將置位，電壓保持高或低，具體取決于風(fēng)扇的有效極性如何編程。

對于此實(shí)現(xiàn)方案而言，選擇一個(gè)毛刺濾波器，為每個(gè)PO_輸出提供正確的時(shí)間常數(shù)非常重要。但是，濾波器必須足夠松弛，以允許由于風(fēng)扇電源振蕩引起的頻率脈沖瞬變。MAX6870所需的時(shí)間常數(shù)范圍為25μs至1600ms。

例如，考慮一個(gè) M = 2 且 N = 54rps 的場景。五世超頻因此脈沖頻率為108Hz，脈沖周期約為9.26ms。如果需要嚴(yán)格控制風(fēng)扇，請選擇 25ms 的PO_抖動時(shí)間常數(shù)，相當(dāng)于風(fēng)扇的大約 1.35 圈?？紤]到風(fēng)扇供應(yīng)振蕩（以及由于熱特性引起的任何限制），我們假設(shè)風(fēng)扇在停止大約兩秒鐘時(shí)出現(xiàn)故障。對于此示例，1.6 秒超時(shí)是合適的。這意味著PO_警報(bào)在風(fēng)扇故障后 25 毫秒或 1.6 秒后變?yōu)楦撸ɑ虻停Q于編程）。

上面的示例顯示了如何為一個(gè)風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)該功能。對于6風(fēng)扇系統(tǒng)，我們只使用一個(gè)MAX6870，并將上述擴(kuò)展至4路輸入和<>路輸出。這種布置允許六個(gè)風(fēng)扇中的每一個(gè)都有一個(gè)監(jiān)視器，假設(shè)每個(gè)風(fēng)扇模塊都有獨(dú)立的轉(zhuǎn)速計(jì)輸出。輸出可配置為漏極開路，并一起通過“或”組合以提供一個(gè)報(bào)警信號（圖 <>）。如果在報(bào)警觸發(fā)之前需要相反的信號極性或額外的延遲，請將上述公共信號連接到GPI_引腳和另外一個(gè)PO_輸出，并添加另一個(gè)時(shí)間常數(shù)。

圖4.基于MAX6電源排序器/監(jiān)控器的6870風(fēng)扇監(jiān)視器。

配置這樣的器件可能看起來很耗時(shí)，但MAX6870不需要軟件工程師為控制μC或其它器件編寫代碼。Maxim提供評估板，其圖形用戶界面簡化了配置過程（圖5）。

圖5.MAX6870編程軟件的屏幕截圖。

只需指向接口塊并輸入適當(dāng)?shù)闹担ㄝ斎胄盘?、時(shí)序等），沒有軟件經(jīng)驗(yàn)的工程師即可輕松配置MAX6870。設(shè)置滿意后，對IC進(jìn)行編程，然后單擊“加載到內(nèi)存”按鈕，為應(yīng)用做好準(zhǔn)備。MAX6870是首款設(shè)計(jì)用于復(fù)雜系統(tǒng)監(jiān)測的多輸入控制器。它精確且可配置，簡化了現(xiàn)代系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

審核編輯：郭婷