ＴＣ６５５在風(fēng)扇速度控制中的應(yīng)用

摘要：本文介紹了風(fēng)扇速度控制器TC655芯片的主要特性、工作過程。并給出了它的應(yīng)用電路和CPU程序設(shè)計流程圖。

關(guān)鍵詞：RPM；PWM；風(fēng)扇控制；TC655

引言

TC655芯片是一個風(fēng)扇速度控制器，具有SMBus總線接口、風(fēng)扇故障檢測功能。它的風(fēng)扇管理器程序可根據(jù)溫度調(diào)整風(fēng)扇速度，而不是以最大速度不斷地運轉(zhuǎn)，從而降低噪聲，延長風(fēng)扇壽命。風(fēng)扇速度可通過一個熱敏電阻器輸出或通過基于SMBus總線通信的指令來控制。這種雙操作運行功能提高了設(shè)計靈活性和系統(tǒng)冗余后備性。該器件集成的風(fēng)扇自動檢測技術(shù)，可計算兩個風(fēng)扇的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)，并存儲在其內(nèi)部寄存器中。通過SMBus讀取風(fēng)扇的RPM的數(shù)據(jù)，可在風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)之前發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇損壞情況。這種性能使維護(hù)人員能夠在風(fēng)扇出現(xiàn)故障不工作之前更換風(fēng)扇，從而消除可能會影響系統(tǒng)性能和可靠性的過熱問題。風(fēng)扇自動檢測技術(shù)還能使設(shè)計人員使用兩線風(fēng)扇，而不需要更昂貴的三線風(fēng)扇。該器件采用高效率的PWM(脈沖寬度調(diào)制)風(fēng)扇驅(qū)動，支持任意的風(fēng)扇電壓。

工作過程風(fēng)扇速度控制

TC655通過VOUT輸出不同占空比的脈沖序列來控制風(fēng)扇速度。如圖1所示，TC655產(chǎn)生一個30Hz頻率(CF=1uF)脈沖序列，這個脈沖序列的占空比可在30％～100％范圍內(nèi)改變。TC655產(chǎn)生的脈沖序列驅(qū)動一個外部的晶體管或一個N-溝道MOSFET。用調(diào)制的電壓控制MOSFET門電路，則風(fēng)扇上的電壓也受到調(diào)制。當(dāng)Vout脈沖為高時，MOSFET門打開，在這脈沖期間，加在風(fēng)扇上的電壓為12V。當(dāng)脈沖序列的占空比為100％時，風(fēng)扇全速運轉(zhuǎn)，當(dāng)占空比降低時，風(fēng)扇的速度也相應(yīng)降低。正常情況下，風(fēng)扇以全速的50％～60％的速度運轉(zhuǎn)。只有在溫度超過一定的門限值時，風(fēng)扇才全速運轉(zhuǎn)，這樣就可以延長風(fēng)扇的壽命。VouT占空比可由模擬輸入引腳VIM或通過SMBus接口設(shè)置占空比寄存器來控制。而配置寄存器的bit5決定Vout占空比由什么控制，引腳Vin還是占空比寄存器。

風(fēng)扇啟動

在風(fēng)扇速度控制時，通常忽略風(fēng)扇的啟動周期。當(dāng)啟動一個靜止風(fēng)扇時，所需要的占空比的PWM電壓或平均風(fēng)扇電壓不能馬上作用于風(fēng)扇，這是因為風(fēng)扇處于靜止?fàn)顟B(tài)，必須克服風(fēng)扇的慣性才能啟動它?？朔L(fēng)扇慣性最好的辦法是上電后的第一秒鐘內(nèi)給風(fēng)扇提供100％占空比電壓，這樣就能保證不論在任何情況下，風(fēng)扇都能啟動并正常工作。TC655正是這樣完成風(fēng)扇啟動的。TC655上電或從省電模式進(jìn)入工作模式后的一秒鐘內(nèi)，它既不受任何用戶程序控制，也不受引腳VIN控制，強行VOUT輸出100％占空比的序列，使風(fēng)扇全速運行一秒鐘。一秒鐘后，TC655根據(jù)配置寄存器bit5的值確定VOUT占空比由引腳VIN控制還是由占空比寄存器控制，同時使Vour，輸出所需占空比的脈沖序列，控制風(fēng)扇速度。

過溫保護(hù)

風(fēng)扇速度控制之一的VTN引腳是模擬電壓輸入。VIN引腳的電壓范圍是1.62V～2.6V，對應(yīng)30％～100％占空比的Vout輸出。當(dāng)VIN引腳的電壓低于1.62V時，VIN，的占空比為30％；當(dāng)VIN引腳的電壓高于2.6V時，VOUT的占空比為100％，同時TC655的狀態(tài)寄存器的OTFbit值為1，并使FAULT引腳輸出低電平給出過溫指示。熱敏電阻網(wǎng)絡(luò)或任何具有電壓輸出的熱傳感器均可作為VIN引腳的輸入。只要調(diào)整好溫度與電壓的對應(yīng)關(guān)系，就能根據(jù)需要設(shè)定過溫門限，進(jìn)行過溫保護(hù)。

風(fēng)扇自動檢測

圖2所示為風(fēng)扇自動檢測電路。在風(fēng)扇工作期間，給風(fēng)扇的兩端加上電壓則產(chǎn)生了電流。在風(fēng)扇回路中加一個低阻值的檢測電阻到地，則可檢測風(fēng)扇轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電流脈沖。通過檢測電阻的電流脈沖轉(zhuǎn)換成電壓脈沖經(jīng)電容交流耦合到TC655的SENSE引腳。TC655統(tǒng)計SENSE引腳送來的電壓脈沖數(shù)，并用這些脈沖數(shù)來計算風(fēng)扇的RPM。TC655把RPM數(shù)據(jù)存儲到RPM1和RPM2寄存器中。通過SMBus讀取風(fēng)扇的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)(RPM)的數(shù)據(jù)，可在風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)之前發(fā)現(xiàn)風(fēng)扇損壞情況。TC655還有兩個風(fēng)扇故障寄存器FAN_FAULT1 、FAN_FAULT2，這兩個寄存器存儲用戶設(shè)定的最低的RPM門限值，當(dāng)TC655檢測到的RPM值低于門限值時，F(xiàn)AULT引腳會輸出低電平，同時狀態(tài)寄存器中的FIF、F2Fbit被置1?？刂破?CPU)可通過這些標(biāo)志來進(jìn)行具體的處理，如風(fēng)扇提速或向系統(tǒng)提交告警信號等。

寄存器

TC655內(nèi)部有九個寄存器，在這九個寄存器中，MFR_ID及VER-ID固定不變，且對于程序控制不起任何作用。RPM1、RPM2、STAUS是只讀寄存器，CPU通過SMBus，總線讀取它們的數(shù)據(jù)，就可知道風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。FAN_FAULT1、FAN_FAULT12、CoNFIG、DUTY_cYCLE是讀寫寄存器，上電后，CPU首先要對它們進(jìn)行配置，TC655內(nèi)部管理程序根據(jù)這些寄存器的內(nèi)容進(jìn)行程序控制。

應(yīng)用實例

某通信設(shè)備中需要一風(fēng)扇矩陣單元。要求風(fēng)扇矩陣單元由六個風(fēng)扇組成，平時所有風(fēng)扇以50％速度運轉(zhuǎn)。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部溫度高于某門限值時，所有風(fēng)扇全速運轉(zhuǎn)，并給出告警指示，直至溫度恢復(fù)到正常范圍。當(dāng)某一風(fēng)扇發(fā)生故障時，其余風(fēng)扇全速運轉(zhuǎn)，并給出告警指示，直到維護(hù)人員把故障排除。同時每隔一段時間系統(tǒng)進(jìn)行自檢一次，檢測風(fēng)扇是否能全速運轉(zhuǎn)。根據(jù)風(fēng)扇單元的要求，用TC655芯片配合CPU控制完成了風(fēng)扇單元的設(shè)計。

硬件電路

本風(fēng)扇矩陣單元的硬件電路主要由三個TC655芯片及一個CPU芯片組成。圖3只畫出其中一個TC655的電路，其它兩個相同。

軟件設(shè)計

本風(fēng)扇矩陣單元的CPU采用了TI公司的MSP430F133芯片，此芯片支持在線編程，調(diào)試方便。程序用C語言編寫，程序設(shè)計流程如圖4所示。

結(jié)語

實踐證明，用TC655芯片控制風(fēng)扇，使風(fēng)扇矩陣單元的設(shè)計簡單易行，風(fēng)扇速度控制靈活方便。同時風(fēng)扇單元穩(wěn)定、可靠，給通信系統(tǒng)提供了有力的保障。