基于MAX6870多輸入控制器實現(xiàn)可編程風(fēng)扇控制系統(tǒng)的應(yīng)用方案

如今系統(tǒng)的封裝越來減小而性能不斷地提高，因此功耗成為一個日益嚴(yán)重的問題。在防止熱關(guān)閉，甚至系統(tǒng)出現(xiàn)故障方面，保持合適的溫度已經(jīng)變得很關(guān)鍵?，F(xiàn)在很多系統(tǒng)要求額外增加風(fēng)扇以保持足夠的空氣流動。

大的電信和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)常常采用高性能處理器，這些處理器單獨封裝且功能更強(qiáng)大。例如，以前一種支持12 根ADSL線的線卡現(xiàn)在能支持64根線。結(jié)果，以前散熱24W（每根ADSL線耗散2W） 的電路板現(xiàn)在必須耗散128W。加強(qiáng)冷空氣流動降低有關(guān)熱阻的方法可以達(dá)到該散熱水平。

多數(shù)電信系統(tǒng)包含有大量風(fēng)扇。為了確保在風(fēng)扇出故障時系統(tǒng)能正確工作，通常安裝的風(fēng)扇數(shù)目比需要的多（N+1結(jié)構(gòu)），因此，一般系統(tǒng)可能需要6“8個風(fēng)扇。每個風(fēng)扇都有各自的電源，這樣不用關(guān)閉系統(tǒng)即可方便地更換風(fēng)扇。一個子架（見圖1）包括多個風(fēng)扇模塊（本例中為6個），由-48V電池總線供電，由一個風(fēng)扇控制模塊監(jiān)測。

基本風(fēng)扇模塊（見圖2）包括一個隔離的直流/直流變換器，根據(jù)風(fēng)扇的不同，該轉(zhuǎn)換器將-48V電池轉(zhuǎn)換成+12V或者+24V。轉(zhuǎn)換器之前有一個熱交換控制器，使可以在不切斷系統(tǒng)電源的情況下更換風(fēng)扇，而每一個風(fēng)扇產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)速成正比的一個數(shù)字輸出（PWM或PFM），供控制模塊使用。

在這種風(fēng)扇系統(tǒng)中可以選擇使用多種IC。例如，有眾多不同性能水平的熱交換控制器可供使用，美信（Maxim）的MAX5901就是一個簡單的解決方案例子，而MAX5920的準(zhǔn)確度高。兩者都可直接在-48V電源下工作。對隔離電源，可以選擇如MAX5021的部件，對帶板上MOSFET電源的高度集成轉(zhuǎn)換器，可以選擇如MAX5043，該部件只需要一個變壓器、電容、輸出二極管，以及少數(shù)電阻來產(chǎn)生50W功率，而不需要散熱片。

可以集成一個風(fēng)扇控制單元來完成該系統(tǒng)。這種控制必須提供一個與多個風(fēng)扇單元的接口，并且必須能夠檢測是否某一個單元工作不正常。當(dāng)某個風(fēng)扇出現(xiàn)故障時，它必須給主控制器發(fā)出標(biāo)記信號。希望能夠分析并確定哪一個風(fēng)扇出現(xiàn)故障?？捎卸喾N形式的這種控制器。例如，可以與時鐘陣列和附加的獨立元件組合實現(xiàn)。然而，隨著風(fēng)扇數(shù)量的增加，獨立元件的數(shù)量也會增加，使這種方法不夠理想。另一種單個微控制器上有多個串行I/O的技術(shù)可以最大限度減少元件的數(shù)量，但需要正確編程。

第三種方法相當(dāng)簡單，它使用MAX6870，該器件是一個高度集成、可EEPROM配置、可編程的帶ADC的16進(jìn)制電源序列發(fā)生器/監(jiān)測器。該器件包括有6個可配置的輸入電壓檢測器、4個通用輸入、兩個可配置的看門狗、8個可編程輸出及4Kb用戶EEPROM。它們都可通過兼容I2C-的串行接口訪問并編程。除監(jiān)控電壓、看門狗信號、外部溫度和其他邏輯輸入信號外，器件還能完成如風(fēng)扇控制器的功能，可監(jiān)控多達(dá)10個風(fēng)扇。

實現(xiàn)步驟

我們首先介紹一種單風(fēng)扇系統(tǒng)，然后將該系統(tǒng)擴(kuò)展到具有6只風(fēng)扇。

1．首先，定義一個指示被檢測風(fēng)扇停止的報警信號。當(dāng)前可用的大多數(shù)風(fēng)扇提供一個集電極開路（Voc）輸出信號，使用一個電阻可將該信號拉升到一個外部電平（Vs）。（我們的例子中拉升水平為4V到30V）。在風(fēng)扇每轉(zhuǎn)期間，該Voc數(shù)次（M次）輸出0V到Vs脈沖（見圖3）。

如果風(fēng)扇以每秒N轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)，則Voc每秒產(chǎn)生N*M個脈沖。輸出是頻率為N*M Hz的方波。如果將此輸出連接到MAX6870的可編程輸出之一上，則當(dāng)風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動時，其某個PO_輸出生效。

例如，如果Vs=5V，則輸出脈沖在0V到5V之間。根據(jù)風(fēng)扇停止時的電壓不同（Vs 或0V），可將輸入低于（或過電壓）閾值為2.5V，這樣，當(dāng)輸入電壓大于（小于）2.5V時，監(jiān)測輸出為真，（反之亦然）。在本配置中，當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時，PO_輸出失效，輸出電壓在5V和0V之間連續(xù)變化。如果風(fēng)扇停止旋轉(zhuǎn)，則輸出生效，此時根據(jù)風(fēng)扇有效極性編程的情況，電壓保持為高或者為低。

2．在本實現(xiàn)中，選擇能夠?qū)Ω鱌O_輸出具有正確的時間常數(shù)的低頻濾波器很重要。然而，濾器器必須能夠承受因風(fēng)扇電源振蕩引起的頻率脈沖瞬變。對MAX6870，所需時間常數(shù)在25ms到1，600ms之間。

考慮例如M=2而N=54 rps的情形。Voc脈沖頻率因此為108 Hz，，而脈沖周期約為9.26 ms。如果要精確控制風(fēng)扇，則選擇PO_抗尖峰脈沖時間常數(shù)為25 ms，該值相當(dāng)于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動1.35轉(zhuǎn)?？紤]到風(fēng)扇電源振蕩（以及其它任何因熱特性引起的制約），如果風(fēng)扇停止了約兩秒鐘，可認(rèn)為風(fēng)扇出現(xiàn)故障。對本例，可以選擇停止時間為1.6秒。即，風(fēng)扇故障出現(xiàn)后25 ms或者1.6s，PO_報警信號變高（根據(jù)編程的不同，或者為低）。

3．上例表明了怎樣在單風(fēng)扇中實現(xiàn)該功能。對6風(fēng)扇系統(tǒng)，我們僅使用一個MAX6870，而將上述情況擴(kuò)展到6個輸入和6個輸出。假設(shè)每一個風(fēng)扇單元都具有一個獨立的轉(zhuǎn)速計，該排列方法可以允許6個風(fēng)扇各用一個監(jiān)視器。輸出可以配置為漏極開路，一起“或”起來提供一個報警信號（見圖4）。如果需要反向極性信號，或者在報警生效之前有一個額外延遲，可以將上述共同信號連接到一個GPI_引腳以及另一個PO_輸出，再增加一個時間常數(shù)。

4. 對有些人來說，配制這樣的器件可能顯得需要耗費(fèi)大量時間，然而，MAX6870并不需要軟件工程師來設(shè)計和寫代碼來控制微處理器或其他器件。Maxim提供有評估套件，該套件的圖形用戶接口肯定會簡化配制過程（見圖5）。

對沒有軟件編程經(jīng)驗的工程師或其他用戶，只需要簡單地指向某一接口模塊，鍵入合適的值（輸入信號、時間，等），就可以方面地配置MAX6870。一旦覺得配置滿意，用戶就可以簡單的點擊系統(tǒng)的“Load to Memory”（“裝入內(nèi)存”）按鍵，對IC編程，就可以在應(yīng)用系統(tǒng)中使用。

本文小結(jié)

我們在本電路中使用MAX6870，該器件是第一個為復(fù)雜系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)計的多輸入控制器，精確并且可以配置，簡化了新式系統(tǒng)的設(shè)計。

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