电信应用中可编程风扇控制系统的设计

2007-06-26 14:25:13来源: 电子系统设计
如今系统的封装越来减小而性能不断地提高,因此功耗成为一个日益严重的问题。在防止热关闭,甚至系统出现故障方面,保持合适的温度已经变得很关键。现在很多系统要求额外增加风扇以保持足够的空气流动。

大的电信和网络系统常常采用高性能处理器,这些处理器单独封装且功能更强大。例如,以前一种支持12 根ADSL线的线卡现在能支持64根线。结果,以前散热24W(每根ADSL线耗散2W) 的电路板现在必须耗散128W。加强冷空气流动降低有关热阻的方法可以达到该散热水平。

多数电信系统包含有大量风扇。为了确保在风扇出故障时系统能正确工作,通常安装的风扇数目比需要的多(N+1结构),因此,一般系统可能需要6~8个风扇。每个风扇都有各自的电源,这样不用关闭系统即可方便地更换风扇。一个子架(见图1)包括多个风扇模块(本例中为6个),由-48V电池总线供电,由一个风扇控制模块监测。

基本风扇模块(见图2)包括一个隔离的直流/直流变换器,根据风扇的不同,该转换器将-48V电池转换成+12V或者+24V。转换器之前有一个热交换控制器,使可以在不切断系统电源的情况下更换风扇,而每一个风扇产生与其转速成正比的一个数字输出(PWM或PFM),供控制模块使用。

在这种风扇系统中可以选择使用多种IC。例如,有众多不同性能水平的热交换控制器可供使用,美信(Maxim)的MAX5901就是一个简单的解决方案例子,而MAX5920的准确度高。两者都可直接在-48V电源下工作。对隔离电源,可以选择如MAX5021的部件,对带板上MOSFET电源的高度集成转换器,可以选择如MAX5043,该部件只需要一个变压器、电容、输出二极管,以及少数电阻来产生50W功率,而不需要散热片。

可以集成一个风扇控制单元来完成该系统。这种控制必须提供一个与多个风扇单元的接口,并且必须能够检测是否某一个单元工作不正常。当某个风扇出现故障时,它必须给主控制器发出标记信号。希望能够分析并确定哪一个风扇出现故障。可有多种形式的这种控制器。例如,可以与时钟阵列和附加的独立元件组合实现。然而,随着风扇数量的增加,独立元件的数量也会增加,使这种方法不够理想。另一种单个微控制器上有多个串行I/O的技术可以最大限度减少元件的数量,但需要正确编程。

第三种方法相当简单,它使用MAX6870,该器件是一个高度集成、可EEPROM配置、可编程的带ADC的16进制电源序列发生器/监测器。该器件包括有6个可配置的输入电压检测器、4个通用输入、两个可配置的看门狗、8个可编程输出及4Kb用户EEPROM。它们都可通过兼容I2C-的串行接口访问并编程。除监控电压、看门狗信号、外部温度和其他逻辑输入信号外,器件还能完成如风扇控制器的功能,可监控多达10个风扇。

实现步骤

我们首先介绍一种单风扇系统,然后将该系统扩展到具有6只风扇。

1.首先,定义一个指示被检测风扇停止的报警信号。当前可用的大多数风扇提供一个集电极开路(Voc)输出信号,使用一个电阻可将该信号拉升到一个外部电平(Vs)。(我们的例子中拉升水平为4V到30V)。在风扇每转期间,该Voc数次(M次)输出0V到Vs脉冲(见图3)。



如果风扇以每秒N转的速度旋转,则Voc每秒产生N*M个脉冲。输出是频率为N*M Hz的方波。如果将此输出连接到MAX6870的可编程输出之一上,则当风扇停止转动时,其某个PO_输出生效。

例如,如果Vs=5V,则输出脉冲在0V到5V之间。根据风扇停止时的电压不同(Vs 或0V),可将输入低于(或过电压)阈值为2.5V,这样,当输入电压大于(小于)2.5V时,监测输出为真,(反之亦然)。在本配置中,当风扇旋转时,PO_输出失效,输出电压在5V和0V之间连续变化。如果风扇停止旋转,则输出生效,此时根据风扇有效极性编程的情况,电压保持为高或者为低。

2.在本实现中,选择能够对各PO_输出具有正确的时间常数的低频滤波器很重要。然而,滤器器必须能够承受因风扇电源振荡引起的频率脉冲瞬变。对MAX6870,所需时间常数在25ms到1,600ms之间。

考虑例如M=2而N=54 rps的情形。Voc脉冲频率因此为108 Hz,,而脉冲周期约为9.26 ms。如果要精确控制风扇,则选择PO_抗尖峰脉冲时间常数为25 ms,该值相当于风扇转动1.35转。考虑到风扇电源振荡(以及其它任何因热特性引起的制约),如果风扇停止了约两秒钟,可认为风扇出现故障。对本例,可以选择停止时间为1.6秒。即,风扇故障出现后25 ms或者1.6s,PO_报警信号变高(根据编程的不同,或者为低)。

3.上例表明了怎样在单风扇中实现该功能。对6风扇系统,我们仅使用一个MAX6870,而将上述情况扩展到6个输入和6个输出。假设每一个风扇单元都具有一个独立的转速计,该排列方法可以允许6个风扇各用一个监视器。输出可以配置为漏极开路,一起“或”起来提供一个报警信号(见图4)。如果需要反向极性信号,或者在报警生效之前有一个额外延迟,可以将上述共同信号连接到一个GPI_引脚以及另一个PO_输出,再增加一个时间常数。

4. 对有些人来说,配制这样的器件可能显得需要耗费大量时间,然而,MAX6870并不需要软件工程师来设计和写代码来控制微处理器或其他器件。Maxim提供有评估套件,该套件的图形用户接口肯定会简化配制过程(见图5)。

对没有软件编程经验的工程师或其他用户,只需要简单地指向某一接口模块,键入合适的值(输入信号、时间,等),就可以方面地配置MAX6870。一旦觉得配置满意,用户就可以简单的点击系统的“Load to Memory”(“装入内存”)按键,对IC编程,就可以在应用系统中使用。

本文小结

我们在本电路中使用MAX6870,该器件是第一个为复杂系统监测设计的多输入控制器,精确并且可以配置,简化了新式系统的设计。

关键字:封装  散热  隔离  电容

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/qtjs/200706/2609.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
封装
散热
隔离
电容

小广播

独家专题更多

富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
带你走进LED王国——Microchip LED应用专题
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved