可编程风扇控制器

随着当今的系统在更小的外壳中实现不断提高的性能，它们的功耗带来了越来越严重的问题。保持适当温度的需求对于防止热关断甚至系统故障至关重要。因此，许多系统现在需要额外的风扇来保持足够的气流。本应用笔记概述了风扇控制模块，并给出了一个简单的风扇控制器电路，该电路使用MAX6870监测6个风扇。

风扇控制模块概述

大型电信和网络系统通常采用高性能处理器，可在单个“机架”内实现更强大的功能。例如，曾经支持 12 条 ADSL 线路的线卡现在可以支持多达 64 条线路。因此，曾经耗散24W（每条ADSL线路2W）的电路板现在必须耗散128W。这种耗散水平可以通过强力冷空气流来适应，从而降低相关的热阻。

大多数电信系统都包含大量风扇。为了确保在风扇发生故障时正常运行，系统通常包括比所需更多的风扇（N+1结构），因此典型的系统可能有六到八个风扇。每个风扇都有自己的电源，因此无需关闭系统电源即可轻松更换风扇。子机架风扇组件（图 1）包括多个风扇模块（本例中为 6 个），由 -48V 电池总线供电，并由风扇控制模块监控。

图1.风扇模块的典型子机架。

基本风扇模块（图 2）包括一个隔离式 DC-DC 转换器，可将 -48V 电池电源转换为 +12V 或 +24V，具体取决于风扇类型。热插拔控制器位于转换器之前，允许在不关闭系统电源的情况下更换风扇，每个风扇产生与其旋转速率成比例的数字输出（PWM 或 PFM），供控制模块使用。

图2.风扇模块框图。

这种类型的风扇系统可以使用多种 IC。例如，许多热插拔控制器具有不同的性能水平。例如，MAX5901提供简单的解决方案，而MAX5920提供高精度。两款器件均可直接采用-48V电源工作。MAX5021非常适合隔离电源，而MAX5043则非常适合板载功率MOSFET的高集成度转换器。MAX5043只需要一个变压器、电容、输出二极管和几个电阻即可产生50W的功率，无需散热器。

可以集成风扇控制单元以完成该系统。此类控件必须提供具有许多风扇模块的接口，并且必须能够检测模块是否正常工作。当风扇发生故障时，它必须标记主控制单元。还需要诊断和确定哪个风扇出现故障。这样的控制器可以采取多种形式。例如，它可以通过一组定时器和额外的分立元件来实现。然而，随着风扇数量的增加，分立元件的数量也会增加，这使得这种方法不太受欢迎。另一种技术是微控制器（μC）上的多个串行I/O，可最大限度地减少分立元件，但需要正确的编程。

第三种相当简单的替代方案采用高度集成、EEPROM可配置、可编程的六进制电源排序器/监控器，并带有ADC。例如，MAX6870包括4个可配置输入电压检测器、<>个通用输入、<>个可配置看门狗、<>个可编程输出和一个<>kb用户EEPROM。所有产品均可用，可通过 I 进行编程2C 兼容串行接口。除了监控电压、看门狗信号、外部温度和其他逻辑输入信号外，该器件还可用作风扇控制器，能够监控多达 10 个风扇。

实施 6 风扇系统

为了说明这一点，我们将首先介绍一个单风扇系统，然后将该系统扩展到六个风扇。

我们首先定义一个报警信号，用于断言受监控的风扇是否停止。目前可用的大多数风扇都提供开放式收集器（V超频） 可上拉至外部电压电平 （V 的输出信号）S） 使用电阻器。（本例中的上拉电压为4V至30V。这样的V超频0V 至 V 的输出脉冲S风扇每转一圈数倍M（图3）。

图3.图 2 中风扇模块的输出详细信息。

如果风扇以每秒 N 转的速度旋转，则 V超频每秒产生 N × M 个脉冲。输出是频率为 N × M Hz 的方波。如果该输出连接到MAX6870可编程输入之一，则当风扇停止转动时，其PO_输出之一置位。

例如，如果 VS= 5V，输出脉冲在0V至5V之间。取决于风扇停止时的电压电平（VS或 0V），将输入欠压或过压阈值设置为 2.5V，以便在输入电压高于（低于）2.5V 时监视器输出为真（反之亦然）。在这种配置中，风扇转动时PO_输出被取消置位，输出电压在5V和0V之间连续脉冲。如果风扇停止转动，输出将置位，电压保持高或低，具体取决于风扇的有效极性如何编程。

对于此实现方案而言，选择一个毛刺滤波器，为每个PO_输出提供正确的时间常数非常重要。但是，滤波器必须足够松弛，以允许由于风扇电源振荡引起的频率脉冲瞬变。MAX6870所需的时间常数范围为25μs至1600ms。

例如，考虑一个 M = 2 且 N = 54rps 的场景。五世超频因此脉冲频率为108Hz，脉冲周期约为9.26ms。如果需要严格控制风扇，请选择 25ms 的PO_抖动时间常数，相当于风扇的大约 1.35 圈。考虑到风扇供应振荡（以及由于热特性引起的任何限制），我们假设风扇在停止大约两秒钟时出现故障。对于此示例，1.6 秒超时是合适的。这意味着PO_警报在风扇故障后 25 毫秒或 1.6 秒后变为高（或低，取决于编程）。

上面的示例显示了如何为一个风扇实现该功能。对于6风扇系统，我们只使用一个MAX6870，并将上述扩展至4路输入和<>路输出。这种布置允许六个风扇中的每一个都有一个监视器，假设每个风扇模块都有独立的转速计输出。输出可配置为漏极开路，并一起通过“或”组合以提供一个报警信号（图 <>）。如果在报警触发之前需要相反的信号极性或额外的延迟，请将上述公共信号连接到GPI_引脚和另外一个PO_输出，并添加另一个时间常数。

图4.基于MAX6电源排序器/监控器的6870风扇监视器。

配置这样的器件可能看起来很耗时，但MAX6870不需要软件工程师为控制μC或其它器件编写代码。Maxim提供评估板，其图形用户界面简化了配置过程（图5）。

图5.MAX6870编程软件的屏幕截图。

只需指向接口块并输入适当的值（输入信号、时序等），没有软件经验的工程师即可轻松配置MAX6870。设置满意后，对IC进行编程，然后单击“加载到内存”按钮，为应用做好准备。MAX6870是首款设计用于复杂系统监测的多输入控制器。它精确且可配置，简化了现代系统的设计。

审核编辑：郭婷