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如今系統(tǒng)的封裝越來(lái)減小而性能不斷地提高，因此功耗成為一個(gè)日益嚴(yán)重的問(wèn)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。現(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(dòng)。 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(dú)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(dòng)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(shí)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(gè)風(fēng)扇。每個(gè)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(gè)子架(見(jiàn)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，由一個(gè)風(fēng)扇控制模塊監(jiān)測(cè)。 基本風(fēng)扇模塊(見(jiàn)圖2)包括一個(gè)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(gè)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(gè)風(fēng)扇產(chǎn)生與其轉(zhuǎn)速成正比的一個(gè)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(gè)簡(jiǎn)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(duì)隔離電源，可以選擇如MAX5021的部件，對(duì)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(gè)變壓器、電容、輸出二極管，以及少數(shù)電阻來(lái)產(chǎn)生50W功率，而不需要散熱片。 可以集成一個(gè)風(fēng)扇控制單元來(lái)完成該系統(tǒng)。這種控制必須提供一個(gè)與多個(gè)風(fēng)扇單元的接口，并且必須能夠檢測(cè)是否某一個(gè)單元工作不正常。當(dāng)某個(gè)風(fēng)扇出現(xiàn)故障時(shí)，它必須給主控制器發(fā)出標(biāo)記信號(hào)。希望能夠分析并確定哪一個(gè)風(fēng)扇出現(xiàn)故障。可有多種形式的這種控制器。例如，可以與時(shí)鐘陣列和附加的獨(dú)立元件組合實(shí)現(xiàn)。然而，隨著風(fēng)扇數(shù)量的增加，獨(dú)立元件的數(shù)量也會(huì)增加，使這種方法不夠理想。另一種單個(gè)微控制器上有多個(gè)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(jiǎn)單，它使用MAX6870，該器件是一個(gè)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(cè)器。該器件包括有6個(gè)可配置的輸入電壓檢測(cè)器、4個(gè)通用輸入、兩個(gè)可配置的看門(mén)狗、8個(gè)可編程輸出及4Kb用戶EEPROM。它們都可通過(guò)兼容I2C-的串行接口訪問(wèn)并編程。除監(jiān)控電壓、看門(mén)狗信號(hào)、外部溫度和其他邏輯輸入信號(hào)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(gè)風(fēng)扇。 實(shí)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(gè)指示被檢測(cè)風(fēng)扇停止的報(bào)警信號(hào)。當(dāng)前可用的大多數(shù)風(fēng)扇提供一個(gè)集電極開(kāi)路(Voc)輸出信號(hào)，使用一個(gè)電阻可將該信號(hào)拉升到一個(gè)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(jiàn)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(gè)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(dòng)時(shí)，其某個(gè)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(shí)的電壓不同(Vs 或0V)，可將輸入低于(或過(guò)電壓)閾值為2.5V，這樣，當(dāng)輸入電壓大于(小于)2.5V時(shí)，監(jiān)測(cè)輸出為真，(反之亦然)。在本配置中，當(dāng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)時(shí)，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(shí)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(shí)現(xiàn)中，選擇能夠?qū)Ω鱌O_輸出具有正確的時(shí)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(duì)MAX6870，所需時(shí)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(shí)間常數(shù)為25 ms，該值相當(dāng)于風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)1.35轉(zhuǎn)。考慮到風(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(duì)本例，可以選擇停止時(shí)間為1.6秒。即，風(fēng)扇故障出現(xiàn)后25 ms或者1.6s，PO_報(bào)警信號(hào)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(shí)現(xiàn)該功能。對(duì)6風(fēng)扇系統(tǒng)，我們僅使用一個(gè)MAX6870，而將上述情況擴(kuò)展到6個(gè)輸入和6個(gè)輸出。假設(shè)每一個(gè)風(fēng)扇單元都具有一個(gè)獨(dú)立的轉(zhuǎn)速計(jì)，該排列方法可以允許6個(gè)風(fēng)扇各用一個(gè)監(jiān)視器。輸出可以配置為漏極開(kāi)路，一起“或”起來(lái)提供一個(gè)報(bào)警信號(hào)(見(jiàn)圖4)。如果需要反向極性信號(hào)，或者在報(bào)警生效之前有一個(gè)額外延遲，可以將上述共同信號(hào)連接到一個(gè)GPI_引腳以及另一個(gè)PO_輸出，再增加一個(gè)時(shí)間常數(shù)。 4. 對(duì)有些人來(lái)說(shuō)，配制這樣的器件可能顯得需要耗費(fèi)大量時(shí)間，然而，MAX6870并不需要軟件工程師來(lái)設(shè)計(jì)和寫(xiě)代碼來(lái)控制微處理器或其他器件。Maxim提供有評(píng)估套件，該套件的圖形用戶接口肯定會(huì)簡(jiǎn)化配制過(guò)程(見(jiàn)圖5)。 對(duì)沒(méi)有軟件編程經(jīng)驗(yàn)的工程師或其他用戶，只需要簡(jiǎn)單地指向某一接口模塊，鍵入合適的值(輸入信號(hào)、時(shí)間，等)，就可以方面地配置MAX6870。一旦覺(jué)得配置滿意，用戶就可以簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊系統(tǒng)的“Load to Memory”(“裝入內(nèi)存”)按鍵，對(duì)IC編程，就可以在應(yīng)用系統(tǒng)中使用。 本文小結(jié) 我們?cè)诒倦娐分惺褂肕AX6870，該器件是第一個(gè)為復(fù)雜系統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)的多輸入控制器，精確并且可以配置，簡(jiǎn)化了新式系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 |
