如何配置电源管理ic实现pwm风扇驱动器_如何配置电源管理IC实现PWM风扇驱动-胜象大百科-提升认知,打开格局

散热风扇在电子设备中应用广泛且极其重要，尤其是对于那些经常运行的设备。这包括电源、服务器、计算机和电信设备。

低成本的冷却系统通常基于连续全速运转的双线风扇。缺乏温度比例速度控制和无法检测风扇锁定(通常只可能用于更昂贵的三线风扇)会缩短风扇寿命，并可能对冷却系统造成致命损坏。

介绍了如何配置电源管理芯片SLG 47105-实现智能脉宽调制(PWM)风扇驱动器，该驱动器具有温度比例调速和锁定检测功能，适用于12V两线制风扇。它是一种低成本的解决方案，外部元件最少。

图1本应用中使用了无刷直流风扇。来源：瑞萨电子

冷却风扇通常使用无刷DC电机，带有基于霍尔传感器的简单内部换向电路，由DC电压供电。风扇的速度与DC电压成正比，并且可以通过PWM技术来控制。

以下是工程师如何在其产品中实现PWM风扇驱动器的简要概述，从这种设计方法的基本结构和工作原理开始。

结构和工作原理

该设计有四个输入和一个输出：

引脚# 2用于控制风扇速度的模拟输入。

引脚# 3用于控制模式选择输入。

引脚# 14用于PWM输入，并直接控制输出驱动器。

引脚# 17用于关闭输入以禁用风扇。

引脚# 16用于故障输出，在低电平时有效。

图2这是典型应用电路的样子。来源：瑞萨电子

在上面所示的应用电路中，输入模式连接到GND，它被设计为在“模拟模式”下工作，因为风扇速度与引脚#2上的电压成比例。这种设计还允许工程师直接控制输出驱动器引脚# 14上的PWM信号。在这种情况下，输入模式必须连接到VDD(“数字模式”)。

引脚# 19和引脚# 20用于检测温度阈值。在模拟模式下，它们必须全部连接到引脚# 2；在数字模式下，它们必须连接到V DD。

上表显示了风扇参数。

图3中的原型展示了一个低成本的解决方案，外部元件最少。来源：瑞萨电子

HVPAK设计分析

这个电路设计是在GreenPAK Designer软件中创建的，该软件是Go Configure软件中心的一部分，可以免费使用，允许工程师在没有任何编程语言知识的情况下创建电路设计。此链接下提供了完整的设计文档。

图4该图突出显示了HVPAK设计构建模块。来源：瑞萨电子

电压比例风扇速度控制

风扇速度控制模块允许工程师使用电压输入来控制风扇速度。驱动风扇的PWM占空比与输入电压成比例(0 V至3 V之间)。

图5驱动风扇的PWM的占空比与输入电压成正比。来源：瑞萨电子

带有积分器和比较器宏单元的差分放大器放大高压输出端的电压，提取平均值，并将其与基准电压(引脚#2上的电压V IN)进行比较。宏单元根据比较结果激活“相等”或“上行”输出。

PWM宏单元使用“equal”和“upword”信号来递增或递减占空比计数器，该计数器存储一个8位值，代表生成的PWM波形的占空比。以这种方式，模块实现了调整占空比的循环，以便于以下表达式：

V mean=4*V在这里，V mean是风扇上的平均电压，常数4是差分放大器的增益。

因此，输出占空比取决于输入电压，公式如下：

直流(%)=(4 *伏英寸/伏DD2 _A)*100。

本例中，V DD2 _A为12 V，我们得到100%占空比，V IN=3 V。图6显示了输出PWM波形(CH1)和输入电压(CH2)，其中V IN约为1.5 V，因此dc约为50%。

图6输出占空比取决于输入电压。来源：瑞萨电子

锁定检测和自动重启

该模块可以检测风扇是否停止，是因为它被强制停止，还是因为它与驱动器断开。检测到锁定时，输出驱动器禁用。在第一种情况下，还需要保护风扇免受致命伤害。在这两种情况下，该模块都可以用来激活故障输出，以便系统可以保护自己免受过热。

此外，当检测到锁定时，模块将在可编程的延迟时间后尝试自动重启风扇。

图7的锁定检测和自动重启模块基于通过与驱动器串联的电阻器的电流测量。来源：瑞萨电子

如上图所示，该模块基于通过与驱动器串联的电阻获得的电流测量值。电阻器在传感器输入端提供与电机电流成比例的电压信号。为了知道如何检测风扇锁定，我们需要知道DC无刷风扇的电路。

图8无刷直流风扇使用简单的开关电路。来源：瑞萨电子

无刷直流风扇使用简单的开关电路，如图8所示。霍尔传感器根据转子位置打开两个晶体管中的一个，以激活正确的线圈并确保旋转。如图9所示，这些换向将导致风扇电流的短暂和周期性中断。另一方面，如果风扇锁定，则没有换向，也没有电流中断，如图10所示。

图9在正常操作期间的风扇电流波形中，传感器引脚上的信号被放大120倍用于测量。来源：瑞萨电子

图10如果风扇被锁定，则没有换向和电流中断。来源：瑞萨电子

比较器CCMP0用于在每次电流中断时提供一个脉冲。这些脉冲的下降沿不断触发CNT1/DLY1宏单元(配置为延迟模式)，只要脉冲持续到来，它就会保持低电平输出。如果约50 ms没有脉冲，输出将变为高电平，触发CNT3/DLY3(配置为单次触发模式)以提供持续时间为5秒的负脉冲。在此期间，输出驱动器被禁用。故障输出为低电平有效，由CNT3/DLY3输出驱动。

5秒钟后，输出驱动器再次启用。如果风扇仍然锁定，设备将再次进入故障状态。

3输入或禁用锁定检测逻辑，如下节所述。

启动计时器

由于惯性，风扇不能立即开始旋转，锁定检测逻辑可能会检测到错误的故障条件，并过早禁用输出驱动器。该模块用于在电机启动期间绕过锁定检测逻辑，以避免这种不必要的情况。

图11的启动定时器模块用于在电机启动期间旁路锁定检测逻辑。来源：瑞萨电子

该模块在下降沿激活的单引擎模式下使用CNT2/DLY2。下降沿由POR或“SHDN”信号产生。第一种情况，上升沿检测器产生一个由POR触发的短脉冲，所以上电时会产生一个起始信号。相反，“SHDN”信号的下降沿对应于风扇重新启动的所有情况。

当检测到下降沿时，“STARTUP”输出变为高电平约125 ms，无论来自CCMP0的信号是什么，它都会在CNT1/DLY1的输入端强制变为逻辑1(见图7)。这允许工程师禁用由下降沿触发的锁定检测链；“启动”信号可能只会产生一个上升沿，但不会产生任何影响。

最小速度和停止阈值

这种设计允许工程师设置最小风扇速度和温度，低于该速度和温度风扇将被禁用。

图12该模块设置最低风扇速度和温度，低于该速度和温度风扇将被禁用。来源：瑞萨电子

为此，使用了两个电压比较器。比较器的输入连接到V IN电压，该电压控制风扇的速度，并与检测到的温度成比例。

由于输入电压与速度成比例，因此可以通过设置比较器上的电压阈值来设置最小风扇速度。当输入电压低于阈值时，比较器的输出(最小速度)变为低电平，高电平由2位LUT强制“保持”PWM宏单元的输入。这样，只要输入电压低于阈值，输出占空比就不能进一步降低，从而设定最小风扇转速。