ＴＣ６５５在風扇速度控制中的應用

摘要：本文介紹了風扇速度控制器TC655芯片的主要特性、工作過程。并給出了它的應用電路和CPU程序設計流程圖。

關鍵詞：RPM；PWM；風扇控制；TC655

引言

TC655芯片是一個風扇速度控制器，具有SMBus總線接口、風扇故障檢測功能。它的風扇管理器程序可根據溫度調整風扇速度，而不是以最大速度不斷地運轉，從而降低噪聲，延長風扇壽命。風扇速度可通過一個熱敏電阻器輸出或通過基于SMBus總線通信的指令來控制。這種雙操作運行功能提高了設計靈活性和系統冗余后備性。該器件集成的風扇自動檢測技術，可計算兩個風扇的每分鐘轉數(RPM)，并存儲在其內部寄存器中。通過SMBus讀取風扇的RPM的數據，可在風扇停止運轉之前發現風扇損壞情況。這種性能使維護人員能夠在風扇出現故障不工作之前更換風扇，從而消除可能會影響系統性能和可靠性的過熱問題。風扇自動檢測技術還能使設計人員使用兩線風扇，而不需要更昂貴的三線風扇。該器件采用高效率的PWM(脈沖寬度調制)風扇驅動，支持任意的風扇電壓。

工作過程風扇速度控制

TC655通過VOUT輸出不同占空比的脈沖序列來控制風扇速度。如圖1所示，TC655產生一個30Hz頻率(CF=1uF)脈沖序列，這個脈沖序列的占空比可在30％～100％范圍內改變。TC655產生的脈沖序列驅動一個外部的晶體管或一個N-溝道MOSFET。用調制的電壓控制MOSFET門電路，則風扇上的電壓也受到調制。當Vout脈沖為高時，MOSFET門打開，在這脈沖期間，加在風扇上的電壓為12V。當脈沖序列的占空比為100％時，風扇全速運轉，當占空比降低時，風扇的速度也相應降低。正常情況下，風扇以全速的50％～60％的速度運轉。只有在溫度超過一定的門限值時，風扇才全速運轉，這樣就可以延長風扇的壽命。VouT占空比可由模擬輸入引腳VIM或通過SMBus接口設置占空比寄存器來控制。而配置寄存器的bit5決定Vout占空比由什么控制，引腳Vin還是占空比寄存器。

風扇啟動

在風扇速度控制時，通常忽略風扇的啟動周期。當啟動一個靜止風扇時，所需要的占空比的PWM電壓或平均風扇電壓不能馬上作用于風扇，這是因為風扇處于靜止狀態，必須克服風扇的慣性才能啟動它。克服風扇慣性最好的辦法是上電后的第一秒鐘內給風扇提供100％占空比電壓，這樣就能保證不論在任何情況下，風扇都能啟動并正常工作。TC655正是這樣完成風扇啟動的。TC655上電或從省電模式進入工作模式后的一秒鐘內，它既不受任何用戶程序控制，也不受引腳VIN控制，強行VOUT輸出100％占空比的序列，使風扇全速運行一秒鐘。一秒鐘后，TC655根據配置寄存器bit5的值確定VOUT占空比由引腳VIN控制還是由占空比寄存器控制，同時使Vour，輸出所需占空比的脈沖序列，控制風扇速度。

過溫保護

風扇速度控制之一的VTN引腳是模擬電壓輸入。VIN引腳的電壓范圍是1.62V～2.6V，對應30％～100％占空比的Vout輸出。當VIN引腳的電壓低于1.62V時，VIN，的占空比為30％；當VIN引腳的電壓高于2.6V時，VOUT的占空比為100％，同時TC655的狀態寄存器的OTFbit值為1，并使FAULT引腳輸出低電平給出過溫指示。熱敏電阻網絡或任何具有電壓輸出的熱傳感器均可作為VIN引腳的輸入。只要調整好溫度與電壓的對應關系，就能根據需要設定過溫門限，進行過溫保護。

風扇自動檢測

圖2所示為風扇自動檢測電路。在風扇工作期間，給風扇的兩端加上電壓則產生了電流。在風扇回路中加一個低阻值的檢測電阻到地，則可檢測風扇轉動產生的電流脈沖。通過檢測電阻的電流脈沖轉換成電壓脈沖經電容交流耦合到TC655的SENSE引腳。TC655統計SENSE引腳送來的電壓脈沖數，并用這些脈沖數來計算風扇的RPM。TC655把RPM數據存儲到RPM1和RPM2寄存器中。通過SMBus讀取風扇的每分鐘轉數(RPM)的數據，可在風扇停止運轉之前發現風扇損壞情況。TC655還有兩個風扇故障寄存器FAN_FAULT1 、FAN_FAULT2，這兩個寄存器存儲用戶設定的最低的RPM門限值，當TC655檢測到的RPM值低于門限值時，FAULT引腳會輸出低電平，同時狀態寄存器中的FIF、F2Fbit被置1。控制器(CPU)可通過這些標志來進行具體的處理，如風扇提速或向系統提交告警信號等。

寄存器

TC655內部有九個寄存器，在這九個寄存器中，MFR_ID及VER-ID固定不變，且對于程序控制不起任何作用。RPM1、RPM2、STAUS是只讀寄存器，CPU通過SMBus，總線讀取它們的數據，就可知道風扇的運轉狀態。FAN_FAULT1、FAN_FAULT12、CoNFIG、DUTY_cYCLE是讀寫寄存器，上電后，CPU首先要對它們進行配置，TC655內部管理程序根據這些寄存器的內容進行程序控制。

應用實例

某通信設備中需要一風扇矩陣單元。要求風扇矩陣單元由六個風扇組成，平時所有風扇以50％速度運轉。當設備內部溫度高于某門限值時，所有風扇全速運轉，并給出告警指示，直至溫度恢復到正常范圍。當某一風扇發生故障時，其余風扇全速運轉，并給出告警指示，直到維護人員把故障排除。同時每隔一段時間系統進行自檢一次，檢測風扇是否能全速運轉。根據風扇單元的要求，用TC655芯片配合CPU控制完成了風扇單元的設計。

硬件電路

本風扇矩陣單元的硬件電路主要由三個TC655芯片及一個CPU芯片組成。圖3只畫出其中一個TC655的電路，其它兩個相同。

軟件設計

本風扇矩陣單元的CPU采用了TI公司的MSP430F133芯片，此芯片支持在線編程，調試方便。程序用C語言編寫，程序設計流程如圖4所示。

結語

實踐證明，用TC655芯片控制風扇，使風扇矩陣單元的設計簡單易行，風扇速度控制靈活方便。同時風扇單元穩定、可靠，給通信系統提供了有力的保障。