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如今系統的封裝越來減小而性能不斷地提高，因此功耗成為一個日益嚴重的問題。在防止熱關閉，甚至系統出現故障方面，保持合適的溫度已經變得很關鍵。現在很多系統要求額外增加風扇以保持足夠的空氣流動。 大的電信和網絡系統常常采用高性能處理器，這些處理器單獨封裝且功能更強大。例如，以前一種支持12 根ADSL線的線卡現在能支持64根線。結果，以前散熱24W(每根ADSL線耗散2W) 的電路板現在必須耗散128W。加強冷空氣流動降低有關熱阻的方法可以達到該散熱水平。 多數電信系統包含有大量風扇。為了確保在風扇出故障時系統能正確工作，通常安裝的風扇數目比需要的多(N+1結構)，因此，一般系統可能需要6"8個風扇。每個風扇都有各自的電源，這樣不用關閉系統即可方便地更換風扇。一個子架(見圖1)包括多個風扇模塊(本例中為6個)，由-48V電池總線供電，由一個風扇控制模塊監測。 基本風扇模塊(見圖2)包括一個隔離的直流/直流變換器，根據風扇的不同，該轉換器將-48V電池轉換成+12V或者+24V。轉換器之前有一個熱交換控制器，使可以在不切斷系統電源的情況下更換風扇，而每一個風扇產生與其轉速成正比的一個數字輸出(PWM或PFM)，供控制模塊使用。 在這種風扇系統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就是一個簡單的解決方案例子，而MAX5920的準確度高。兩者都可直接在-48V電源下工作。對隔離電源，可以選擇如MAX5021的部件，對帶板上MOSFET電源的高度集成轉換器，可以選擇如MAX5043，該部件只需要一個變壓器、電容、輸出二極管，以及少數電阻來產生50W功率，而不需要散熱片。 可以集成一個風扇控制單元來完成該系統。這種控制必須提供一個與多個風扇單元的接口，并且必須能夠檢測是否某一個單元工作不正常。當某個風扇出現故障時，它必須給主控制器發出標記信號。希望能夠分析并確定哪一個風扇出現故障。可有多種形式的這種控制器。例如，可以與時鐘陣列和附加的獨立元件組合實現。然而，隨著風扇數量的增加，獨立元件的數量也會增加，使這種方法不夠理想。另一種單個微控制器上有多個串行I/O的技術可以最大限度減少元件的數量，但需要正確編程。 第三種方法相當簡單，它使用MAX6870，該器件是一個高度集成、可EEPROM配置、可編程的帶ADC的16進制電源序列發生器/監測器。該器件包括有6個可配置的輸入電壓檢測器、4個通用輸入、兩個可配置的看門狗、8個可編程輸出及4Kb用戶EEPROM。它們都可通過兼容I2C-的串行接口訪問并編程。除監控電壓、看門狗信號、外部溫度和其他邏輯輸入信號外，器件還能完成如風扇控制器的功能，可監控多達10個風扇。 實現步驟 我們首先介紹一種單風扇系統，然后將該系統擴展到具有6只風扇。 1．首先，定義一個指示被檢測風扇停止的報警信號。當前可用的大多數風扇提供一個集電極開路(Voc)輸出信號，使用一個電阻可將該信號拉升到一個外部電平(Vs)。(我們的例子中拉升水平為4V到30V)。在風扇每轉期間，該Voc數次(M次)輸出0V到Vs脈沖(見圖3)。 如果風扇以每秒N轉的速度旋轉，則Voc每秒產生N*M個脈沖。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，則當風扇停止轉動時，其某個PO_輸出生效。 例如，如果Vs=5V，則輸出脈沖在0V到5V之間。根據風扇停止時的電壓不同(Vs 或0V)，可將輸入低于(或過電壓)閾值為2.5V，這樣，當輸入電壓大于(小于)2.5V時，監測輸出為真，(反之亦然)。在本配置中，當風扇旋轉時，PO_輸出失效，輸出電壓在5V和0V之間連續變化。如果風扇停止旋轉，則輸出生效，此時根據風扇有效極性編程的情況，電壓保持為高或者為低。 2．在本實現中，選擇能夠對各PO_輸出具有正確的時間常數的低頻濾波器很重要。然而，濾器器必須能夠承受因風扇電源振蕩引起的頻率脈沖瞬變。對MAX6870，所需時間常數在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。如果要精確控制風扇，則選擇PO_抗尖峰脈沖時間常數為25 ms，該值相當于風扇轉動1.35轉。考慮到風扇電源振蕩(以及其它任何因熱特性引起的制約)，如果風扇停止了約兩秒鐘，可認為風扇出現故障。對本例，可以選擇停止時間為1.6秒。即，風扇故障出現后25 ms或者1.6s，PO_報警信號變高(根據編程的不同，或者為低)。 3．上例表明了怎樣在單風扇中實現該功能。對6風扇系統，我們僅使用一個MAX6870，而將上述情況擴展到6個輸入和6個輸出。假設每一個風扇單元都具有一個獨立的轉速計，該排列方法可以允許6個風扇各用一個監視器。輸出可以配置為漏極開路，一起“或”起來提供一個報警信號(見圖4)。如果需要反向極性信號，或者在報警生效之前有一個額外延遲，可以將上述共同信號連接到一個GPI_引腳以及另一個PO_輸出，再增加一個時間常數。 4. 對有些人來說，配制這樣的器件可能顯得需要耗費大量時間，然而，MAX6870并不需要軟件工程師來設計和寫代碼來控制微處理器或其他器件。Maxim提供有評估套件，該套件的圖形用戶接口肯定會簡化配制過程(見圖5)。 對沒有軟件編程經驗的工程師或其他用戶，只需要簡單地指向某一接口模塊，鍵入合適的值(輸入信號、時間，等)，就可以方面地配置MAX6870。一旦覺得配置滿意，用戶就可以簡單的點擊系統的“Load to Memory”(“裝入內存”)按鍵，對IC編程，就可以在應用系統中使用。 本文小結 我們在本電路中使用MAX6870，該器件是第一個為復雜系統監測設計的多輸入控制器，精確并且可以配置，簡化了新式系統的設計。 |
