隨著當今的系統在更小的外殼中實現不斷提高的性能，它們的功耗帶來了越來越嚴重的問題。保持適當溫度的需求對于防止熱關斷甚至系統故障至關重要。因此，許多系統現在需要額外的風扇來保持足夠的氣流。本應用筆記概述了風扇控制模塊，并給出了一個簡單的風扇控制器電路，該電路使用MAX6870監測6個風扇。

風扇控制模塊概述

大型電信和網絡系統通常采用高性能處理器，可在單個“機架”內實現更強大的功能。例如，曾經支持 12 條 ADSL 線路的線卡現在可以支持多達 64 條線路。因此，曾經耗散24W（每條ADSL線路2W）的電路板現在必須耗散128W。這種耗散水平可以通過強力冷空氣流來適應，從而降低相關的熱阻。

大多數電信系統都包含大量風扇。為了確保在風扇發生故障時正常運行，系統通常包括比所需更多的風扇（N+1結構），因此典型的系統可能有六到八個風扇。每個風扇都有自己的電源，因此無需關閉系統電源即可輕松更換風扇。子機架風扇組件（圖 1）包括多個風扇模塊（本例中為 6 個），由 -48V 電池總線供電，并由風扇控制模塊監控。

圖1.風扇模塊的典型子機架。

基本風扇模塊（圖 2）包括一個隔離式 DC-DC 轉換器，可將 -48V 電池電源轉換為 +12V 或 +24V，具體取決于風扇類型。熱插拔控制器位于轉換器之前，允許在不關閉系統電源的情況下更換風扇，每個風扇產生與其旋轉速率成比例的數字輸出（PWM 或 PFM），供控制模塊使用。

圖2.風扇模塊框圖。

這種類型的風扇系統可以使用多種 IC。例如，許多熱插拔控制器具有不同的性能水平。例如，MAX5901提供簡單的解決方案，而MAX5920提供高精度。兩款器件均可直接采用-48V電源工作。MAX5021非常適合隔離電源，而MAX5043則非常適合板載功率MOSFET的高集成度轉換器。MAX5043只需要一個變壓器、電容、輸出二極管和幾個電阻即可產生50W的功率，無需散熱器。

可以集成風扇控制單元以完成該系統。此類控件必須提供具有許多風扇模塊的接口，并且必須能夠檢測模塊是否正常工作。當風扇發生故障時，它必須標記主控制單元。還需要診斷和確定哪個風扇出現故障。這樣的控制器可以采取多種形式。例如，它可以通過一組定時器和額外的分立元件來實現。然而，隨著風扇數量的增加，分立元件的數量也會增加，這使得這種方法不太受歡迎。另一種技術是微控制器（μC）上的多個串行I/O，可最大限度地減少分立元件，但需要正確的編程。

第三種相當簡單的替代方案采用高度集成、EEPROM可配置、可編程的六進制電源排序器/監控器，并帶有ADC。例如，MAX6870包括4個可配置輸入電壓檢測器、<>個通用輸入、<>個可配置看門狗、<>個可編程輸出和一個<>kb用戶EEPROM。所有產品均可用，可通過 I 進行編程2C 兼容串行接口。除了監控電壓、看門狗信號、外部溫度和其他邏輯輸入信號外，該器件還可用作風扇控制器，能夠監控多達 10 個風扇。

實施 6 風扇系統

為了說明這一點，我們將首先介紹一個單風扇系統，然后將該系統擴展到六個風扇。

我們首先定義一個報警信號，用于斷言受監控的風扇是否停止。目前可用的大多數風扇都提供開放式收集器（V超頻） 可上拉至外部電壓電平 （V 的輸出信號）S） 使用電阻器。（本例中的上拉電壓為4V至30V。這樣的V超頻0V 至 V 的輸出脈沖S風扇每轉一圈數倍M（圖3）。

圖3.圖 2 中風扇模塊的輸出詳細信息。

如果風扇以每秒 N 轉的速度旋轉，則 V超頻每秒產生 N × M 個脈沖。輸出是頻率為 N × M Hz 的方波。如果該輸出連接到MAX6870可編程輸入之一，則當風扇停止轉動時，其PO_輸出之一置位。

例如，如果 VS= 5V，輸出脈沖在0V至5V之間。取決于風扇停止時的電壓電平（VS或 0V），將輸入欠壓或過壓閾值設置為 2.5V，以便在輸入電壓高于（低于）2.5V 時監視器輸出為真（反之亦然）。在這種配置中，風扇轉動時PO_輸出被取消置位，輸出電壓在5V和0V之間連續脈沖。如果風扇停止轉動，輸出將置位，電壓保持高或低，具體取決于風扇的有效極性如何編程。

對于此實現方案而言，選擇一個毛刺濾波器，為每個PO_輸出提供正確的時間常數非常重要。但是，濾波器必須足夠松弛，以允許由于風扇電源振蕩引起的頻率脈沖瞬變。MAX6870所需的時間常數范圍為25μs至1600ms。

例如，考慮一個 M = 2 且 N = 54rps 的場景。五世超頻因此脈沖頻率為108Hz，脈沖周期約為9.26ms。如果需要嚴格控制風扇，請選擇 25ms 的PO_抖動時間常數，相當于風扇的大約 1.35 圈。考慮到風扇供應振蕩（以及由于熱特性引起的任何限制），我們假設風扇在停止大約兩秒鐘時出現故障。對于此示例，1.6 秒超時是合適的。這意味著PO_警報在風扇故障后 25 毫秒或 1.6 秒后變為高（或低，取決于編程）。

上面的示例顯示了如何為一個風扇實現該功能。對于6風扇系統，我們只使用一個MAX6870，并將上述擴展至4路輸入和<>路輸出。這種布置允許六個風扇中的每一個都有一個監視器，假設每個風扇模塊都有獨立的轉速計輸出。輸出可配置為漏極開路，并一起通過“或”組合以提供一個報警信號（圖 <>）。如果在報警觸發之前需要相反的信號極性或額外的延遲，請將上述公共信號連接到GPI_引腳和另外一個PO_輸出，并添加另一個時間常數。

圖4.基于MAX6電源排序器/監控器的6870風扇監視器。

配置這樣的器件可能看起來很耗時，但MAX6870不需要軟件工程師為控制μC或其它器件編寫代碼。Maxim提供評估板，其圖形用戶界面簡化了配置過程（圖5）。

圖5.MAX6870編程軟件的屏幕截圖。

只需指向接口塊并輸入適當的值（輸入信號、時序等），沒有軟件經驗的工程師即可輕松配置MAX6870。設置滿意后，對IC進行編程，然后單擊“加載到內存”按鈕，為應用做好準備。MAX6870是首款設計用于復雜系統監測的多輸入控制器。它精確且可配置，簡化了現代系統的設計。

審核編輯：郭婷