电信应用中可编程风扇控制系统的设计

如今系统的封装越来减小而性能不断地提高，因此功耗成为一个日益严重的问题。在防止热关闭，甚至系统出现故障方面，保持合适的温度已经变得很关键。现在很多系统要求额外增加风扇以保持足够的空气流动。

大的电信和网络系统常常采用高性能处理器，这些处理器单独封装且功能更强大。例如，以前一种支持12 根ADSL线的线卡现在能支持64根线。结果，以前散热24W(每根ADSL线耗散2W) 的电路板现在必须耗散128W。加强冷空气流动降低有关热阻的方法可以达到该散热水平。

多数电信系统包含有大量风扇。为了确保在风扇出故障时系统能正确工作，通常安装的风扇数目比需要的多(N+1结构)，因此，一般系统可能需要6"8个风扇。每个风扇都有各自的电源，这样不用关闭系统即可方便地更换风扇。一个子架(见图1)包括多个风扇模块(本例中为6个)，由-48V电池总线供电，由一个风扇控制模块监测。

基本风扇模块(见图2)包括一个隔离的直流/直流变换器，根据风扇的不同，该转换器将-48V电池转换成+12V或者+24V。转换器之前有一个热交换控制器，使可以在不切断系统电源的情况下更换风扇，而每一个风扇产生与其转速成正比的一个数字输出(PWM或PFM)，供控制模块使用。

在这种风扇系统中可以选择使用多种IC。例如，有众多不同性能水平的热交换控制器可供使用，美信(Maxim)的MAX5901就是一个简单的解决方案例子，而MAX5920的准确度高。两者都可直接在-48V电源下工作。对隔离电源，可以选择如MAX5021的部件，对带板上MOSFET电源的高度集成转换器，可以选择如MAX5043，该部件只需要一个变压器、电容、输出二极管，以及少数电阻来产生50W功率，而不需要散热片。



可以集成一个风扇控制单元来完成该系统。这种控制必须提供一个与多个风扇单元的接口，并且必须能够检测是否某一个单元工作不正常。当某个风扇出现故障时，它必须给主控制器发出标记信号。希望能够分析并确定哪一个风扇出现故障。可有多种形式的这种控制器。例如，可以与时钟阵列和附加的独立元件组合实现。然而，随着风扇数量的增加，独立元件的数量也会增加，使这种方法不够理想。另一种单个微控制器上有多个串行I/O的技术可以最大限度减少元件的数量，但需要正确编程。


第三种方法相当简单，它使用MAX6870，该器件是一个高度集成、可EEPROM配置、可编程的带ADC的16进制电源序列发生器/监测器。该器件包括有6个可配置的输入电压检测器、4个通用输入、两个可配置的看门狗、8个可编程输出及4Kb用户EEPROM。它们都可通过兼容I2C-的串行接口访问并编程。除监控电压、看门狗信号、外部温度和其他逻辑输入信号外，器件还能完成如风扇控制器的功能，可监控多达10个风扇。

实现步骤

我们首先介绍一种单风扇系统，然后将该系统扩展到具有6只风扇。

1．首先，定义一个指示被检测风扇停止的报警信号。当前可用的大多数风扇提供一个集电极开路(Voc)输出信号，使用一个电阻可将该信号拉升到一个外部电平(Vs)。(我们的例子中拉升水平为4V到30V)。在风扇每转期间，该Voc数次(M次)输出0V到Vs脉冲(见图3)。

  
如果风扇以每秒N转的速度旋转，则Voc每秒产生N*M个脉冲。输出是频率为N*M Hz的方波。如果将此输出连接到MAX6870的可编程输出之一上，则当风扇停止转动时，其某个PO_输出生效。

例如，如果Vs=5V，则输出脉冲在0V到5V之间。根据风扇停止时的电压不同(Vs 或0V)，可将输入低于(或过电压)阈值为2.5V，这样，当输入电压大于(小于)2.5V时，监测输出为真，(反之亦然)。在本配置中，当风扇旋转时，PO_输出失效，输出电压在5V和0V之间连续变化。如果风扇停止旋转，则输出生效，此时根据风扇有效极性编程的情况，电压保持为高或者为低。

2．在本实现中，选择能够对各PO_输出具有正确的时间常数的低频滤波器很重要。然而，滤器器必须能够承受因风扇电源振荡引起的频率脉冲瞬变。对MAX6870，所需时间常数在25ms到1,600ms之间。

考虑例如M=2而N=54 rps的情形。Voc脉冲频率因此为108 Hz,，而脉冲周期约为9.26 ms。如果要精确控制风扇，则选择PO_抗尖峰脉冲时间常数为25 ms，该值相当于风扇转动1.35转。考虑到风扇电源振荡(以及其它任何因热特性引起的制约)，如果风扇停止了约两秒钟，可认为风扇出现故障。对本例，可以选择停止时间为1.6秒。即，风扇故障出现后25 ms或者1.6s，PO_报警信号变高(根据编程的不同，或者为低)。

3．上例表明了怎样在单风扇中实现该功能。对6风扇系统，我们仅使用一个MAX6870，而将上述情况扩展到6个输入和6个输出。假设每一个风扇单元都具有一个独立的转速计，该排列方法可以允许6个风扇各用一个监视器。输出可以配置为漏极开路，一起“或”起来提供一个报警信号(见图4)。如果需要反向极性信号，或者在报警生效之前有一个额外延迟，可以将上述共同信号连接到一个GPI_引脚以及另一个PO_输出，再增加一个时间常数。