微處理器芯片溫度檢測(cè)及其散熱保護(hù)電路的設(shè)計(jì)

1 TC652/653的性能特點(diǎn)及工作原理

1.1 性能特點(diǎn)

(1)TC652/653內(nèi)含集成溫度傳感器和A/D轉(zhuǎn)換器,是一種能同時(shí)檢測(cè)μP溫度和風(fēng)扇運(yùn)行狀況的溫度控制專用IC。

(2)測(cè)溫范圍為-40～+125℃。在+25～+70℃范圍內(nèi)測(cè)溫精度可達(dá)±1%(典型值)。

(3)采用脈寬調(diào)制(PWM)方式,利用一個(gè)分級(jí)的轉(zhuǎn)速控制器對(duì)風(fēng)扇進(jìn)行多級(jí)調(diào)速。輸出脈沖的占空比與μP的溫度成正比。利用上述控制方式不僅能延長(zhǎng)風(fēng)扇的使用壽命,節(jié)省電能,還可降低風(fēng)扇噪聲。

(4)全部程序已固化在芯片內(nèi)部,不需要上層軟件支持,也不受微機(jī)控制。控溫范圍(即下限溫度t_L與上限溫度t_H的間隔)依型號(hào)中的尾綴而定,共有10種規(guī)格。

(5)電源電壓范圍寬(+2.8～+5.5V),微功耗(靜態(tài)工作電流僅為50μA)。

1.2 工作原理

TC652/653的內(nèi)部框圖如圖1所示。它們均采用8腳MSOP封裝。U_DD、GND分別為正電源端和公共地。為風(fēng)扇故障報(bào)警輸出端,輸出低電平時(shí)表示風(fēng)扇發(fā)生了故障。有故障時(shí),TC652/653被鎖定在關(guān)閉模式,PWM輸出端保持低電平。若將端接上高電平或者給U_DD重新上電,即可使芯片和風(fēng)扇從關(guān)斷狀態(tài)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。為關(guān)閉風(fēng)扇的輸入控制端,輸入為低電平時(shí)強(qiáng)迫風(fēng)扇關(guān)閉。在關(guān)閉模式期間,TC652/653仍能監(jiān)視μP的溫度,若t>t_H,端就輸出低電平。SENSE為檢測(cè)風(fēng)扇脈沖的輸入端,可通過(guò)一只電阻R_S來(lái)檢測(cè)風(fēng)扇脈沖。如檢測(cè)不到脈沖信號(hào),就說(shuō)明風(fēng)扇出現(xiàn)了故障。為超溫報(bào)警端。當(dāng)μP溫度超過(guò)t_H時(shí),該端輸出低電平。PWM為風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)脈沖的輸出端,脈寬調(diào)制頻率約為15Hz。

TC652/653的內(nèi)部主要包括溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、振蕩器、溫度設(shè)定及微調(diào)電路、占空比邏輯控制電路、輸出級(jí)、比較器和風(fēng)扇檢測(cè)邏輯電路。溫度信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后變成溫度數(shù)據(jù),存儲(chǔ)到內(nèi)部寄存器中。該寄存器有一個(gè)預(yù)先定義好的起點(diǎn)溫度,還有6個(gè)初始溫度(t_L、t₁、t₂、t₃、t₄、t_H),t₁～t₄被平均分布在所規(guī)定的控溫范圍(t_L～t_H)內(nèi),詳見(jiàn)表1。其中,tL代表起點(diǎn)溫度,此時(shí),TC652的最小占空比D_min=40%;而TC653處于自動(dòng)關(guān)閉模式,TC653的D_min改為50%。TC652/653的上、下限溫度值由型號(hào)中的尾綴決定。例如,TC652AE的溫度控制范圍為+25～+45℃。當(dāng)溫度為+25℃時(shí)開啟風(fēng)扇(低速運(yùn)行),到+45℃時(shí)風(fēng)扇全速運(yùn)行。

TC652/653的基本工作原理是利用所檢測(cè)到的μP溫度數(shù)據(jù),改變PWM輸出信號(hào)的占空比,再通過(guò)外部功率開關(guān)管來(lái)控制直流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速,進(jìn)而改善μP的散熱條件。TC652的占空比調(diào)節(jié)范圍為40%～100%,TC653則為50%～100%。為確保風(fēng)扇工作的可靠性,在剛接通電源或從關(guān)閉模式重新啟動(dòng)芯片時(shí),觸發(fā)計(jì)時(shí)器使PWM的輸出在高電平上保持2秒鐘時(shí)間,關(guān)斷模式的時(shí)序波形如圖2所示。在確認(rèn)風(fēng)扇發(fā)生故障時(shí),就通過(guò)內(nèi)部電路使PWM、端都變成低電平。