MCU 解決方案摘自飛思卡爾半導體公司系統(tǒng)工程師倫德全的應用文檔.

最近,微控制器的成本降低了.很多BLDC 風扇制造商開始為其產(chǎn)品采用微控制器.MCU 解決方案中可以采用很多速度控制算法.典型的可變速度控制方法是:i) 相位開/關(guān)時間延遲和ii) PWM控制.
選擇哪種類型的控制方法取決于BLDC 風扇的要求.飛思卡爾半導體開發(fā)出一系列適合風扇控制應用的MCU,包括M9RS08KA2、M9S08QG8 和M9S08QD4MCU.所有這些8 位MCU 都具有內(nèi)置的內(nèi)部時鐘源(ICS),為MCU 操作提供時鐘源代碼.通過使用ICS 模塊,可以消除外部時鐘源,從而降低風扇的系統(tǒng)成本,相同的封裝內(nèi)擁有更多可用的針腳.這些MCU 不僅擁有通用的MCU 功能,如模擬至數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)、模擬比較器 (ACMP)、模計時器、外部中斷和
計時器/脈沖寬度調(diào)制器,還擁有一些串行通信接口,如串性通信接口(SCI)和串行外圍設備接口(SPI).另一方面,需要的話,風扇應用中可以安裝片上溫度傳感器,用于ADC 校準和片上熱分流保護.
由于MCU 提供了靈活性優(yōu)勢,很多功能都可以通過更改固件輕松實施.我們能將更多精力放在兩種類型的閉環(huán)速度控制方法的配置、它們的優(yōu)勢和劣勢及設計/實施注意事項問題上.
當風扇的速度取決于連接到MCU 的ADC 針腳的熱量傳感器的溫度時,速度控制算法根據(jù)熱量傳感器的讀數(shù),調(diào)節(jié)Q1 和Q2 晶體管/FET 中的關(guān)閉時間長度.由于BLDC 風扇和熱量傳感器的特征在不同制造商之間有所不同,熱速度配置文件需要根據(jù)不同設計而定.溫度速度映射查詢表提供了實現(xiàn)這一目標的簡單途徑.使用MCU,可以輕松更改溫度-速度查詢表,以符合不同BLDC 風扇的要求.這是BLDC 風扇中的MCU 解決方案的一個主要優(yōu)勢.由于這種速度控制方法比較簡單,對MCU 的要求也相對較低.很多低端MCU 可以用于這一應用,如MC9RS08KA2 MCU.這種方法的優(yōu)勢在于實施簡便、容易
更改速度配置文件和添加一些額外功能.
使用MCU 解決方案的另一個優(yōu)勢是有些風扇制造商能為不同的最終用戶設計他們的產(chǎn)品.硬件是相同的,但速度配置文件要根據(jù)最終用戶的要求而定.因此,在固件發(fā)往客戶前,客戶可以對其進行編程.而且,有些風扇需要為識別目的編輯不同的序列號,特別是在多風扇系統(tǒng)中.
在MCU 解決方案中,輸入速度命令(即來自熱量傳感器的電壓)通過ADC 針腳進行傳感,它將首先與溫度-速度查詢表進行比較,以獲得與溫度相對應的預定義要求速度.而且,PWM 的任務處理周期也相應地進行變動.實際速度將通過霍爾信號進行監(jiān)視,并用于閉環(huán)速度控制以更改PWM 的任務處理周期.根據(jù)MCU 的應用和性能情況,閉環(huán)控制既可以是簡單的預計算PI/PID 查詢表,也可以是MCU固件的實時計算.對低端應用來說,應使用查詢表.
來自飛思卡爾的新MCU MC9S08QD4 非常適合于低端和中端BLDC 風扇應用.它不但為熱感應準確性提供了10 位ADC 針腳,還為BLDC 風扇控制的PWM生成和速度感應提供了兩個16 位計時器/PWM 調(diào)制器.PWM 調(diào)制器的使用能夠解放MCU,因此,在需要時,MCU 擁有足夠的帶寬來執(zhí)行不同的任務.有些常見的MCU 功能(如內(nèi)置的ICS)提供了8MHz 總線頻率,此外,該MCU 中還包括外部中斷和可編程的斜率 I/O 端口.
結(jié)論
風扇控制有很多不同的實施方法,如同使用霍爾傳感器和兩個晶體管來驅(qū)動固定速度BLDC 風扇一樣簡單.文中描述了從固定速度控制到可變速度控制、從外部方案到內(nèi)部方案等各種不同的實施方法.
智能BLDC 風扇可為電力和機械保護以及通信界面提供先進的速度控制算法、高效率、低噪聲、低功耗、低待機功耗、系統(tǒng)智能保護功能.