微處理器芯片溫度檢測及其散熱保護電路的設計

1 TC652/653的性能特點及工作原理

1.1 性能特點

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

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

(3)采用脈寬調(diào)制(PWM)方式,利用一個分級的轉速控制器對風扇進行多級調(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風扇的使用壽命,節(jié)省電能,還可降低風扇噪聲。

(4)全部程序已固化在芯片內(nèi)部,不需要上層軟件支持,也不受微機控制?？販胤秶?即下限溫度t_L與上限溫度t_H的間隔)依型號中的尾綴而定,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。為風扇故障報警輸出端,輸出低電平時表示風扇發(fā)生了故障。有故障時,TC652/653被鎖定在關閉模式,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,即可使芯片和風扇從關斷狀態(tài)恢復到正常工作狀態(tài)。為關閉風扇的輸入控制端,輸入為低電平時強迫風扇關閉。在關閉模式期間,TC652/653仍能監(jiān)視μP的溫度,若t>t_H,端就輸出低電平。SENSE為檢測風扇脈沖的輸入端,可通過一只電阻R_S來檢測風扇脈沖。如檢測不到脈沖信號,就說明風扇出現(xiàn)了故障。為超溫報警端。當μP溫度超過t_H時,該端輸出低電平。PWM為風扇驅動脈沖的輸出端,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轉換器、振蕩器、溫度設定及微調(diào)電路、占空比邏輯控制電路、輸出級、比較器和風扇檢測邏輯電路。溫度信號經(jīng)過A/D轉換后變成溫度數(shù)據(jù),存儲到內(nèi)部寄存器中。該寄存器有一個預先定義好的起點溫度,還有6個初始溫度(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),詳見表1。其中,tL代表起點溫度,此時,TC652的最小占空比D_min=40%;而TC653處于自動關閉模式,TC653的D_min改為50%。TC652/653的上、下限溫度值由型號中的尾綴決定。例如,TC652AE的溫度控制范圍為+25～+45℃。當溫度為+25℃時開啟風扇(低速運行),到+45℃時風扇全速運行。

TC652/653的基本工作原理是利用所檢測到的μP溫度數(shù)據(jù),改變PWM輸出信號的占空比,再通過外部功率開關管來控制直流風扇的轉速,進而改善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%。為確保風扇工作的可靠性,在剛接通電源或從關閉模式重新啟動芯片時,觸發(fā)計時器使PWM的輸出在高電平上保持2秒鐘時間,關斷模式的時序波形如圖2所示。在確認風扇發(fā)生故障時,就通過內(nèi)部電路使PWM、端都變成低電平。