MCU 解决方案摘自飞思卡尔半导体公司系统工程师倫德全的应用文档.
最近,微控制器的成本降低了.很多BLDC 风扇制造商开始为其产品采用微控制器.MCU 解决方案中可以采用很多速度控制算法.典型的可变速度控制方法是:i) 相位开/关时间延迟和ii) PWM控制.
选择哪种类型的控制方法取决于BLDC 风扇的要求.飞思卡尔半导体开发出一系列适合风扇控制应用的MCU,包括M9RS08KA2、M9S08QG8 和M9S08QD4MCU.所有这些8 位MCU 都具有内置的内部时钟源(ICS),为MCU 操作提供时钟源代码.通过使用ICS 模块,可以消除外部时钟源,从而降低风扇的系统成本,相同的封装内拥有更多可用的针脚.这些MCU 不仅拥有通用的MCU 功能,如模拟至数字转换器(ADC)、模拟比较器 (ACMP)、模计时器、外部中断和
计时器/脉冲宽度调制器,还拥有一些串行通信接口,如串性通信接口(SCI)和串行外围设备接口(SPI).另一方面,需要的话,风扇应用中可以安装片上温度传感器,用于ADC 校准和片上热分流保护.
由于MCU 提供了灵活性优势,很多功能都可以通过更改固件轻松实施.我们能将更多精力放在两种类型的闭环速度控制方法的配置、它们的优势和劣势及设计/实施注意事项问题上.
当风扇的速度取决于连接到MCU 的ADC 针脚的热量传感器的温度时,速度控制算法根据热量传感器的读数,调节Q1 和Q2 晶体管/FET 中的关闭时间长度.由于BLDC 风扇和热量传感器的特征在不同制造商之间有所不同,热速度配置文件需要根据不同设计而定.温度速度映射查询表提供了实现这一目标的简单途径.使用MCU,可以轻松更改温度-速度查询表,以符合不同BLDC 风扇的要求.这是BLDC 风扇中的MCU 解决方案的一个主要优势.由于这种速度控制方法比较简单,对MCU 的要求也相对较低.很多低端MCU 可以用于这一应用,如MC9RS08KA2 MCU.这种方法的优势在于实施简便、容易
更改速度配置文件和添加一些额外功能.
使用MCU 解决方案的另一个优势是有些风扇制造商能为不同的最终用户设计他们的产品.硬件是相同的,但速度配置文件要根据最终用户的要求而定.因此,在固件发往客户前,客户可以对其进行编程.而且,有些风扇需要为识别目的编辑不同的序列号,特别是在多风扇系统中.
在MCU 解决方案中,输入速度命令(即来自热量传感器的电压)通过ADC 针脚进行传感,它将首先与温度-速度查询表进行比较,以获得与温度相对应的预定义要求速度.而且,PWM 的任务处理周期也相应地进行变动.实际速度将通过霍尔信号进行监视,并用于闭环速度控制以更改PWM 的任务处理周期.根据MCU 的应用和性能情况,闭环控制既可以是简单的预计算PI/PID 查询表,也可以是MCU固件的实时计算.对低端应用来说,应使用查询表.
来自飞思卡尔的新MCU MC9S08QD4 非常适合于低端和中端BLDC 风扇应用.它不但为热感应准确性提供了10 位ADC 针脚,还为BLDC 风扇控制的PWM生成和速度感应提供了两个16 位计时器/PWM 调制器.PWM 调制器的使用能够解放MCU,因此,在需要时,MCU 拥有足够的带宽来执行不同的任务.有些常见的MCU 功能(如内置的ICS)提供了8MHz 总线频率,此外,该MCU 中还包括外部中断和可编程的斜率 I/O 端口.
结论
风扇控制有很多不同的实施方法,如同使用霍尔传感器和两个晶体管来驱动固定速度BLDC 风扇一样简单.文中描述了从固定速度控制到可变速度控制、从外部方案到内部方案等各种不同的实施方法.
智能BLDC 风扇可为电力和机械保护以及通信界面提供先进的速度控制算法、高效率、低噪声、低功耗、低待机功耗、系统智能保护功能.
