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(diǎn)及工作原理

1.1 性能特點(diǎn)

(1)TC652/653內含集成溫度傳感器和A/D轉換器,是一種能同時(shí)檢測μP溫度和風(fēng)扇運行狀況的溫度控制專(zhuān)用IC。

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

(3)采用脈寬調制(PWM)方式,利用一個(gè)分級的轉速控制器對風(fēng)扇進(jìn)行多級調速。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(cháng)風(fēng)扇的使用壽命,節省電能,還可降低風(fēng)扇噪聲。

(4)全部程序已固化在芯片內部,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)強迫風(fēng)扇關(guān)閉。在關(guān)閉模式期間,TC652/653仍能監視μP的溫度,若t>t_H,端就輸出低電平。SENSE為檢測風(fēng)扇脈沖的輸入端,可通過(guò)一只電阻R_S來(lái)檢測風(fēng)扇脈沖。如檢測不到脈沖信號,就說(shuō)明風(fēng)扇出現了故障。為超溫報警端。當μP溫度超過(guò)t_H時(shí),該端輸出低電平。PWM為風(fēng)扇驅動(dòng)脈沖的輸出端,脈寬調制頻率約為15Hz。

TC652/653的內部主要包括溫度傳感器、A/D轉換器、振蕩器、溫度設定及微調電路、占空比邏輯控制電路、輸出級、比較器和風(fēng)扇檢測邏輯電路。溫度信號經(jīng)過(guò)A/D轉換后變成溫度數據,存儲到內部寄存器中。該寄存器有一個(gè)預先定義好的起點(diǎn)溫度,還有6個(gè)初始溫度(t_L、t₁、t₂、t₃、t₄、t_H),t₁～t₄被平均分布在所規定的控溫范圍(t_L～t_H)內,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(shí)開(kāi)啟風(fēng)扇(低速運行),到+45℃時(shí)風(fēng)扇全速運行。

TC652/653的基本工作原理是利用所檢測到的μP溫度數據,改變PWM輸出信號的占空比,再通過(guò)外部功率開(kāi)關(guān)管來(lái)控制直流風(fēng)扇的轉速,進(jìn)而改善μP的散熱條件。TC652的占空比調節范圍為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。在確認風(fēng)扇發(fā)生故障時(shí),就通過(guò)內部電路使PWM、端都變成低電平。