Lüfterregelung mit Halbleitertemperatursensoren

Anbieter zum Thema

Micro-Epsilon Messtechnik GmbH & Co. KG

ET System electronic GmbH

MES Electronic Connect GmbH & Co. KG

Maxim Integrated Products GmbH

PWM-Regelung versus lineare Regelung

Die digitalen Temperatursensoren mit direkter Lüfteransteuerung, wie MAX6639 (PWM-Regelung) oder MAX6660 (lineare Regelung) sind vereinfacht aus folgenden Grundeinheiten aufgebaut:

• Temperatur-Funktionsblock, bestehend aus regelbarer Stromquelle, internem Temperatursensor für die lokale Temperaturmessung, A/D-Wandler und interner Referenz als Bezugspunkt für die Messungen (Bild 1).
• Anschluss für externe Transistoren (npn- oder pnp-Transistoren), mit denen die Temperatur an einer beliebigen Stelle gemessen werden kann.
• Digitale Schnittsstelle zu Mikroprozessoren oder Mikrocontrollern, meist eine I2C-Schnittsstelle.
• Lüftertreiber (digital oder linear).
• Tachometereingang; dient zum Erfassen der Drehgeschwindigkeit von Lüftern (3-Draht- und 4-Drahtlüfter). Man hat hier einen geschlossenen Regelkreis, dadurch lässt sich die Drehgeschwindigkeit genauer regeln. Man kann die Größe der Lüfter (Effektivität) der Anwendung besser anpassen und erreicht nebenbei niedrigere Betriebsgeräusche. Beim Ausfall der Lüfter erfolgt eine Warnung und das System schaltet rechtzeitig die Wärmequelle ab.
• Logik zum Verarbeiten von Messwerten, MOSFET-Treiberstufen und Stromquellen.

Funktionen, die das Lüfterverhalten optimieren

Die Lüfter mit linearer Regelung sind verhältnismäßig leise, besonders wenn sie mit niedriger Geschwindigkeit laufen. Allerdings sind sie nicht so effektiv wie Lüfter mit PWM-Regelung. Die Lüfter mit PWM-Regelung sind effektiv, aber laut und sie können eventuell im abgeschalteten Zustand durch ihre Trägheit nicht gestartet werden. Deshalb besitzt der MAX6639 (PWM-Regelung) weitere Funktionen, um das Verhalten zu optimieren.

Rate-of-Change: Diese Funktion vermeidet plötzliche Änderungen der Lüftergeschwindigkeit, bei denen Geräusche wie Knacken entstehen. Das menschliche Gehör reagiert empfindlich auf diese plötzlichen Änderungen, deshalb wird die Drehgeschwindigkeit stetig und nicht schlagartig geändert.

Programmierbare RPM (Rotation per minute): Mit dieser Funktion kann man die maximalen Umdrehungen pro Minuten programmieren, womit man den Energieverbrauch und die Geräuschentwicklung gering halten kann.

Spinup: In der Startphase erhält der Lüfter ein PWM-Signal mit einem Tastverhältnis von 100% für zwei Sekunden. Diese Funktion gibt dem Lüfter „einen kurzen Stoß“, damit sicher gestellt ist, dass der Lüfter arbeitet. Der Lüfter läuft mit der maximalen programmierten Geschwindigkeit. Danach wird die Lüftergeschwindigkeit entsprechend der Umgebungstemperatur heruntergeregelt.

Bild 2 zeigt die im MAX6639 integrierten Funktionsblöcke und in Bild 3 ist eine typische Anwendungsschaltung gezeigt.

Hinweise zum Platzieren der Sensoren

Am Schuss soll noch erwähnt werden, dass die Platzierung der Fühler eine große Rolle spielt. Bitte beachten Sie daher noch Folgendes: Viele Temperatursensoren haben einen integrierten Temperatursensor für die lokale Temperaturmessung und dieser ist in den meisten Fällen mit der Masse verbunden. Deshalb ist es vorteilhaft, wenn man diese Masse mit einer analogen Masse verbindet. Das gilt besonders für Bausteine im Exposed-Pad-Gehäuse. Auf der analogen Masse fließt in der Regel mehr Strom als auf der digitalen Masse und damit entsteht mehr Wärme. Die digitalen Signale werden so nicht über die digitale Masse in die Messungen eingekoppelt.

Bei der Messung von Luftströmen ist es vorteilhafter, wenn man die Fühler „stehend“ positioniert, wie z.B bei der Lufttemperaturmessung in einem Server. Externe Temperaturfühler sollten nicht in der Nähe von Schaltreglern (Drossel) platziert werden, wo Schaltsignale die Messergebnisse verfälschen könnten. Falls dies nicht möglich ist, kann man verdrillte und geschirmte Leitungen verwenden, um die Störungen zu reduzieren.

Tam Nguyen ist als Applikationsingenieur bei Maxim in Planegg tätig.

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