微处理器芯片温度检测及其散热保护电路的设计

1 TC652/653的性能特点及工作原理

1.1 性能特点

(1)TC652/653内含集成温度传感器和A/D转换器,是一种能同时检测μP温度和风扇运行状况的温度控制专用IC。

(2)测温范围为-40～+125℃。在+25～+70℃范围内测温精度可达±1%(典型值)。

(3)采用脉宽调制(PWM)方式,利用一个分级的转速控制器对风扇进行多级调速。输出脉冲的占空比与μP的温度成正比。利用上述控制方式不仅能延长风扇的使用寿命,节省电能,还可降低风扇噪声。

(4)全部程序已固化在芯片内部,不需要上层软件支持,也不受微机控制。控温范围(即下限温度t_L与上限温度t_H的间隔)依型号中的尾缀而定,共有10种规格。

(5)电源电压范围宽(+2.8～+5.5V),微功耗(静态工作电流仅为50μA)。

1.2 工作原理

TC652/653的内部框图如图1所示。它们均采用8脚MSOP封装。U_DD、GND分别为正电源端和公共地。为风扇故障报警输出端,输出低电平时表示风扇发生了故障。有故障时,TC652/653被锁定在关闭模式,PWM输出端保持低电平。若将端接上高电平或者给U_DD重新上电,即可使芯片和风扇从关断状态恢复到正常工作状态。为关闭风扇的输入控制端,输入为低电平时强迫风扇关闭。在关闭模式期间,TC652/653仍能监视μP的温度,若t>t_H,端就输出低电平。SENSE为检测风扇脉冲的输入端,可通过一只电阻R_S来检测风扇脉冲。如检测不到脉冲信号,就说明风扇出现了故障。为超温报警端。当μP温度超过t_H时,该端输出低电平。PWM为风扇驱动脉冲的输出端,脉宽调制频率约为15Hz。

TC652/653的内部主要包括温度传感器、A/D转换器、振荡器、温度设定及微调电路、占空比逻辑控制电路、输出级、比较器和风扇检测逻辑电路。温度信号经过A/D转换后变成温度数据,存储到内部寄存器中。该寄存器有一个预先定义好的起点温度,还有6个初始温度(t_L、t₁、t₂、t₃、t₄、t_H),t₁～t₄被平均分布在所规定的控温范围(t_L～t_H)内,详见表1。其中,t L代表起点温度,此时,TC652的最小占空比D_min=40%;而TC653处于自动关闭模式,TC653的D_min改为50%。TC652/653的上、下限温度值由型号中的尾缀决定。例如,TC652AE的温度控制范围为+25～+45℃。当温度为+25℃时开启风扇(低速运行),到+45℃时风扇全速运行。

TC652/653的基本工作原理是利用所检测到的μP温度数据,改变PWM输出信号的占空比,再通过外部功率开关管来控制直流风扇的转速,进而改善μP的散热条件。TC652的占空比调节范围为40%～100%,TC653则为50%～100%。为确保风扇工作的可靠性,在刚接通电源或从关闭模式重新启动芯片时,触发计时器使PWM的输出在高电平上保持2秒钟时间,关断模式的时序波形如图2所示。在确认风扇发生故障时,就通过内部电路使PWM、端都变成低电平。