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东芝新型速度闭环控制驱动IC，轻松实现风扇电机控制

时间：2018-07-30 14:23来源：东芝半导体与存储产品

摘要：服务器和其他应用中所使用的散热风扇必须兼具体积小、高转速和精度一致性等特点。传统的方法是利用速度反馈方法，来实现最佳的一致性，抑制电源电压和负载变化引起的转速波动。但是，这一方法需要使用微型计算机来控制，电路元件较多，体积较大，控制过程相对复杂。

众所周知，在家用电器和工业设备中，使用了风扇部件，其主要是通过电机控制来实现。其中有些产品设备利用三相无刷电机对风扇进行控制，这需要电机驱动IC来实现。服务器和其他应用中所使用的散热风扇必须兼具体积小、高转速和精度一致性等特点。传统的方法是利用速度反馈方法，来实现最佳的一致性，抑制电源电压和负载变化引起的转速波动。但是，这一方法需要使用微型计算机来控制，电路元件较多，体积较大，控制过程相对复杂。
 
东芝推出具有转速控制（闭环控制）功能的三相无刷风扇电机驱动器IC-“TC78B025FTG”，这种新型的解决方案集成了非易失性存储器（NVM），无需外部微型计算机即可实现灵活的转速控制，同时还可实现轻松的系统配置。
 
 
 
此外，TC78B025FTG采用1霍尔驱动系统和无电流检测电阻系统，可减少外部元件的数量且有助于节省电路板空间。行业领先的低导通电阻（0.2Ω（典型值）（高侧和低侧之和））有助于减少IC在工作期间的自身发热，扩展对大电流驱动的支持。
 
主要特性
• 内置转速控制（闭环控制）功能
转速控制利用速度反馈方法抑制电源电压和负载变化引起的转速波动。该IC的非易失性存储器（NVM）支持一系列转速，从每分钟数百转至每分钟数万转。
 
• 节省电路板空间并减小电路板尺寸
采用小型封装（4mm×4mm），可安装于小型风扇的有限电路板空间上。1霍尔驱动和无电阻电流检测系统（ACDS）减少外部元件数量。
 
• 高效驱动
单霍尔正弦波驱动和内置的InPAC（智能相位控制），可以在广泛的转速范围内实现高效驱动，而不存在调节负担。此外，由于输出导通电阻低至0.2Ω（典型值），可减小在IC工作期间的散热量，实现高效驱动。
 
规格参数
 
 
 
应用案例
 
 
 
上图是一个典型的12V小型风扇控制的目标应用，该产品适用于家用电器和工业设备中采用的小型风扇应用，例如服务器、游戏机等的散热风扇。
 
驱动波形测试
TC78B025FTG支持两种驱动方式，开发者可以选择正弦波驱动或150度方波驱动。下面展示这两种驱动方式的功能测试对比图。
 
 
正弦波电流波形
 
 
150度方波电流波形
 
智能相位控制
InPAC（智能相位控制）技术可以自动调整超前角，有效降低电机运转电流，提高驱动效率。如下图所示，将展示InPAC技术的优势，电机工作在175000RPM，采用InPAC技术时，电机U相电流Iu＝0.9A，不采用InPAC（lead angle＝0）时，电机U相电流Iu＝1.5A。
 
 
采用InPAC
 
 
不采用InPAC（LA＝0）
 
速度闭环控制
TC78B025FTG内置转速控制（闭环控制）功能，采用速度闭环控制能够使电机转速稳定工作，即使负载和供电电压有波动。速度闭环控制和开环控制的基本速度曲线（SPD信号值与转速之间的关系）对比图如下。
 
 
 
下面是TC78B025FTG的速度闭环控制稳定度在高转速和低转速的测试数据，在fHall＝55Hz，1100RPM低转速下，ΔfHall＝±2.5%，在ΔfHall＝1320Hz，26400RPM高转速下，ΔfHall＝±1.7%。
 
低转速
 
 
 
fHall＝55Hz，1100RPM
ΔfHall＝±2.5%
 
高转速
 
 
 
ΔfHall＝1320Hz，26400RPM
ΔfHall＝±1.7%
 
软启动
TC78B025FTG支持正弦波软启动（Soft start），软启动可以有效控制电机启动电流需求。当电机从停止状态启动以防止冲击电流时，软启动开始运行，软启动将从0％逐渐增加输出占空比，直到输出电流达到启动电流。下图是软启动电流限制在0.5A的示例。
  
 
 
评估板
东芝为TC78B025FTG提供一个完整的Layout评估板，方便开发者进行器件评估和功能验证，下面是连接示意图。
 
 
 
服务器作为硬件而言，面对的是整个网络的用户，其承担了非常重要的数据保护任务。在一些大中型企业中，服务器需要24小时不间断工作，在此期间一定会释放大量热量。因此，选择正确的散热设计保证服务器正常工作是数据中心的首要任务，而散热风扇作为服务器散热系统必不可少的一个部分，能够进一步保证使用最优化的冗余风扇数量达到保护CPU／GPU的运行环境安全。除了风扇分类本身，以及轴承的设计，电机驱动作为风扇的动力所在，为散热风扇高效工作提供了先决条件。而东芝的TC78B025FTG电机驱动就是其中的佼佼者！
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