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作者：孙玉涵

介绍

GreenPAK设备可用于高功率应用，通过控制FET驱动电机，即PWM DC-DC降压转换器雷竞技安卓下载。在本应用笔记中，我们将展示如何使用RPM反馈和I2C设计一个可编程闭环调速PWM风扇控制器。平均百分比误差小于2.5%，最小和最大误差小于15%。这些可以通过增加分辨率来改善，但代价是增加沉淀时间。

应用

三线风机的三线为VDD、GND和转速表OUT。

驱动风扇的电机为无刷电机，在5.0V下使用0.2A左右。在这个电路中，风扇的电机速度与输入功率成正比，输入功率由PFET对电源进行脉冲调制。pet门由GreenPAK PWM输出PIN18控制，如图1所示。PWM输出由霍尔效应RPM反馈决定。

霍尔效应传感器位于风扇的两个线圈之间，是转速表从风扇反馈到GreenPAK的信号。霍尔效应传感器的每个边缘表示一次旋转。通过测量两次旋转之间的时间，我们可以计算电机旋转的速度，并相应地调整电机的功率。

如图1所示，电源为5V，在GreenPAK的工作极限范围内。下面的电路是一个DC-DC降压转换器，在高压侧使用一个FET、一个箝位二极管和一个LC滤波器。

美国汽车制造商协会（ASM）的格林帕克设计公司

此设计使用ASM的所有八种状态。这些状态的标签如图2所示。初始状态为重置状态。在复位状态下，PWM输出强制为低。

由于惯性，直到我们克服了静摩擦，风扇才开始移动。最小占空比通常是30%。

当ASM启用时，我们过渡到“超速”状态，允许输出以最大功率驱动，100%占空比，持续3秒。最初的推力是为了克服静摩擦，让电机开始旋转。

从那里，我们任意选择进入PWM上升状态。如果转速过高，GreenPAK将自动校正并移至PWM下降。状态机继续在PWM向下和PWM向上之间切换。当我们达到稳定状态时，切换将变得越来越稳定。

如果所需转速过低或过高，GreenPAK最终将达到100%或0%占空比。为防止PWM缠绕，输出选通为“停止高”或“停止低”状态。在这些状态下，PWM强制为高电平和低电平。

“Buffer Low”和“Buffer High”是中间状态，用来防止不必要的ASM状态转换。状态机对“停止低电平”和“停止高电平”使用边缘检测器。如果PWM应该在这一点反向方向，第一个周期将招致边缘。如果没有buffer状态，我们将立即从一个停止状态查找到另一个停止状态。因此，Buffer状态是一种防止循环的中介状态。

GreenPAK设计，ASM输入

ASM的主要输入是“减少PWM”和“增加PWM”，两个反向信号。如图4所示，它们表示何时增加或减少PWM宽度。“增加PWM”将ASM从PWM Down转换为PWM Up，“减少PWM”将ASM从PWM Up转换为PWM Down。

FSM0为RPM频率计数器。在频率检测模式下，测量两个输入边之间的时间，并与计数器数据进行比较。长度越长，速度越慢。长度越短，速度越快。FSM0的输出调节DC-DC降压，给风扇电路增加或减少功率。

FSM0被配置为双边缘频率检测器，因为此应用中使用的转速表US1881是一个锁定霍尔效应传感器。意味着每次旋转都会切换转速表输出。因此，每条边，无论是下降还是上升，都代表一个360度旋转。对于本例，目标RPM的周期为40ms。

边缘检测器的输入是Set和Reset信号的AND。通过检查重叠，我们可以知道占空比何时达到100%或0%。边缘检测输出然后过渡ASM到“高停止”和“低停止”。

由于缺省情况下，第一个PWM输出的Set和Reset信号重叠，我们包含了中间状态，以防止状态的不正确过渡。

移位设置和复位计数器

PWM占空比由CNT5/DLY5和CNT6/DLY6输出的Set和Reset信号控制。设置与图6中所示相同。

为了提高和降低PWM，我们对Set和Reset信号进行相对移位，以实现更短或更长的占空比。参见图8时序图。根据当前的状态，两个CNT/DLY块中的一个将获得额外的时钟，将输出移到左边，时间提前。如果Set移位，PWM增加。如果Reset移位，PWM降低。这是由信号“Reset”和“Set”控制的，如图7所示。

额外的时钟每50个周期出现一次，让机械世界有时间赶上电信号。这是由CNT4/DLY4设置的更新周期。每个更新周期，管道延迟和2位LUT2向3位LUT0和3位LUT1 IN0输入产生一个脉冲。如果xord与正常时钟源，我们将产生一个额外的脉冲。

GreenPAK设计，ASM输出

仅使用四个ASM输出。”Shift_CNT6'和Shift_CNT5'进入SR计数器逻辑并控制移位。它们用于选择哪个CNT获得一个额外的时钟，表示PWM的电流方向。

如图9的ASM输出表所示，当我们向上计数时，Reset和Set都是High，当我们向下计数时，都是Low。要停止额外的时钟计数，Reset和Set是相反的。Reset为高，Set为低。这确保他们都选择常规时钟源。

“强制0”和“强制100”表示PWM逻辑何时达到100%和0%，并屏蔽SR锁存器强制0将强制PFET关闭，以达到停止低、缓冲低和复位状态。’Force 100强制PFET在高停止、高缓冲和超速状态下打开。

3位LUT2是SR锁存器。如果CNT6_out为逻辑1，则设置锁存器。如果CNT5_out为逻辑1，则锁存器复位。3位LUT6对SR锁存器进行选通。如果设置为高，则输出强制为高。如果“设置为低”为高，则输出强制为低。两个信号永远不会同时处于高位。如果两个信号均为低电平，则使用3位LUT2的倒数。

I2C

若要更改所需的RPM，请使用I2C写入FSM0的计数器值。单词address位于地址0xC5和0xC6。

请参阅下面表1中的示例。如果我们想将计数器值0xDD写入FSM0，命令将是:

[0xSA 0xC5 0xE0 0x2E]例如1

[0xSA 0xC5 0x40 0x1F]例如2

其中SA为从地址。

要将RPM转换为计数器数据，请使用以下等式：

计数器数据取决于GreenPAK内部OSC。在这种设计中，OSC的理想值应为2MHz/8=250kHz。要获得25Hz的RPM频率，周期必须为40ms，这对应于9998的计数器数据。

因为实际的OSC被测量为253kHz，我们最终得到的是25.3Hz而不是25Hz。

字地址	当前RPM/FSM0计数器值	例1	例2
0 xc5 0 . xc6	x10 0 x27	0 xe0 0 x2e	0 0 x40 x1f
十进制的	9998	11998	7998
期	40毫秒	48毫秒	32毫秒
频率/转/分	25赫兹	20.8赫兹	31.25赫兹
实际的频率	24.4赫兹	21.0赫兹	31.4赫兹
分钟	23.2赫兹	18.9赫兹	28.6赫兹
马克斯	27.8赫兹	22.8赫兹	34.4赫兹
圣开发。	478兆赫	385兆赫	520兆赫

以上三个例子的误差分别为2.4%、1.0%和0.5%。设备运行的时间越长，平均出错率就越高。一些误差是由于OSC修剪，在我们的情况下测量为253kHz而不是250kHz。PWM将需要一些时间来上升或下降，直到它达到一个稳定的状态。在达到稳定状态后，状态机将在' PWM Up '和' PWM Down '之间切换，导致PWM输出在平均值附近抖动。

这会导致最小和最大频率在平均值附近跳跃，具体取决于PWM分辨率。在上述示例中，mins和max频率的误差百分比最差为15%。为了减少此误差，我们可以增加CNT5和CNT6计数器值，使每个增量的PWM宽度更小，从而实现更好的频率控制，但降低了设置时间。

波形的功能

下面的功能是在PWM输出达到稳定状态的几秒钟后进行的。

在稳定状态下，状态机有节奏地从PWM向上切换到PWM向下。

我们可以看到RPM输入频率为11.4Hz，或88ms。然而，由于霍尔效应传感器是一种锁存装置，每条边缘都被解释为一场革命。配置FSM0检测两个边缘。因此，实际的RPM频率是22.8Hz时的两倍，即45ms。这正好是我们的40ms目标，这是由FSM0中的计数器值设置的。

通道1(黄色)- PIN#18 (PWM Out)

通道2（浅蓝色）-插脚3（RPM）

通道3(品红)-风扇输入电压

图13显示了设置FSM0计数器数据为12000时的功能。我们可以看到霍尔效应频率是9.42Hz，这意味着每分钟转数是18.84 Hz。

图14显示了将FSM0计数器数据设置为8000时的功能。我们可以看到霍尔效应频率为14.8Hz，这意味着每分钟转速为29.6 Hz。

环行

下面是PWM风扇的电路板原型。左边的电路板有电感、pet、二极管和电容器。GreenPAK IC是开发工具评估委员会的成员。

右侧的试验板将GreenPAK外部连接器连接到霍尔效应传感器，该传感器必须持续通电。

在下面的第一个图像，风扇停止，因为PWM电路是禁用的。在第二幅图中，风扇正在运行，因为PWM电路是使能的。

结论

调速PWM风扇电机控制器是如何在反馈环路中使用ASM来控制外部电机的一个例子。我们使用频率检测器功能，很容易在霍尔效应输入上创建看门狗。然后，我们使用I2C来改变参考频率。整个数字控制逻辑是在PAK设备中实现的，由于使用ASM，它可以很容易地调整。