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無刷直流風(fēng)扇設(shè)計，高性能電子系統(tǒng)的“最愛”

發(fā)布時間：2015-04-07 責(zé)任編輯：sherry

【導(dǎo)讀】系統(tǒng)冷卻/熱管理已成為所有高性能電子系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)。通常采用強制對流方式來實現(xiàn)熱管理。強制對流方式通過轉(zhuǎn)移熱源內(nèi)部及周圍的空氣來提高散熱。采用無刷直流（BLDC）風(fēng)扇能夠輕松實現(xiàn)上述目的。
 
我們已經(jīng)進入需要高性能和電路小型化的電子產(chǎn)品革命時代。電子系統(tǒng)性能的提高和尺寸的縮小已經(jīng)導(dǎo)致功耗與散熱的增加。因此，從個人電腦到高端服務(wù)器的不同解決方案頻頻出現(xiàn)熱管理問題。系統(tǒng)冷卻/熱管理已成為所有高性能電子系統(tǒng)的關(guān)鍵任務(wù)。通常采用強制對流方式來實現(xiàn)熱管理。強制對流方式通過轉(zhuǎn)移熱源內(nèi)部及周圍的空氣來提高散熱。采用無刷直流（BLDC）風(fēng)扇能夠輕松實現(xiàn)上述目的。此類風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速取決于其RMS電壓。
 
通過全速運行風(fēng)扇可以實現(xiàn)熱管理，但是風(fēng)扇的高轉(zhuǎn)速會導(dǎo)致以下問題：
 
● 提高可聞噪聲
 
● 增加功耗
 
● 縮短使用壽命（機械磨損）
 
● 增加堵塞（集塵）
 
然而，風(fēng)扇低于所需轉(zhuǎn)速運行時又會導(dǎo)致冷卻不足，從而造成組件過熱。過熱會造成組件故障。為了解決此類問題，必須根據(jù)環(huán)境條件（即：溫度）控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
 
風(fēng)扇轉(zhuǎn)速可采用以下方式控制：
 
1. 直接PWM →通過提高或降低用于控制轉(zhuǎn)速的脈寬（即：改變占空比）可以實現(xiàn)脈寬調(diào)制（PWM）。
 
2. 線性調(diào)節(jié)→線性調(diào)節(jié)器可以控制風(fēng)扇的直流電壓，進而控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
 
3. DC-DC調(diào)節(jié)→此方式與線性調(diào)節(jié)大同小異，其區(qū)別是采用開關(guān)調(diào)節(jié)器替代線性調(diào)節(jié)器。
 
直接PWM方法因其具有低功耗、低成本、易于設(shè)計等優(yōu)勢，較為常用。熱管理所用BLDC風(fēng)扇大部分為4線，而部分老式設(shè)計為3線和2線。
 
4 線風(fēng)扇
 
此類BLDC風(fēng)扇的四根線分別用于供電、接地、轉(zhuǎn)速表輸出和PWM輸入。典型4線無刷直流風(fēng)扇如圖1所示。
典型4線直流風(fēng)扇
圖1：典型4線直流風(fēng)扇
 
4線直流風(fēng)扇包含霍爾效應(yīng)傳感器，其可以感測轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場?；魻栃?yīng)傳感器的輸出為脈沖串，其周期與風(fēng)扇轉(zhuǎn)速成反比。每轉(zhuǎn)產(chǎn)生的脈沖數(shù)量取決于風(fēng)扇極數(shù)。就最常見的4極無刷直流風(fēng)扇而言，霍爾效應(yīng)傳感器的轉(zhuǎn)速表輸出在每轉(zhuǎn)會產(chǎn)生2個脈沖。如果風(fēng)扇由于機械或其他故障而停止轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)速表輸出信號穩(wěn)定到某個邏輯低電平或高電平。此類風(fēng)扇轉(zhuǎn)速單位為每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)（RPM）。此類風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速表輸出如圖2所示。
風(fēng)扇轉(zhuǎn)速表輸出
圖2：風(fēng)扇轉(zhuǎn)速表輸出
 
風(fēng)扇采用標準尺寸，一般為40毫米、80毫米和120毫米。為冷卻應(yīng)用挑選風(fēng)扇時，最重要的考慮指標是風(fēng)扇的排風(fēng)量。排風(fēng)量一般用每分鐘立方英尺（CFM）或每分鐘立方米（m3/分鐘）來衡量。風(fēng)扇葉片的尺寸、形狀和槳距都會影響風(fēng)扇的排風(fēng)量。小風(fēng)扇在給定時間內(nèi)排除相同空氣需要以比大風(fēng)扇更高的轉(zhuǎn)速運行。
 
空間受限以及由于物理尺寸限制而需要更小風(fēng)扇的應(yīng)用所產(chǎn)生的噪聲會明顯增強。
 
為了控制產(chǎn)生噪聲，可以配置風(fēng)扇控制器以盡可能低的轉(zhuǎn)速驅(qū)動風(fēng)扇，同時將工作溫度保持在安全限制范圍內(nèi)。與始終全速運行風(fēng)扇的系統(tǒng)相比，這種方法還可以延長風(fēng)扇的使用壽命。
 
風(fēng)扇制造商在其數(shù)據(jù)表中指定占空比與RPM關(guān)系，其容差高達±20%。為了確保風(fēng)扇以預(yù)期轉(zhuǎn)速運行，系統(tǒng)設(shè)計人員需要以比額定值高20%的轉(zhuǎn)速運行風(fēng)扇，以確保制造商供應(yīng)的所有風(fēng)扇都能夠提供足夠的冷卻。這樣可能導(dǎo)致噪聲過高和功耗增加。
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風(fēng)扇制造商會規(guī)定PWM占空比與額定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的關(guān)系，并通過數(shù)據(jù)點表格或關(guān)系圖顯示。圖3舉例說明此類信息，其中橫軸顯示PWM控制占空比（%），而縱軸顯示RPM風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
占空比與速度關(guān)系圖
圖3：占空比與速度關(guān)系圖
 
值得注意的是，在PWM引腳的低占空比狀態(tài)下，所有風(fēng)扇的表現(xiàn)并不一致。某些風(fēng)扇在PWM引腳占空比接近0%時會停止旋轉(zhuǎn)，而有些風(fēng)扇此時仍繼續(xù)轉(zhuǎn)動。這兩種情況下，占空比與RPM關(guān)系可能是非線性關(guān)系，也可能是并未指定。同樣，兩臺相同風(fēng)扇在相同占空比情況下轉(zhuǎn)速可能不同。在利用占空比與RPM信息時，應(yīng)當使用線性區(qū)中明確限定風(fēng)扇行為的兩個數(shù)據(jù)點。從圖4可以看出，PWM占空比為0情況下轉(zhuǎn)速并非0。圖4另外說明，對于給定的PWM占空比，相同風(fēng)扇具有不同轉(zhuǎn)速。
相同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比對比
圖4：相同風(fēng)扇轉(zhuǎn)速與占空比對比
 
風(fēng)扇電纜與連接器
 
在布線層面，制造商的電線色碼并不一致，但是會采用標準的連接器引腳分配。圖5顯示連接器底視圖。請注意：連接器帶有鍵控，以防錯誤插入風(fēng)扇控制器板。一般4線風(fēng)扇是配備永磁轉(zhuǎn)子和電磁定子的BLDC電機，而BLDC電機的整流由風(fēng)扇本身的專用集成電路（ASIC）執(zhí)行。圖6顯示了4線風(fēng)扇的拆卸組件，其中可以看到定子、轉(zhuǎn)子與電機控制ASIC。
4線直流風(fēng)扇連接器引腳分配
圖5：4線直流風(fēng)扇連接器引腳分配
4線風(fēng)扇拆卸
圖6：4線風(fēng)扇拆卸
 
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3 線與2 線風(fēng)扇
 
3線風(fēng)扇端子包括：
 
1. 直流輸入電源（12V、24V或48V）；
 
2. 接地；
 
3. 轉(zhuǎn)速表輸出。
 
由于PWM引腳不可用，因此風(fēng)扇轉(zhuǎn)速必須通過直流輸入電源的PWM調(diào)制進行控制，PWM調(diào)制可以通過控制風(fēng)扇的電流來改變風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速表電路直接通過直流電源輸入供電。該直流電源輸入還可為電機繞組供電；因此，只有在電機通電情況下才會啟動轉(zhuǎn)速表電路。從而，只有在PWM占空比處于“開啟”狀態(tài)并且風(fēng)扇已經(jīng)通電情況下才能夠獲得正確的轉(zhuǎn)速表讀數(shù)。3線風(fēng)扇與4線風(fēng)扇具有不同的PWM引腳可用性和PWM ON周期轉(zhuǎn)速表測量值。2線風(fēng)扇端子包括：
 
1. 直流輸入電源（12V、24V或48V）；
 
2. 接地。
 
這里必須通過調(diào)節(jié)風(fēng)扇的直流電源來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，而此類風(fēng)扇沒有轉(zhuǎn)速表反饋信息。
 
3線和2線風(fēng)扇已過時，而設(shè)計人員現(xiàn)在一直采用4線風(fēng)扇。另外，所選用的鍵控方案使4線風(fēng)扇無需修改就能夠連接到旨在支持3線風(fēng)扇（無PWM轉(zhuǎn)速控制信號）的控制板。本文重點介紹4線風(fēng)扇及其控制方法。
 
4 線風(fēng)扇控制器
 
簡而言之，風(fēng)扇控制器可以定義為能夠根據(jù)PWM占空比變化讀取并控制風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的器件。圖7顯示簡單風(fēng)扇控制器的方框圖。
風(fēng)扇控制器方框圖
圖7：風(fēng)扇控制器方框圖
 
風(fēng)扇控制器的基本模塊包括PWM、磁滯比較器和轉(zhuǎn)速控制固件?；灸K詳細說明如下。
 
在必須采用單個風(fēng)扇控制器控制多臺風(fēng)扇的設(shè)計中采用多路復(fù)用器將來自風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速表信號多路傳輸?shù)酱艤容^器/干擾濾波器模塊。多路復(fù)用器一次會將一臺風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速表信號連接到磁滯比較器/干擾濾波器模塊。某些風(fēng)扇中的轉(zhuǎn)速表信號可能存在干擾，因此可能需要磁滯比較器/干擾濾波器來去除干擾。
 
定時器用于測量濾波后轉(zhuǎn)速表信號的頻率，可以根據(jù)等式1計算出RPM值。計算出風(fēng)扇1的RPM值后，通過多路復(fù)用器連接風(fēng)扇2進行轉(zhuǎn)速測量，然后繼續(xù)此過程。通常定時器測量一個周期的時間。
頻率計數(shù)器
圖8：頻率計數(shù)器
 
定時器按時鐘頻率fclock持續(xù)增加，并且由輸入信號finput（即：轉(zhuǎn)速表信號的頻率）鎖存。雙鎖存器能夠從新的計數(shù)值減去奇數(shù)計數(shù)值，從而獲得各個采樣周期的新累加值。式2說明如何計算測得的頻率。
 
fclock 的選擇方式可以確保定時器針對必須從風(fēng)扇測量的最低頻率/種子值不會溢出?？ㄋ里L(fēng)扇（Stuck Fan）會造成高電平或低電平狀態(tài)，從而導(dǎo)致定時器溢出。通常溢出視為風(fēng)扇卡死的信號。不同風(fēng)扇控制器采用具有不同分辨率的PWM來控制風(fēng)扇。高分辨率可以提供更精細的轉(zhuǎn)速控制。PWM分辨率可以根據(jù)系統(tǒng)需要的轉(zhuǎn)速控制分辨率進行選擇?？梢愿鶕?jù)控制風(fēng)扇所需要的占空比步階精度確定PWM分辨率。
 
風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制
 
由于需要控制的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速容差較大，在采用直接PWM方法的情況下可以通過開環(huán)和閉環(huán)保持風(fēng)扇額定轉(zhuǎn)速。
 
在開環(huán)轉(zhuǎn)速控制中，風(fēng)扇控制器可調(diào)節(jié)PWM占空比，并可根據(jù)主機的指令將風(fēng)扇轉(zhuǎn)速信息發(fā)送到主機/主控制器。此時，主機獲得預(yù)期轉(zhuǎn)速與占空比信息，并將從風(fēng)扇控制器讀取實際轉(zhuǎn)速，然后命令風(fēng)扇控制器調(diào)節(jié)占空比轉(zhuǎn)速信息，以達到預(yù)期轉(zhuǎn)速。圖9所示流程圖以及圖10所示方框圖代表開環(huán)轉(zhuǎn)速控制方法。
開環(huán)轉(zhuǎn)速控制
圖9：開環(huán)轉(zhuǎn)速控制
執(zhí)行開環(huán)轉(zhuǎn)速控制的風(fēng)扇控制器
圖10：執(zhí)行開環(huán)轉(zhuǎn)速控制的風(fēng)扇控制器
 
在閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制中，風(fēng)扇控制器通過測量實際轉(zhuǎn)速和相應(yīng)調(diào)節(jié)占空比來確保風(fēng)扇以預(yù)期轉(zhuǎn)速運行。此時主機會指定風(fēng)扇控制器的預(yù)期轉(zhuǎn)速和容差。閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制中的部分參數(shù)包括：
 
1. 預(yù)期轉(zhuǎn)速——主機希望風(fēng)扇運行的轉(zhuǎn)速。
 
2. 實際轉(zhuǎn)速——例如，風(fēng)扇的數(shù)據(jù)表說明其在占空比1時以RPM1運行，但是由于容差較大，風(fēng)扇實際會以RPM1 ±△運行。RPM1 ±△為風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速，RPM1為風(fēng)扇的預(yù)期轉(zhuǎn)速。實際上，由于風(fēng)扇的磨損和老化，△值會顯著提高。
 
3. 容差——此參數(shù)規(guī)定設(shè)置預(yù)期風(fēng)扇轉(zhuǎn)速目標時的可接受容差。容差設(shè)定為預(yù)期轉(zhuǎn)速設(shè)置值的百分比。閉環(huán)控制的容差定義如下。
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4. 比例、積分、微分（PID）參數(shù)——PID參數(shù)可以影響風(fēng)扇響應(yīng)轉(zhuǎn)速變更請求的方式?？梢葬槍ι仙龝r間、峰值超調(diào)量、穩(wěn)態(tài)誤差和穩(wěn)定性分析相關(guān)輸出響應(yīng)。PID常數(shù)的正確調(diào)節(jié)能夠提供適合某項應(yīng)用的最佳組合。圖11顯示的是PID閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制。
閉環(huán)風(fēng)扇PID轉(zhuǎn)速控制
圖11：閉環(huán)風(fēng)扇PID轉(zhuǎn)速控制
 
每個PID參數(shù)（比例、積分與微分）都會以特定方式影響輸出響應(yīng)。
 
■ 比例參數(shù)有助于實現(xiàn)更快速的響應(yīng)，但是異常高的值會導(dǎo)致超調(diào)量過大和不穩(wěn)定。
 
■ 積分參數(shù)與比例參數(shù)類似，但它的一個主要優(yōu)勢是可使穩(wěn)態(tài)誤差為零。不過，高積分參數(shù)會導(dǎo)致超調(diào)量過大。
 
■ 微分參數(shù)有助于降低超調(diào)量與建立時間。它通常為最小化，因為它會放大誤差信號的噪聲，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定性。
 
需要在快速響應(yīng)和穩(wěn)定性之間進行權(quán)衡。在風(fēng)扇控制器應(yīng)用中，保持穩(wěn)定的風(fēng)扇響應(yīng)通常比獲得快速響應(yīng)時間更有利，因為系統(tǒng)溫度并不會迅速改變。
 
圖12表明，缺乏積分控制以及比例參數(shù)值較低會導(dǎo)致巨大誤差。
PID調(diào)節(jié)，P = 30, I = 0, D=0
圖12：PID調(diào)節(jié)，P = 30, I = 0, D=0
 
在引入積分控制后誤差降低到0，但仍然存在超調(diào)量過大的問題，如圖13所示。
PID調(diào)節(jié)，P = 30, I = 20, D = 0
圖14 PID調(diào)節(jié)，P = 30, I = 20, D = 0
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如圖15所示，隨著積分參數(shù)的進一步降低，峰值超調(diào)量變?yōu)?，但穩(wěn)定時間也隨之增加。
PID調(diào)節(jié)，P = 15, I = 5, D = 0
圖16：PID調(diào)節(jié)，P = 15, I = 5, D = 0
 
積分參數(shù)的降低會增加建立時間，如圖17所示。
PID調(diào)節(jié)，P = 15, I = 2, D = 0
圖17：PID調(diào)節(jié)，P = 15, I = 2, D = 0
 
PID轉(zhuǎn)速控制可以在固件或硬件邏輯中實現(xiàn)，圖18與圖19分別顯示了硬件與固件中的閉環(huán)實現(xiàn)。在閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制中，占空比與RPM信息以查詢表或傳遞函數(shù)的方式保存在風(fēng)扇控制器。在閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制的硬件實現(xiàn)中，轉(zhuǎn)速控制將在硬件中執(zhí)行，從而能夠釋放CPU用于執(zhí)行其它任務(wù)。在需要將CPU用于除風(fēng)扇控制之外的其它進程的設(shè)計中會采用這種實現(xiàn)方式。
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硬件中的閉環(huán)實現(xiàn)
圖18：硬件中的閉環(huán)實現(xiàn)
 
在閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制的固件實現(xiàn)中，轉(zhuǎn)速控制是在固件中執(zhí)行，而且需要占用大量CPU。在風(fēng)扇控制是微控制器執(zhí)行的主要進程或唯一進程的設(shè)計中會采用這種實現(xiàn)方式。
固件中的閉環(huán)實現(xiàn)
19：固件中的閉環(huán)實現(xiàn)
 
風(fēng)扇控制器還涉及幾個其它參數(shù)，如下所示。
 
風(fēng)扇組
 
在風(fēng)扇組中，多個風(fēng)扇共享相同的PWM驅(qū)動信號；不過，所有的單獨轉(zhuǎn)速表反饋信號都連接到單獨端子，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)速測量。
 
告警
 
風(fēng)扇控制器存在各種告警信號。其中最重要的是：
 
1. 風(fēng)扇故障告警
 
風(fēng)扇停轉(zhuǎn)（風(fēng)扇不轉(zhuǎn)）時生成此告警。
 
2. 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)故障告警
 
在自動控制算法無法使風(fēng)扇達到預(yù)期轉(zhuǎn)速時會出現(xiàn)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)故障。當PWM驅(qū)動已經(jīng)設(shè)置為100%但實際轉(zhuǎn)速仍然低于預(yù)期轉(zhuǎn)速時，也會出現(xiàn)此故障。此外，當PWM驅(qū)動已經(jīng)設(shè)置為0%但實際轉(zhuǎn)速仍然高于預(yù)期轉(zhuǎn)速時，也會出現(xiàn)此故障。在現(xiàn)實應(yīng)用中，這可能意味著風(fēng)扇出現(xiàn)了某種機械故障而且無法再以額定轉(zhuǎn)速運行。
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交錯PWM
 
在涉及更多風(fēng)扇的設(shè)計中，為了避免電流消耗激增并降低噪聲，相關(guān)設(shè)計會要求禁止一次性啟動所有風(fēng)扇。為此，此類PWM會讓其上升沿以低延遲交錯。圖20顯示了含14臺風(fēng)扇的設(shè)計所采用的交錯PWM。
含14臺風(fēng)扇的設(shè)計所采用的交錯PWM
圖20：含14臺風(fēng)扇的設(shè)計所采用的交錯PWM
 
風(fēng)扇控制器設(shè)計片上系統(tǒng)（SoC）架構(gòu)的適用性
 
3線或4線風(fēng)扇的控制是通過MCU中的固件指令來實現(xiàn)的——該MCU采用定時器驅(qū)動的PWM接口調(diào)節(jié)PWM周期的占空比和修改實際風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。一旦風(fēng)扇數(shù)量超過分立PWM的數(shù)量，則會限制基于獨立風(fēng)扇控制的控制與優(yōu)化。
 
為了計算實際風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，每臺風(fēng)扇都會輸出一個轉(zhuǎn)速表信號，然后將該信號連接到定時器，以確定風(fēng)扇的RPM轉(zhuǎn)速。盡管某些應(yīng)用不一定在意給定風(fēng)扇的準確RPM，但是該信號對檢測風(fēng)扇停轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)子鎖定故障至關(guān)重要。此外，更先進的風(fēng)扇控制應(yīng)用還可將這種轉(zhuǎn)速表風(fēng)扇響應(yīng)信息用于嚴密控制系統(tǒng)中的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)風(fēng)扇降噪技術(shù)或者盡可能地降低系統(tǒng)中風(fēng)扇的功耗。
 
采用新一代片上系統(tǒng)（SoC）可以在單個芯片上實現(xiàn)所有上述功能，賽普拉斯半導(dǎo)體公司可以提供各種價位的風(fēng)扇控制器解決方案產(chǎn)品組合（入門級、中級和高級）。相關(guān)產(chǎn)品組合包括PSoC 1、PSoC 3、PSoC4與PSoC 5系列。
 
由于能夠獨立控制最多16臺風(fēng)扇，PSoC 3與PSoC 5器件基于可編程邏輯的解決方案可以消除典型MCU實現(xiàn)的約束。此外，由于能夠?qū)o定系統(tǒng)中的每臺風(fēng)扇進行獨立控制和監(jiān)控，因此您能夠：
 
● 實現(xiàn)基于硬件/邏輯的閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制；
 
● 針對系統(tǒng)維持目標溫度的具體需求來優(yōu)化每臺風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，進而控制噪聲與能耗水平；
 
● 實現(xiàn)先進的預(yù)測風(fēng)扇故障與風(fēng)扇老化算法。
 
由于采用硬件實現(xiàn)的閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制以及能夠支持高達16臺風(fēng)扇以及為其它任務(wù)釋放CPU，用于溫度測量的可配置模擬資源（RTD、熱敏電阻、熱電偶和溫度二極管）使PSoC3/5成為賽普拉斯半導(dǎo)體公司的高級風(fēng)扇控制器解決方案產(chǎn)品。圖21顯示了采用PSoC 3或PSoC 5實現(xiàn)的完整風(fēng)扇控制器系統(tǒng)。
采用硬件閉環(huán)控制、基于PSoC3或PSoC 5的風(fēng)扇控制器。
圖21：采用硬件閉環(huán)控制、基于PSoC3或PSoC 5的風(fēng)扇控制器。
 
由于采用硬件實現(xiàn)的閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制以及能夠支持2~14臺風(fēng)扇，用于溫度測量的可配置模擬資源（RTD、熱敏電阻、熱電偶和溫度二極管）使PSoC4成為賽普拉斯半導(dǎo)體公司的入門級風(fēng)扇控制器解決方案產(chǎn)品。圖22顯示了采用PSoC4實現(xiàn)的完整風(fēng)扇控制器系統(tǒng)。
采用硬件閉環(huán)控制、基于PSoC4的風(fēng)扇控制器
圖22：采用硬件閉環(huán)控制、基于PSoC4的風(fēng)扇控制器
 
由于采用軟件實現(xiàn)的閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制以及能夠支持2~8臺風(fēng)扇，用于溫度測量的可配置模擬資源（RTD、熱敏電阻、熱電偶和溫度二極管）使PSoC1成為賽普拉斯半導(dǎo)體公司的入門級風(fēng)扇控制器解決方案產(chǎn)品。圖23顯示了采用PSoC1實現(xiàn)的完整風(fēng)扇控制器系統(tǒng)。
采用軟件閉環(huán)控制、基于PSoC1的風(fēng)扇控制器
圖23：采用軟件閉環(huán)控制、基于PSoC1的風(fēng)扇控制器
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可以根據(jù)表1所示成本與其它參數(shù)確定風(fēng)扇控制/熱管理解決方案的具體PSoC系列選型。
PSoC熱管理解決方案
表1：PSoC熱管理解決方案
 
隨著賽普拉斯PSoC等現(xiàn)代片上系統(tǒng)（SoC）配套提供的工具能夠顯著簡化這些風(fēng)扇控制系統(tǒng)的開發(fā)。PSoC creator是面向基于PSoC 3、PSoC 4和PSoC 5的設(shè)計的工具。PSoC designer是面向基于PSoC 1的設(shè)計的工具。PSoC creator和PSoC designer提供的IP使設(shè)計人員能夠用PSoC快速輕松地開發(fā)風(fēng)扇控制器解決方案。這些IP是封裝所有必要硬件模塊的系統(tǒng)級解決方案，其中包括PWM、轉(zhuǎn)速表輸入捕獲定時器、控制寄存器和狀態(tài)寄存器，因此能夠縮短開發(fā)時間和減少開發(fā)工作。這些IP在PSoC designer中稱為用戶模塊，在PSoC creator中稱為組件。它們可提供易于使用的應(yīng)用程序接口（API）。API程序使我們能夠通過固件與組件互動。表2列出并說明各個函數(shù)的接口。
易于使用的API
表2：易于使用的API
用于PSoC 3、PSoC 4與PSoC 5設(shè)計的PSoC Creator風(fēng)扇控制器設(shè)計向?qū)? width=
圖24：用于PSoC 3、PSoC 4與PSoC 5設(shè)計的PSoC Creator風(fēng)扇控制器設(shè)計向?qū)?/div>
用于PSoC 1設(shè)計的PSoC Designer風(fēng)扇控制器向?qū)? width=
圖25：用于PSoC 1設(shè)計的PSoC Designer風(fēng)扇控制器向?qū)?/div>
 
通過圖形用戶界面可以定制相關(guān)組件或用戶模塊，以便設(shè)計人員輸入風(fēng)扇機電參數(shù)，例如占空比-RPM映射和物理風(fēng)扇組構(gòu)造。通過相同用戶界面可以配置性能參數(shù)，包括PWM頻率與分辨率以及開環(huán)或閉環(huán)控制方法。在輸入系統(tǒng)參數(shù)之后，組件/用戶模塊可以提供能夠節(jié)約PSoC內(nèi)部資源的最佳實現(xiàn)方案，以便集成其它熱管理及系統(tǒng)管理功能。提供的易于使用的API使固件開發(fā)人員能夠快速啟動和運行。圖24顯示的是PSoC Creator的風(fēng)扇控制器設(shè)計向?qū)?，圖25顯示的是PSoC Designer的風(fēng)扇控制器設(shè)計向?qū)А?/div>
 
總之，采用賽普拉斯半導(dǎo)體公司的PSoC作為風(fēng)扇控制器能夠簡化設(shè)計，縮短設(shè)計時間和節(jié)約成本。上述解決方案實例展示了片上系統(tǒng)如何簡化風(fēng)扇控制器設(shè)計。
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