Melexis Kühlgebläse-Drehzahlregler für leisen und sparsamen Betrieb
July 27, 2011 - Tessenderlo, Belgium
Melexis stellt heute seine supermoderne Lösung für energieeffiziente Kühlgebläseaggregate der Öffentlichkeit vor. Der MLX90287 stellt eine vollständig integrierte, robuste und auf dem Hall-Effekt basierende Gebläseantriebs-IC mit hoher Leistung und der Fähigkeit zur Verfügung, die Kühlgebläsedrehzahl mit PWM- oder Analogsignalen zu regeln. Dieses Gerät bringt Vorteile für IT-Einrichtungen wie Desktopcomputer, Spielkonsolen sowie auch für Kühlgebläse im Fahrzeugbau wie LED-Scheinwerfer.
Das Besondere am MLX90287 ist die Ein-Chip-Lösung für den Antrieb von geräuscharmen, drehzahlgeregelten, einspuligen und bürstenlosen Kühlgebläsen. Mit einer Betriebsspannung von 4,5 V bis 16 Volt zielt der MLX90287 auf die häufig eingesetzten “12 Volt”-Kühlgebläseanwendungen. Mit seiner integrierten Leistungsstufe können Kühlgebläse mit bis zu 550 mA Nennstrom (kontinuierlich), die für eine Vielzahl von Anwendungen infrage kommen, leicht angetrieben werden. Das Gerät ist sogar imstande, bei Umgebungstemperaturen von -40 bis 150 °C zu arbeiten und ist daher auch für raue Einsatzfälle wie beim Fahrzeugbau, in der Industrie, beim Militär und in der Luftfahrt geeignet.
Der letzte Schritt bei der Auslegung einer energieeffizienten Kühlung ist die Regelung und Optimierung der Kühlgebläsedrehzahl in Abhängigkeit der thermischen Systembelastung. Nehmen wir als Beispiel einen Computerprozessor, wo bei normalen Büroarbeiten eine geringe Systembelastung gegeben ist, jedoch beim Spiel mit anspruchsvollen 3D-Spielen das System maximal belastet wird. In einem solchen Fall die Kühlleistung ständig auf dem höchsten Niveau zu halten wäre eine Energieverschwendung und würde zu störenden Lüftergeräuschen führen.
Der MLX90287 bietet eine einfache Lösung zur Regelung der Kühlgebläsedrehzahl mit Hilfe von digitalen oder analogen Techniken. Die neuesten Bauweisen für die CPU-Kühlung setzen hochfrequente Pulsweitenmodulation-Signale (PWM) ein, wo der verwendete Arbeitszyklus proportional zur gewünschten Kühlgebläsedrehzahl ist. Im Gegensatz zu anderen Lösungen akzeptiert der MLX90287 direkt, ohne irgendeinen externen Schaltkreis, einen breiten PWM-Frequenzbereich von 100 Hz bis 100 kHz. Dies entspricht perfekt den modernen Systemen, die typischerweise mit 25 kHz oder darüber arbeiten sowie auch älteren Systemen, die noch mit niedrigeren Frequenzen arbeiten. Andere Bauweisen benutzen Analogsignale oder sogar eine Temperatursensor-Regelung. Der MLX90287 kann die Kühlgebläsedrehzahl mit einem einfachen Potentiometer regeln, eine Lösung, die von vielen Extremspielern zur gesamten Steuerung benutzt wird, oder sogar nur mit einem einfachen Thermistor für eine mehr automatische Regelung in Abhängigkeit der tatsächlichen Systemtemperatur.
Systemarchitekten müssen häufig eine Lösung finden, um bei einem Systemfehler oder im Systemstandbymodus eine minimale Gebläsedrehzahl aufrechtzuerhalten. Der MLX90287 ermöglicht eine flexible und mühelose Lösung zur Einstellung der Minimaldrehzahl mit Hilfe eines externen Widerstandsteilers. Mit nur zwei billigen Widerständen und nicht mehr kann man komplett unabhängig die Minimaldrehzahl einstellen. Ist die Einstellung einer Minimaldrehzahl nicht erforderlich, braucht man auch diese zwei Widerstände nicht mehr. Es ist wirklich so einfach.
Ein bekanntes Problem bei Kühlgebläsen sind die hohen Stromspitzen oder der Anlaufstrom, der beim Hochfahren vom Stillstand auf die Nenndrehzahl auftritt. Die Spitzenwerte liegen normalerweise beim 2 bis 3-fachen des durchschnittlichen Stromverbrauchs bei normaler Drehzahl. Daher sind die Systementwickler gezwungen, diese Ströme bei der Auslegung der erforderlichen Stromversorgung und der Systemzuverlässigkeit zu berücksichtigen. Der MLX90287 besitzt einen Sanftstartmechanismus, um den Spitzenanlaufstrom entsprechend zu kontrollieren. Konventionelle Sanftstartsysteme steigern über einen bestimmten Zeitraum den Speisestrom linear von Null bis zur vollen Leistung. Dieses Verfahren hat für größere Kühlgebläse eindeutige Nachteile. Bei niedriger Leistung kann bei solchen Systemen das Gebläse aufgrund der mechanischen Trägheitskräfte möglicherweise nicht anlaufen. Dann aber kann das Gebläse auf volle Leistung gehen, selbst wenn das System nur die halbe Leistung oder noch weniger benötigt und somit Energie verschwendet wird.
Der intelligente Sanftstartmechanismus des MLX90287 stellt jedoch von Anfang an gerade genug Leistung zur Verfügung, um die mechanischen Trägheitskräfte zu überwinden und ein sofortiges Anlaufen zu ermöglichen. Bei ansteigender Leistung überwacht dann der MLX90287 mit seinem integrierten Hall-Sensor die Rotormagnetübergänge und passt die Leistung den Systemanforderungen an. Somit ermöglicht der MLX90287 bei jedweder Kühlgebläseausführung einen einwandfreien Anlauf bei der geringsten vorgegebenen Drehzahl und unterdrückt die hohen Anlaufstromspitzen.
Im MLX90287 integriert sind die neuesten Geräuschminderungstechniken, die bei der Melexis Gebläseantriebs-IC eingesetzt werden. Wie mit der neueren MLX90285 eingeführt wurde, optimiert die „aktive“ Melexis Sanftschalttechnologie automatisch die Möglichkeiten zur Geräuschminderung in Abhängigkeit von der Gebläsedrehzahl. Man erhält somit bei hohen Drehzahlen einen hohen Motorwirkungsgrad bei geringem Geräusch und bei niedrigen Drehzahlen sogar noch einen geringeren Geräuschpegel. Mit dem Sanftschalten ist es möglich, selbst bei niedriger Systembelastung „flüsternde“ Kühlgebläse zu erhalten.
Der MLX90287 wird mit dem Tachometer (FG – Frequency Generator) kurzschlussgeschütztem Open-Drain-Ausgang geliefert, wie er für die Drehzahlberechnung benutzt wird. Dieses Gerät liefert auch einen Sperrspannungsschutz über den gesamten Bereich und einen eingebauten Rotorblockierschutz, um eine Überhitzung der Motorwicklung bei einer mechanischen Blockierung zu verhindern. Ebenso ist ein Wärmeschutz vorhanden, um das Gerät optimal gegen einen abnormalen Temperaturanstieg bei einem Kurzschluss in der Motorwicklung zu schützen. Schließlich bietet die Auslegung der elektrostatischen Entladung (electrostatic discharge, ESD) auf mehr als 6000 V (Human-Body-Modell) eine ausreichende Sicherheitsmarge zu möglichen Schadensrisiken bei der Modulmontage oder beim Einsatz.
Der MLX90287 ist in einer 8-poligen oberflächenmontierten “SOIC”-Baueinheit erhältlich. Die Melexis SOIC-Baueinheit schützt die Umwelt und erfüllt vollständig die „grünen“ Anforderungen einschließlich sogar der RoHS (Restriction of Hazardous Substances – Beschränkung gefährlicher Substanzen) sowie die Einhaltung der Blei- (Pb-frei) und Halogenfreiheit.
Mit seiner Vielzahl von Vorteilen und der einfachen Anwendung ist der MLX90287 eine bemerkenswerte drehzahlgeregelte Gebläseantriebs-IC-Lösung. Der MLX90287 ist direkt kompatibel mit Intels PWM-Gebläsespezifikation mit analoger und temperaturabhängiger Drehzahlregelung in ein und demselben Gerät und bietet höchstmögliche Flexibilität und Integration als Ein-Chip-Lösung für einen großen Bereich von Kühlgebläseanwendungen.
Den MLX90287 gibt es für die Großserienproduktion und Muster zur Überprüfung sind auf Anfrage erhältlich.
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