GreenPAK 製品は、大きな電力を消費するアプリケーション、例えばFETを制御してモーターを駆動したりすること、例えば降圧DCDCコンバータから電源供給する構成などにも対応可能です。このアプリケーションノートでは、回転数のフィードバックをI2Cのインターフェースで行うことにより、閉ループの回転速度制御によるPWMファンコントローラをプログラマブルに実現しています。平均の誤差は 2.5%未満、最大、最小誤差で15%未満となっています。これらの特性の精度に関しては、回転数が収束し安定するまでの時間と引き換えに改善可能です。

アプリケーション

３線式のファンの３線には、VDD、 GND そしてタコメータの出力があります。

図1.システムシステム构成构成

5v供给，駆动駆动モーターはブラシレス，，约约约供给供给供给のととなりなりますます。。。。ではは，，，，モーターモーターモーターのののの回転回転回転回転回転速度速度速度速度速度はははは入力入力入力入力入力入力入力PCh fetののは，，図１示す示すにににににのののののの出力出力信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号信号によりによりによりにより制御されますますます。。。出力出力出力出力出力，

センサーは内２つのつのコイルの间配置さされおりおり，，，，ファンファンのののののタコメータてててててててててててててててててててててててててててててててててててててて间隔の计测ことにより回転を计算しモーターに加えるパワーパワーを调整调整することができ

greenpakはははようよう，ははのののの电源ののののののののののの范囲内ですですですです。以下以下以下にに示す示す示す回路回路回路はは，ハイサイドににににににににににににに

GreenPAK デザイン、 ASM の状態

このデザインでは、ASM（非同期状態制御回路）の８つのすべての状態を使用します。状態には、図２に示すようにラベルが付けられています。初期状態は、リセット状態です。リセット状態では、PWM出力はLowになっています。

惯性によりファン摩擦を乘り越えるまで始めんんそのそのためのの代表代表的的的なな30％ですですはデューティーななな的

asmがアクティブ，ドライブ状态に迁移し。その最最大大出力つまりつまりつまりつまりつまりデューティーデューティーデューティー比比比比比％％％％状态ををををを秒间秒间秒间継続することができことができことができ。この最初を始めるとなります。

pwm up upののにに迁移ます。。もしが速速速すぎるすぎる，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，ははははははははは的ににににににににににににのののののの间的行ったりたります定常に行き着く行き着くと，行ったりたり来たりたりはより安定安定的的

RPM（回転数）に対する要求が高すぎたり、低すぎたりすると、GreenPAKの出力は最終的に100% になったり 0% になったりします。そのため、PWMのデューティー比が反転しないように、出力を最大値‘Stop High’、あるいは最小値‘Stop Low’で止めるためのゲートが用意されています。これらの状態においては、PWMは強制的にHighまたはLowに固定されます。

‘Buffer Low’ および ‘Buffer High’ は、ASMの望まない遷移を防止するための、中間的な状態です。ステートマシンは、‘Stop Low’ と ‘Stop High’にエッジ検出セルを利用します。この時点で、もしPWMの方向が逆になると、最初の周期でエッジが発生します。もし、バッファの（中間的）状態が無いと、Stop状態からもう一つのStop状態へと直ちに移行してしまいます。そのため、中間的なバッファ状態を使って、状態がループするのを防いでいます。

図2。ASMステートステート

図 3. RPM 入力から周波数検出 FSM0

greenpakデザイン，ASMの入力

図4. ASMのの

ASMへの主要な入力には、 ‘Decrease PWM’ と ‘Increase PWM’の２つのインバータ経由の信号があります。これらの信号は、図４にあるようにPWMのパルス幅を何時増加あるいは減少させるかを示します。 ‘Increase PWM’ による遷移は、ASMをPWM Down から PWM Up へと、また‘Decrease PWM’ による遷移は、ASM をPWM Up から PWM Downへと変化させます。

FSM0は、回転数(RPM)の周波数カウンターです。周波数検出モードにおいて、入力の２つのエッジの間隔時間を計測し、カウンターのデータと比較します。もし、間隔の方が長ければ、スピードが遅すぎると判断されます。もし、間隔の方が短ければ、スピードが速すぎることになります。 FSM0の出力は、DC-DC降圧レギュレータへの供給の加減を制御し、ファンの回路を駆動します。

fsm0は両エッジ周波数としてとして设定されれます。。。といういういういうのののは，，このこのアプリケーションアプリケーションアプリケーションアプリケーションus1881れるれるれるれるれるれるれるれるささはは360度度度度度回転にに対応対応対応対応ししてています。。この例例例でではははは，，，，，，ターゲットターゲットターゲットターゲットターゲットターゲットターゲットターゲットとととととととなるなるなるなる回転回転回転回転回転回転

図5. FSM0のの设定

検出器入力，セットおよびリセット信号の信号信号信号信号信号をたものオーバーオーバーオーバーラップラップラップををををを见る见る见る见る见る见る见ることことで，，デューティーデューティーデューティーデューティー比比比がががががが％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％％に达し达し‘Stop High’ や ‘Stop Low’に遷移させます。

pwm出力出力のとリセットに，でラップががあるためため，，中间中间的な状态をを含む含むことことことででで

セットリセットカウンターをシフトする

pWmデューティーサイクル，，，，，ととcnt6/dly6からからされる信号により制御さ。。设定设定设定はは，図図

pwmデューティーを，减少せるは，セットとを相互相互ににシフトシフトささささせます。。図８８ののののタイミングタイミングタイミングタイミングチャートチャートチャートにそのそのそのその様子様子様子様子様子様子なクロック発されますますます，出力はにシフト（时间时间的的）は，７リセット及びセット信号制御されます。

余分なクロックは、50周期に一度発生します。この頻度により、機械的な動きが電気信号に追随できます。これは、CNT4/DLY4により設定される更新周期です。更新周期毎に、パイプディレイと２ビットルックアップテーブル２はパルスをひとつ発生して、3ビットルックアップテーブル０と１のIN0に入力します。通常のクロック源とXORをとれば、余分なパルスが発生されます。

greenpakデザイン，，

ASMの出力としては、4本のみ使用します。 ‘Shift_CNT6’ と ‘Shift_CNT5’ は、SRカウンターのロジックに入力され、シフトの制御を行います。具体的には、どちらのカウンターが余分なクロックを受けるかを選択するのに用いられます。それは、PWMがどちらの方向に進んでいるかを示しています。

図6. PWM出力出力セットおよびリセットリセット

図 7. PWM出力のセットおよびリセット

図 8. PWM出力のセットおよびリセット

図９の出力テーブルにあるように、カウントアップ時にはセットとリセットはともにHighであり、カウントダウン時にはともにLowとなっています。余分なクロックのカウントを止めるには、リセットとセットを反対にします。リセットをHighに、セットをLowにすると、通常のクロックのみが選択されます。

図9。ASM出力出力出力设定设定

‘Force 0’ と ‘Force 100’ は、PWMロジックが100% や 0% に達して、SRラッチがマスクされたことを示します。‘Force 0’ は、Stop Low、 Buffer Lowおよび Reset状態のためにPFETを閉じます。‘Force 100’は Stop High、Buffer High とOverdrive 状態のために PFETをオープンにします。3ビットルックアップテーブル2は、SRラッチです。

cnt6のロジックロジックロジックのの，ラッチはさされれれれれれ出力ががががロジックロジックロジックロジックロジックロジックロジックロジックロジックロジックのの1高高的高が高が高がのの出力出力出力出力出力は出力出力ににになり両方両方両方のの信号ががががががが同时同时同时同时同时同时同时ににににににににになるします。

I2C

図10. Greenpakによるによるデザイン

I2Cををはにににはててててててててののの値をを书き换え书き换えますますます。。。。。ワードワードワードアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレスアドレス

1をを。。。。。ににに値値値にをを书き込むコマンドは，，次のようになりなり

例：[0xSA 0xc5 0xe0 0x2e]

例：[0xSA 0xc5 0x40 0x1f]

ここでsaはスレーブアドレスを示し。。

rpmからカウンターへ変换は，の式を参照。。

カウンターデータは、GreenPAKに内蔵された発振回路に依存します。このデザインでは、発振周波数は2MHz/8 = 250kHzが理想的です。 RPM周波数25Hz、周期40msを得るには、カウンターデータを9998に設定します。

表1. rpm i2c写のの例

单词地址	当前RPM/FSM0计数器值	示例1	示例2
0xc5 0xc6	0x10 0x27	0xE0 0x2E	0x40 0x1F
小数	9998	11998	7998
时期	40ms	48ms	32ms
频率/ rpm	25 Hz	20.8 Hz	31.25Hz
Actual Frequency	24.4 Hz	21.0 Hz	31.4 Hz
最小	23.2 Hz	18.9 Hz	28.6 Hz
最大限度	27.8 Hz	22.8 Hz	34.4 Hz
St. Dev.	478 MHz	385 mHz	520 MHz

253kHzでありでありでありでありであり计测计测计测结果结果结果结果てて25Hzではなく25.3Hzととと。。。。

2.4％1.0％および0.5％でし误差３３３３３３例例例例。。のの动作长いほど，パーセント误差のの平均値はは良い良い良い结果结果结果になりなり。。によるもので、ここでは250kHzではなく253kHz に合わせ込まれます。PWMは、安定するまでしばらくの間増減を経ます。安定状態に達すると、状態制御回路は‘PWM Up’ と ‘PWM Down’ の間を行ったり来たりするため、平均値近辺でPWM出力にジッタを生じます。

このことにより、PWMの分解能によっては、周波数が平均値の辺りで最大値と最小値の間をジャンプすることになります。上記の例では、周波数の最大値と最小値のパーセント誤差は、最悪の場合15%になります。この誤差を減らすためには、CNT5とCNT6のカウント値を増加させることにより、各カウントによるPWMの増加のステップを小さくし、セトリング時間の増加と引き換えにより良い周波数制御を行います。

タイミング波形と机能

PWM出力出力出力がしてから时间が経过経过したたときのものもの

安定状態では、ステートマシンはPWM増加からPWM減少にリズミカルに切り替わります。

（rpm）ののの入力周波数，，，，，，，，，，，，，，，はとととていますます。ながら，，ホールセンサーセンサー出力出力ははラッチラッチさされるれるためため，，各各ははは一一一一一一一一22.8Hz 22.8Hzまたは22.8Hzまたはののののますます。。従っのののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののののの22.8Hzまたは45msとととととととととなりますます，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，，

Channel 1 (yellow) – PIN#18 (PWM Out)

频道2（浅蓝色） - 引脚＃3（rpm）

频道3（洋红色） - 风扇输入电压

図11。PWMファン駆动波形駆动波形

図12。PWMファンファン路路

図 13 は、FSM0カウント値が12000に設定されたときの動作を現しています。ホールセンサーの周波数は9.42Hzなので、RPMは18.84 Hzということになります。

図13。PWMファン駆动波形1

図14は、FSM0カウント値が8000に設定されたときの様子を現しています。ホースセンサーの周波数は14.8Hzのため、RPMは29.6 Hzとなります。

図 14. PWM ファン駆動波形 2

回路

下図は、PWMファンの試作品のブレッドボードです。左側のブレッドボードには、インダクター、 PFET、ダイオード、キャパシタを内蔵しています。 GreenPAKのチップは、開発ツール評価ボード内にあります。

greenpakのののののとセンサーを接続し，常时电源を供给供给さますますますますます

Pwm回路，最初図回路回路ディセーブルされてために，，ファンファンファンがががががが止まっ止まっ止まっいいいいますますます。。。。。。2

结论

GreenPAKに内蔵された非同期状態制御回路の使い方の一例として、外部モーターのフィードバックループに入れてPWMにより回転速度を制御する方法をご紹介しました。ホールセンサーの出力を簡単にモニターするために、周波数検出機能を使用しています。そして、I2Cバスにより基準周波数を変更します。デジタル制御回路全体はGreenPAKチップに実装され、ASM（非同期制御回路）により簡単に変更が可能です。

図 15. 停止状態のファン

図 16. 動作中のファン

AN-1138速度调节PWM风扇电动机控制器（日语）

参考資料

始めに