CPU散热风扇电源控制模型及线路原理图.doc

CPU散热风扇电源控制线路。用过笔记本电脑的朋友都应该知道，CPU散热风扇的转速是可以实现调节的，甚至在CPU发热量不是很高的工作状态下，风扇还会停止运转，以便节约更多的电能。电脑在电池单独供电的情况下，系统的电能是非常宝贵的。这就决定CPU散热风扇简单的停止和运转两种状态已不能满足电源管理的需要，它还需要能调节成各种不同转速的中间状态存在。具体的线路实现原理，在后面介绍。 3.5.1 CPU散热风扇控制线路 如图3-5-1所示，是整个笔记本电脑CPU散热风扇基本控制系统示意图。它构成的几个要件有CPU内部温度传感器、主板温度控制芯片、主板电源管理芯片、CPU散热风扇供电线路和CPU散热风扇散热模组。整个系统的组成，最终还是为了实现CPU降温来服务的。现在分步来看。 图 3-5-1 典型CPU散热风扇控制模型 CPU内部温度传感器 集成在CPU芯片内部一个热敏二极管的电气特性会随着CPU内核的温度变化而变化。二极管传感器的变化信息，将通过CPU的两个引脚传递到主板上CPU底座附近温控芯片的两个引脚上去。 主板温度控制芯片 该温控芯片的主要职责就是将CPU内部温度传感器引脚传递来温度信息转换成符合SMBUS总线规范的数字信息，并最终传递给主板上的电源管理芯片。不仅如此，当CPU温度升高到CPU规格限定值时，温控芯片通常能够直接去控制系统电源部分，关闭整个主机电源，避免CPU和其他相关模块因温度过高而损坏。如图3-5-2所示，典型CPU温控芯片主板视图。 图 3-5-2 典型温控芯片视图 主板电源管理芯片 电源管理芯片通过温控芯片侦测到CPU温度信息，并通过EC BIOS内部CPU温度控制列表，发出相应的控制信号，来控制CPU散热风扇工作电压进而实现风扇转速的调节。 下图3-5-3所列，为典型笔记本电脑机型CPU散热风扇转速控制信息清单。 图 3-5-3 典型风扇转速控制清单 CPU散热风扇散热模组及其供电线路 CPU散热风扇散热模组自身运转与否及其转速高低，最终还是由加在风扇引脚上面电压的高低决定。普通可调节CPU散热风扇都是3PIN的，它们分别是电源、转速控制和接地脚。当CPU散热风扇电源脚工作电压被电源管理芯片发出来的控制信号关闭后，风扇将停止运转。在CPU散热风扇工作电压开启的情况下，可以通过连接到电源管理芯片上的转速控制脚来实现风扇的转速调节。该引脚信号是一个矩形方波，EC通过调节方波电压信号的占空比，来实现CPU散热风扇工作的电压差。不同占空比的控制信号可以实现CPU散热风扇的低、中及高速运转。 如图3-5-4所示，典型笔记本电脑CPU散热风扇散热模组温控及供电线路原理图。图 3-5-4 典型CPU散热风扇控制线路图 在介绍线路图之前，首先来简单地学习图中的温控芯片U25，它采用的是Maxim公司的MAX6657。它是一颗高精度的双通道数字温度传感器，每个通道都可以精确地测量芯片自身内核和远程PN结温度，并通过2PIN的SMBUS总线数字传输线路汇报给它的“上级”：电源管理芯片。它具有11位分辨率、0.125的数据采集精度。在60100的温度范围之内，远程数据采集误差可控制在1以内。 如表格3-5-1列出了MAX6657 8PIN SOP芯片封装的引脚定义，各位可以结合后面芯片内部功能模块示意图一并理解。 表格 3-5-1 MAX6657芯片引脚规格定义 如图3-5-5所示，MAX6657温度控制芯片内部功能结构图。可以笼统地将它分成四个部分来看。 图 3-5-5 MAX6657功能模块图 图中标示为1的部分，它包含左、右两个部分功能。左边用来侦测远程和本地热敏二极管温度变换的信息。该信息是一对差分模拟信号，它需要通过右边11位的模数转换器将温度信息转换成数字信号，然后存储在图中标示2所示的一系列寄存器当中。这些寄存器分别用来寄存命令行、远程温度、本地温度和报警域值等信息。图中标示为3的部分，便是SMBUS总线接口及地址解码器，它要做的就是主机电源控制芯片能够通过该SMBUS总线及时获取芯片MAX6657内部相关寄存器的信息，进而将现有CPU温度信息和EC BIOS程序里的设定值进行对比，及时调整CPU散热风扇转速。图中标示为4的部分，是MAX6657温控芯片两个开漏输出脚，图中示意的三极管导通时，引脚将被拉低，输出低电平有效的触发信号。 再回到线路原理图中来。首先，从图中CPU温控芯片U25来看。它第2、3PIN的THERMDA和THERMADC分别直接连接到Intel CPU的第A24、A25两个脚（不同型号CPU此引脚的位置，可能不相同）。果然，在这两个引脚之间，串接了一颗2200pF的电容C522。U25第1PIN连接的是3.3V工作电压，在电压源和芯片引脚间，如芯片规格书中建议的一样，串接了一颗200的电阻R407。U25第4PIN通过三极管Q29连接到1999_SHDN#控制信号，也就是当该引脚低电平有效时，1999_SHDN#信号也将变为低电平，并传送给3.3/5VPCU系统电源控制芯片MAX1999的SHDN#引脚，直接将其关闭。这也意味着主板的整个电源系统被关闭，处于断电状态。芯片第5PIN直接连接到主板的地。第6PIN通过电阻R429连接到南桥芯片的THEM#引脚上，以便其向南桥芯片汇报温度预警信号。U25最后两个引脚第7、8PIN连接的是SMBUS总线。前面说过，主板上的电源管理芯片就是通过这组总线获取CPU温度信息的。图中电源管理芯片PC87541V第163、164PIN分别连接到SMCLK和SMDAT上。与此同时，PC87541V第37PIN的VFAN信号连接到图中U5集成电源芯片第4PIN的SET脚上，用来打开或关闭图中的5V_FAN电压。当该信号为高电平有效时，U5的5V_FAN电压被打开，CPU散热风扇开始运转。VFAN为低电平时，则反之。电源管理芯片第172PIN连接的是FANSIG风扇转速控制信号，该信号直接和风扇接口CN17第3PIN相连接。不过，该信号需要3.3V电压通过R458进行上拉。CPU散热风扇转速的调节，就是通过改变该方波电平信号的占空比来实现的。 以上针对图中CPU散热风扇控制线路作了一下分析，同时也对典型CPU温控芯片作了扼要的说明。线路本身并不是非常复杂，相信各位读者对整个CPU散热风扇电源控制的原理已经掌握。后续各位关于CPU散热风扇散热模组类故障的诊断，已经有了理论上的依据，解决这类问题将不再是件困难的事情。 现在，再对上图线路控制原理做一总结。当系统CPU温度升高时，每超过一个温度设定级别，电源管理芯片就会根据侦测到的CPU温度值，来加快CPU散热风扇的运转。而当CPU散热风扇转速加快时，和CPU内核相接触的散热片上的热量会更加及时地被散发到电脑主机外部，也因此使得CPU工作时产生的热量会更加及时地被散走，进一步使得CPU温度降低。而CPU温度的降低，则会使得CPU散热风扇运转变慢。如此，正好形成了一个闭合的反馈回路。CPU在不同的工作负荷下，风扇的运转状态最终会达到一个动态的平衡，正如图3-5-6示意图所示。 图 3-5-6 典型CPU