MAX6684：集成电源开关的风扇故障检测器

在电子设备的设计中，风扇是保障设备散热的关键组件，而风扇故障检测则是确保设备稳定运行的重要环节。今天我们就来详细了解一下 Maxim 公司推出的 MAX6684 集成风扇故障检测器，它为我们解决风扇故障检测问题提供了一个高效且可靠的方案。

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一、产品概述

MAX6684 是一款专门用于检测风扇故障的集成电路，它能够准确检测风扇是否出现过度低速运转或堵转的情况。该器件特别适用于那些不需要复杂风扇控制，仅需简单开关控制的关键系统。其独特之处在于，它通过评估风扇低端的电流波动来检测风扇故障，无需风扇转速计信号，大大简化了设计。

二、产品特性

1. 专用风扇故障检测：专注于风扇故障检测，为系统提供可靠的风扇状态监测。
2. 兼容普通 2 线风扇：无需额外复杂的风扇配置，降低了使用成本和设计难度。
3. 无需风扇转速计输出：简化了硬件设计，减少了系统的复杂性。
4. 无需软件开发：对于开发者来说，无需编写复杂的软件代码，降低了开发成本和时间。
5. 无需模拟电路设计：进一步简化了设计流程，提高了设计效率。
6. 逻辑电平风扇驱动控制：通过简单的逻辑电平信号即可实现风扇的开关控制。
7. 适用于高达 24V/250mA 的风扇：具有较宽的电压和电流适用范围，可满足多种风扇的需求。

三、应用领域

MAX6684 的应用范围广泛，涵盖了多个领域：

1. 台式电脑：保障电脑内部散热风扇的正常运行，防止因风扇故障导致电脑过热。
2. 笔记本电脑：为笔记本电脑的散热系统提供可靠的故障检测。
3. 网络设备：确保网络设备的散热，维持设备的稳定运行。
4. 电信设备：在电信设备中，风扇的稳定运行对于保障通信质量至关重要。
5. 工业应用：适应工业环境的复杂要求，为工业设备的散热提供保障。

四、技术参数

1. 绝对最大额定值

参数	数值
VCC	-0.3V 至 +6.0V
FC+、FC-	-0.3V 至 (VCC + 0.3V)
OFF、FAIL	-0.3V 至 +6.0V
PGND	-0.3V 至 +0.3V
SENSE 至 PGND	-0.3V 至 +28.0V
SENSE 电流	1400mA
连续功率耗散（TA = +70°C）8 引脚 SO（+70°C 以上每升高 1°C 降额 5.9mW）	470mW
工作温度范围	-40°C 至 +85°C
存储温度范围	-65°C 至 +150°C
结温	+150°C
焊接温度（气相，60s）	+215°C
焊接温度（红外，15s）	+220°C

2. 电气特性

在 (V{CC}=3.0) 至 5.5V，(overline{OFF}=V{CC})，(T_{A}=-40^{circ} C) 至 +85°C 的条件下，MAX6684 具有以下电气特性：	参数	符号	条件	最小值	典型值	最大值	单位
电源电压	VCC		3.0		5.5	V
电源电流	ICC	IFAN = 300mA			3.4	mA
VCC 关断电源电流	ISHDN	OFF = GND			10	µA
SENSE 至 PGND 输出低电压		IFAN = 300mA		0.3	0.66	V
SENSE 至 PGND 输出导通电阻	RDSON			1	2.2	Ω
SENSE 泄漏电流		VSENSE = 26V		1	10	µA
VFAIL 输出低电压		IFAIL = 3mA			0.8	V
VFAIL 输出泄漏电流		VFAIL = 5.5V		0.1	1	µA
平均 SENSE（风扇）电流			50		300	mA
SENSE 电流关断		VCC = 3V	600		1200	mA
SENSE 热关断		15°C 滞后		160		°C
风扇电流波动频率		无故障检测	25		400	Hz
故障后 VFAIL 输出延迟	tFD		0.3	1	2.0	s
最小风扇电流波动水平（注 2）		无故障检测	15	35	60	mA P - P
OFF 输入高电压	VIH		0.7 x VCC			V
OFF 输入低电压	VIL				0.3 x VCC	V
OFF 输入电流			-10	0	1	µA

注 1：-40°C 的规格由设计保证，未进行生产测试。注 2：当风扇电流波动小于最小值时，MAX6684 保证检测到故障；当风扇电流高于最大值时，保证不检测到故障。

五、工作原理

1. 风扇故障检测

MAX6684 通过监测 SENSE 引脚处的风扇电流来判断风扇是否故障。SENSE 引脚处的电流被转换为电压 VFAN，并通过连接在 FC+ 和 FC - 之间的电容 CF 进行高通滤波。

• 欠电流（交流分量）：如果风扇电流的交流分量小于 35mAP - P 且持续时间至少为 1s，则判定为风扇故障，但此时风扇仍保持供电。
• 最低转速和堵转检测：当风扇电流波动频率低于 25Hz（对应风扇转速约为 700rpm）时，MAX6684 会输出故障信号。在堵转或低速故障情况下，风扇仍保持供电。通过调整电容 CF 的值，可以设计 MAX6684 检测低于预期转速的风扇故障。

2. 过流保护

如果出现过流情况并持续 2ms，风扇故障信号将持续 60ms，在此期间风扇电源将被关闭。如果器件未进入热关断状态且过流情况持续，风扇电源将每 62ms 开启 2ms。过流情况消除后，风扇将持续供电。在 SENSE 和 PGND 之间连接一个 0.1µF 的电容可以防止内部 DMOS 开关因反电动势电流而损坏。

3. 热关断

当芯片温度超过 +160°C 时，MAX6684 将启动热关断功能，关闭风扇并输出故障信号。在热关断期间，芯片会监测温度，当温度降至 +145°C 以下时，热关断功能解除，风扇恢复供电。热关断故障条件优先于其他故障模式。

六、引脚说明

引脚	名称	功能
1	SENSE	正电流检测端子，连接到风扇低端。
2	FAIL	低电平有效、开漏输出的风扇故障信号。
3	GND	接地。
4	FC -	在大多数堵转检测应用中连接到 0.1µF 电容。如需检测最低转速，根据最低转速和堵转检测要求选择 CF。
5	FC +	在大多数堵转检测应用中连接到 0.1µF 电容。如需检测最低转速，根据最低转速和堵转检测要求选择 CF。
6	VCC	电源电压输入，通过 1µF 电容旁路到 GND。
7	OFF	低电平有效的风扇控制输入。将 OFF 置高或浮空可开启风扇，置低则关闭风扇。
8	PGND	电源接地，连接到 GND。

七、应用注意事项

1. 风扇兼容性

MAX6684 适用于工作电压高达 24V、供电电流高达 250mA 的风扇。但由于风扇电流波形可能因风扇品牌和型号而异，在使用前需要验证 MAX6684 与目标风扇的性能。对于某些风扇，可能只能检测堵转情况。如果风扇转速检测不正常，可以在风扇两端并联一个 100µF 的电容来解决问题。

2. 提高电流能力

可以通过两种方法提高 MAX6684 的电流能力：

• 使用外部电阻：在 SENSE 和 PGND 之间并联一个外部电阻，可增加电流能力，但会消除 MAX6684 OFF 引脚的风扇控制功能。选择外部电阻 R1 时，应使 MAX6684 内部的 RDSON 上大约有 100mA 的电流流过。
• 使用 PNP 晶体管：使用外部电流增强 PNP 双极晶体管可以增加 MAX6684 的电流能力，同时保留 OFF 引脚的风扇控制功能。一个 6Ω 的 RBOOST 电阻可使大约 100mA 的风扇电流流过 MAX6684。

3. 电容选择

在 FC + 和 FC - 之间需要连接一个陶瓷或聚酯电容 CF，该电容用于阻挡信号的直流分量，使 MAX6684 能够监测风扇的交流电流消耗。

4. 电源和旁路

在器件的电源引脚附近放置一个 1µF 的陶瓷旁路电容可以最小化噪声影响。

八、总结

MAX6684 是一款功能强大、设计简洁的风扇故障检测器，它为电子设备的散热系统提供了可靠的故障检测和保护功能。通过合理的设计和应用，我们可以充分发挥 MAX6684 的优势，确保设备的稳定运行。你在实际应用中是否遇到过风扇故障检测的问题？你会选择 MAX6684 来解决这些问题吗？欢迎在评论区分享你的经验和想法。