CN100395955C - 直流风扇启动电路 - Google Patents

Abstract

一种直流风扇启动电路，其包括一运算放大器及一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，及一可调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置的一输出信号经所述反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。本发明直流风扇启动电路具有启动电流小，风扇电压零纹波，线性驱动的优点。

Description

直流风扇启动电路

【技术领域】

本发明涉及一种直流风扇启动电路，特别是涉及一种使风扇启动电流小且运转稳定的线性直流风扇启动电路。

【背景技术】

随着计算机技术的不断发展，特别是中央处理器(CPU，Center ProcessorUnit)频率的不断提高，相应地其工作时所产生的热量也不断增多，为了及时将热量充分散发出去，一般会在中央处理器上增加风扇等散热装置。但是，如果风扇不能正常运转或停止运转，会使中央处理器产生的热量不能及时散发出去，严重时则会损毁中央处理器。所以风扇能否正常运转关系到计算机系统能否正常工作，而风扇驱动电路则决定风扇是否正常稳定运转，所以风扇驱动电路设计的质量好坏直接影响到风扇乃至计算机系统能否正常稳定工作。

请参考图1，其为业界使用的一种风扇驱动电路。图1中，来自控制芯片的PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)信号直接驱动晶体管Q70、Q100，而晶体管Q70、Q100直接驱动直流风扇，在该驱动电路中还采用大容量电解电容C63对供电进行滤波。但在该驱动电路启动时，启动瞬间产生很大的启动电流，这会对两晶体管Q70、Q100造成很大的冲击，如流过该两晶体管Q70、Q100的电流过大则可能会烧毁该两晶体管Q70、Q100管，使电路失效；此外，该驱动电路虽然采用大容量电解电容C63对供电进行滤波，但仍然存在客观的纹波电压，使风扇不能转动平稳，造成噪声比较大。

请参考图2，其为2004年8月21日公告的中国台湾专利092215559号中揭示的另一种直流无刷风扇马达启动电压控制电路，包括一比较器1、一分压电路2及一开关电路3，其中，该比较器1用以将电源电压与一配合风扇驱动电压规格而设置的参考电压Vref进行比较，开关电路3设于比较器1的输出端，用以控制驱动电路4及风扇马达6是否接通电源电路。其中，该开关电路3是由两晶体管Q1、Q2构成的。该技术方案虽然采用分压电路2与比较器1来控制两晶体管Q1、Q2的开关从而实现控制驱动电路4及风扇6是否接通电源电路而达到启动风扇6的目的，但由于该两晶体管Q1、Q2管是由电源直接控制，当流经该两晶体管Q1、Q2管的启动电流过大时同样存在上述的技术问题。

所以，如何设计一个具有启动电流小，能使风扇转动平稳且噪声小的驱动电路已经成为人们研究的课题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种使风扇启动电流小且运转稳定的线性直流风扇启动电路。

为了解决现有技术的上述技术问题，本发明提供一种直流风扇启动电路，其包括一运算放大器及一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，及一可调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置的一输出信号经所述反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。

相较现有技术，本发明的数模转换装置将来自于控制芯片的控制信号转换成平滑的模拟信号，变驱动为纯直流线性驱动，使风扇工作电压达到零纹波，风扇转动平稳，噪声小，风扇转速与控制信号成正比，避免风扇转速过低甚至停止运转现象的发生；在运算放大器与开关装置之间接入反馈装置，使得流经开关装置的电流过大时经由该反馈装置后形成电压反馈促使流经开关装置的电流减小，使流经开关装置的电流保持恒定电流状态，转动平稳。

【附图说明】

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术中一种直流风扇启动电路的电路图。

图2是现有技术中另一直流风扇启动电路的电路图。

图3是本发明直流风扇启动电路的系统框图。

图4是本发明直流风扇启动电路的电路图。

【具体实施方式】

请参考图3，为本发明直流风扇启动电路的系统框图。该PWM(Pulse WidthModulation，脉宽调制)数字控制信号来源于Super I/O(超输入输出)芯片(图未示)，其为固定频率的PWM数字控制信号，该直流风扇启动电路100包括依次串联的用于将PWM数字控制信号转换为平滑模拟控制信号的数模转换装置20、运算放大器30、开关装置40，其中，该数模转换装置20同时具缓冲作用，在运算放大器的输入端接入该数模转换装置，使得电路的启动电流很小，避免上电瞬间输入的大电流对运算放大器与开关装置造成大的冲击，保护运算放大器与开关装置，增加电路的可靠度，该模拟控制信号经数模转换装置20输入至运算放大器30的一输入端，该开关装置40连接至该运算放大器30的输出端，通过运算放大器30驱动开关装置40来控制通过直流风扇的电流，其中，该直流风扇启动电路100还包括一可调节通过开关装置40电流的反馈装置50，所述开关装置40的一输出信号经所述反馈装置50输入到所述运算放大器30的另一输入端。

请一并参考图4，其为本发明直流风扇启动电路的电路图。所述直流风扇启动电路100的数模转换装置20包括一由电阻R1与电容C1串联组成的积分电路，其中，电阻R1的一输入端接收控制芯片的PWM数字控制信号，电容C1的一端通过其与电阻R1的串联节点连接至运算放大器30的反向输入端，其另一端接地，电容C1一方面用于PWM控制信号的数模转换，另一方面可避免上电瞬间输入的大电流。开关装置40包括一P沟道MOS管Q1，MOS管Q1的栅极连接至运算放大器30的输出端，源极的输出驱动直流风扇60，漏极连接至一电源，该电源为12V。所述反馈装置50包括一由反馈电阻R2与电阻R3串联组成的分压电路，其中，电阻R3的一端接地，另一端通过其与电阻R2的串联节点连接至运算放大器30的一输入端，直流风扇60的两端并联一滤波电容C2，其并联节点连接至电阻R2。该反馈电阻R2、R3在该直流风扇启动电路100中构成电压串联负反馈，该MOS管Q1的源极输出信号经该反馈电阻R2、R3分压后输入到运算放大器30的同向输入端。

由于在计算机系统中，一般是采用数字信号来进行控制。本发明直流风扇启动电路100的PWM数字控制信号来自于Super I/O芯片，为固定频率的数字控制信号。该直流风扇启动电路100启动时，该PWM数字控制信号经数模转换装置20的积分电路转换后变成平滑连续的模拟控制信号。该模拟控制信号输入到运算放大器30的反向输入端中，由于该运算放大器30的反向输入端同时连接有具缓冲作用的电容C1，在上电瞬间，电容C1开始充电，并使运算放大器30的反向输入端的电压从零开始上升，在反向输入端电压上升到同向输入端电压之前，运算放大器30的输出电压很高，MOS管Q1通过的电流很小，MOS管Q1截止，从而在上电时达到保护MOS管Q1的作用。随着电容C1充电的不断增加，运算放大器30的反向输入端的电压逐渐超过同向输入端的电压，MOS管Q1开始导通，从而驱动直流风扇60转动。随着运算放大器30的输出电压逐渐减小，即MOS管Q1栅极的电压逐渐减小，MOS管Q1的导通能力增强，相应地其源极输出的电流增加，使得流经直流风扇60的电流增加，则该直流风扇60两端的电压增加，由于反馈装置50的存在，相应地使运算放大器30的同向输入端的电压升高，使运算放大器30的输出电压升高，结果MOS管Q1栅极的电压增大，MOS管Q1导通能力减弱，其源极输出的电流也随之减小，亦即流经直流风扇60的电流降低，该直流风扇60的两端电压降低。最终结果是直流风扇60两端电压保持恒定，使直流风扇60运转平稳。

在直流风扇启动电路100的工作过程中，当幅值为Vamp、占空比为D的PWM数字控制信号施加于数模转换装置20时，电容C1上的电压Vc1即运算放大器30的反向输入端电压V-为

V-＝Vc1＝Vamp*D      (1)

该电压Vc1施加于运算放大器30时，运算放大器30的同向输入端的电压V+为

$V+=\mathrm{Vfan}*\frac{R3}{R2+R3}=V-=\mathrm{Vamp}*D$

其中风扇两端的电压为Vfan，由公式(2)可得

$\mathrm{Vfan}=\frac{\mathrm{Vamp}*D*(R3+R2)}{R3}.---\left(3\right)$

因此，由式(3)可以看出，PWM数字控制信号幅值Vamp、电阻R2、R3为定值，则直流风扇60两端的电压Vfan是与PWM数字控制信号的占空比D成线性关系，也即直流风扇60的转速与PWM数字控制信号是成正比。

因此，本发明的直流风扇启动电路100是线性驱动，在PWM数字控制信号占空比0到100％的范围内，风扇电压是均匀变化。

Claims (5)

1.一种直流风扇启动电路，其包括一运算放大器及一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，其特征在于：所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，及一可调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置的一输出信号经所述反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。

2.如权利要求1所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述数模转换装置包括一由一第一电阻与一第一电容串联组成的积分电路，第一电阻的一输入端接收控制芯片的数字控制信号，第一电容的一端通过其与第一电阻的串联节点连接至运算放大器的反向输入端，其另一端接地。

3.如权利要求2所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述开关装置包括一MOS管，所述MOS管的栅极连接至所述运算放大器的输出端，源极连接至所述直流风扇，漏极连接至一电源。

4.如权利要求3所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述反馈装置包括一第一反馈电阻及一第二反馈电阻，所述MOS管的源极输出信号经所述第一、第二反馈电阻分压后输入到运算放大器的同向输入端。

5.如权利要求4所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述第一反馈电阻与第二反馈电阻为串联连接，所述第二反馈电阻的一端接地，另一端连接至第一反馈电阻的一端，所述第一反馈电阻与第二反馈电阻的串联节点连接至运算放大器的同向输入端，所述直流风扇的两端并联一滤波电容，所述第一反馈电阻的另一端与所述MOS管的源极相连。

Images