CN101753081A - 风扇驱动电路和使用该驱动电路的风扇 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇驱动电路和使用该驱动电路的风扇。所述风扇驱动电路包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路(1)和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路(2)。实施本发明的风扇驱动电路和风扇，采用Buck驱动电路，可以提高风扇驱动电路的效率；Buck主电路采用MOS管对地驱动，便于MOS管的控制；将Buck电感置于负母线，风扇电压正负极均是稳定电平，既便于风扇电压的检测，而且抖动电平的铜皮面积可以大为减小，可以显著改善EMC性能；同时本发明的风扇驱动电路和风扇还包括风扇电压检测单元和风扇故障检测单元，可以顺利检测电压和识别故障。

Description

风扇驱动电路和使用该驱动电路的风扇

技术领域

本发明涉及驱动电路，更具体地说，涉及一种风扇驱动电路和使用该驱动电路的风扇。

背景技术

随着能源效率和环保的日益重要，人们对开关电源的效率期望越来越高，高功率密度，高效率成为开关电源的发展方向。而对于开关电源中功率消耗较大的风扇，其驱动电路的效率高低直接影响着整机效率。

现有的直流风扇驱动电路多采用线形稳压电路，这种电路采用三极管线性放大原理，通过调节输入的脉宽调制(PWM)波的占空比，将给定电源电压转换成风扇调速所需要的直流电压。这种电路具有直流驱动、电压波动小等优点，但是由于采用三极管直接降压方式，将电压差直接损耗在三极管上，故驱动效率低。

因此需要一种驱动效率高的风扇驱动电路。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的直流风扇驱动电路的采用三极管线性放大导致驱动效率较低的缺陷，提供一种驱动效率高的风扇驱动电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种风扇驱动电路，包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述降压斩波驱动电路包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，所述三极管Q1的基极连接到脉宽调制信号输入端、发射极接地、集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q2的发射极接地、基极连接到所述三极管Q1的集电极、所述三极管Q2的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q3的基极连接到所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的发射极连接到所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q3的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q4的集电极接地、所述三极管Q4的基极与所述三极管Q3的基极相连。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述降压斩波驱动电路还包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，其中所述电阻R1连接到脉宽调制信号输入端和所述三极管Q1的基极之间，所述电阻R2连接到所述三极管Q1的基极和发射极之间，所述电阻R3连接到电源VDC1和三极管Q1的集电极之间，所述电阻R5连接到电源VDC1和三极管Q2的集电极之间，所述电阻R7连接到电源VDC1和三极管Q3的集电极之间，所述电阻R4连接到所述三极管Q1的集电极和所述三极管Q2的基极之间，所述电阻R6连接到所述三极管Q3、Q4的基极和所述三极管Q2的集电极之间。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述降压斩波主电路包括开关管Q5、二极管D1、电感L1和电容C3、C2，所述开关管Q5的栅极接收所述高频快速驱动信号、源极接地、漏极连接到所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接到风扇驱动电压输出端VCC_FAN，所述电容C3的正极连接到所述风扇驱动电压输出端VCC_FAN、所述电容C3的负极连接到风扇驱动电压浮地端FANGND，所述电感L1的一端与所述开关管Q5的漏极、另一端连接到所述电容C3的负极，所述电容C2的正极连接在所述二极管D1的阴极，所述电容C2的负极接地。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述风扇驱动电路还包括电阻R8和R9，所述电阻R8连接在所述三极管Q3的发射极和所述开关管Q5的栅极之间，所述电阻R9连接在所述开关管Q5的栅极和地之间.

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述风扇驱动电路还包括风扇电压检测单元，所述风扇电压检测单元包括电阻R10、R11、R12、R13和控制器T1，所述电阻R10和R11的串联电路连接在风扇驱动电压浮地端FANGND和地之间，所述电阻R12和R13的串联电路连接在风扇驱动电压输出端VCC_FAN和地之间，所述控制器T1从所述电阻R10和R11的连接点获取风扇驱动电压浮地端对地信号_FANGND，从所述电阻R12和R13的连接点获取风扇驱动电压输出端对地信号_VCCFAN，以获取风扇电压信号。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述风扇驱动电路还包括风扇故障检测单元，所述风扇故障检测单元包括电阻R15、R16和第一比较器，所述电阻R15、R16的串联电路连接在风扇故障信号输出端FANBAND和地之间，所述第一比较器用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。

在本发明所述的风扇驱动电路中，所述风扇驱动电路还包括风扇故障检测单元，所述风扇故障检测单元包括电阻R14、R15、R16、电容C4和第二比较器，所述电阻R14的一端连接到连接风扇驱动电压输出端VCC_FAN，另一端经电阻R15连接到电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接地，所述电容C4负极接地，正极连接在所述电阻R15和R16的连接点，风扇故障信号输出端FANBAND连接到所述电阻R14和R15的连接点，所述第二比较器用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。

本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：构造一种风扇，包括一种风扇驱动电路，所述风扇驱动电路包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路。

在本发明所述的风扇中，所述风扇驱动电路进一步包括用于获取风扇电压信号的风扇电压检测单元和用于判断风扇是否发生故障的风扇故障检测单元。

实施本发明的风扇驱动电路和风扇，具有下列技术效果：

采用Buck驱动电路，可以提高风扇驱动电路的效率；

Buck主电路采用MOS管对地驱动，便于MOS管的控制；

将Buck电感置于负母线，风扇电压正负极均是稳定电平，既便于风扇电压的检测，而且抖动电平的铜皮面积可以大为减小，可以显著改善EMC性能；

同时本发明的风扇驱动电路和风扇还包括风扇电压检测单元和风扇故障检测单元可以顺利检测电压和识别故障。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的风扇驱动电路的原理框图；

图2是本发明的风扇驱动电路的第一实施例的电路原理图；

图3是本发明的风扇驱动电路的第一实施例的降压斩波驱动电路的输入输出信号波形图；

图4是本发明的风扇驱动电路的第一实施例的金属氧化物半导体管的Vgs和Vds波形图；

图5是本发明的风扇驱动电路的第一实施例的电感L1和二极管D1的电压波形图；

图6本发明的风扇驱动电路的第一实施例的电感L1的电流波形图；

图7是本发明的风扇驱动电路的风扇电压检测单元的电路原理图；

图8是本发明的风扇驱动电路的风扇故障检测单元的电路原理图；

图9是风扇内部故障电路图。

具体实施方式

图1是本发明的风扇驱动电路的原理框图。本发明的风扇驱动电路包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路1和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路2。图2是本发明的风扇驱动电路的第一实施例的电路原理图。如图2所示，所述降压斩波驱动电路1包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，所述三极管Q1的基极连接到脉宽调制信号输入端、发射极接地、集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q2的发射极接地、基极连接到所述三极管Q1的集电极、所述三极管Q2的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q3的基极连接到所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的发射极连接到所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q3的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q4的集电极接地、基极与所述三极管Q3的基极相连。所述电阻R1连接到脉宽调制信号输入端和所述三极管Q1的基极之间，所述电阻R2连接到所述三极管Q1的基极和发射极之间，所述电阻R3连接到电源VDC1和三极管Q1的集电极之间，所述电阻R5连接到电源VDC1和三极管Q2的集电极之间，所述电阻R7连接到电源VDC1和三极管Q3的集电极之间，所述电阻R4连接到所述三极管Q1的集电极和所述三极管Q2的基极之间，所述电阻R6连接到所述三极管Q3、Q4的基极和所述三极管Q2的集电极之间。在图2示出的实施例中，所述降压斩波主电路2包括开关管Q5、二极管D1、电感L1和电容C3、C2，所述开关管Q5的栅极接收所述高频快速驱动信号、源极接地、漏极连接到所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接到风扇驱动电压输出端VCC_FAN，所述电容C3的正极连接到所述风扇驱动电压输出端VCCFAN、负极连接到风扇驱动电压浮地端FANGND，所述电感L1的一端与所述开关管Q5的漏极、另一端连接到所述电容C3的负极，所述电容C2的正极连接在所述二极管D1的阴极，所述电容C2的负极接地。

在本发明的一个简化实施例中，当所选用的三极管性能较佳，且电路较为稳定时，本发明的降压斩波驱动电路1可只包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，其主要作用是将输入PWM信号_FANPWM转换成能够驱动MOS管Q5的，具有快速开关、足够驱动电流的驱动信号。三极管Q1的作用是将_FANPWM的弱信号转换成VDC1提供电压的强信号，从而大大地提高了驱动能力；三极管Q2的作用是将三极管Q1集电极的驱动信号进行反向，从而保持和输入信号_FANPWM同相位，便于顺序逻辑控制，亦可以防止起机瞬间风扇满转；三极管Q3/Q4推挽的作用是将三极管Q2输出的信号转化成快速开通，快速关断的推挽驱动信号，可以实现MOS管Q5的高频快速驱动。该电路的输入输出信号波形图3所示。

所述降压斩波主电路2是根据MOS管Q5栅极驱动PWM信号，控制MOS管Q5的开、断，从而实现控制输出电压Vfan(＝VCC_FAN-FANGND)的大小。Vfan＝VCC_FAN*D(D表示MOS管Vgs驱动信号的占空比)。C2是输入电压稳压电容，滤除输入电压纹波，防止输出电压波动对输入电压的影响；Q5是主MOS管，其驱动占空比可以控制VCC_FAN对电容C3的充电时间和能量；D1是续流二极管；L1是Buck储能电感；C3是输出滤波电容。整个电路的工作原理如下：当MOS管Q5导通时，VCC_FAN对电容C3、电感L1进行充电，电流线性增加；当MOS管Q5关断时，电感L1通过二极管D1进行放电，电流线性减小。图4是本发明示出了MOS管Q5的Vgs和Vds波形图。图5示出了电感L1和二极管D1的电压波形图；图6示出了电感L1的电流波形图。

实施本发明上述风扇驱动电路，由于MOS管Q5对地驱动，风扇电压Vfan浮地。这样，MOS管驱动更简单、容易；

并且将Buck电感置于负母线，，风扇电压正负极均是稳定电平，既便于风扇电压的检测，而且抖动电平的铜皮面积可以大为减小，可以显著改善EMC性能。

在本发明的另一实施例中，本领域技术人员根据现有技术和本发明的描述，可以根据需要将MOS管Q5进行浮地驱动，将输出电压进行对地驱动。

在本发明的又一实施例中，所述降压斩波主电路2可包括开关管Q5、二极管D1、电感L1和电容C3，所述开关管Q5的栅极接收所述高频快速驱动信号、源极接地、漏极连接到所述二极管D1的阳极和所述电容C3的负极，所述二极管D1的阴极连接到所述所述电感L1的一端，所述电感L1的另一端连接到所述电容C3的正极，所述电容C3的正极连接到风扇驱动电压输出端VCC_FAN、负极连接到风扇驱动电压浮地端FANGND。在该实施例中Buck电感L1置于正母线。

在本发明的风扇驱动电路的又一实施例中，其还包括风扇电压检测单元3。如图7所示，所述风扇电压检测单元3包括电阻R10、R11、R12、R13和控制器T1，所述电阻R10和R11的串联电路连接在风扇驱动电压浮地端FANGND和地之间，所述电阻R12和R13的串联电路连接在风扇驱动电压输出端VCC_FAN和地之间，所述控制器从所述电阻R10和R11的连接点获取风扇驱动电压浮地端对地信号_FANGND，从所述电阻R12和R13的连接点获取风扇驱动电压输出端对地信号_VCCFAN，以获取风扇电压信号。由于风扇电压是浮动的(相对于AGND)，所以需要对风扇两端电压VCC_FAN，FANGND分别进行对地测量，将各自分压后的信号_VCCFAN，_FANGND传给控制器T1，控制器T1内部将二者相减即可得到Vfan电压信号。其中，R10，R11是VCC_FAN分压电阻；R12，R13是FANGND分压电阻。

在本发明的风扇驱动电路的再一实施例中，其还包括所述风扇故障检测单元4包括电阻R14、R15、R16、电容C4和比较器T2，所述电阻R14的一端连接到连接风扇驱动电压输出端VCC_FAN，另一端经电阻R15连接到电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接地，所述电容C4负极接地，正极连接在所述电阻R15和R16的连接点，风扇故障信号输出端FANBAND连接到所述电阻R14和R15的连接点，所述比较器T2用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。对于故障信号为OC信号的风扇，其内部故障电路如图9所示。正常情况下，内部OC门开通，风扇故障信号FANBAD被OC门短接到FANGND上；当风扇故障时，内部OC门断开，FANBAD信号悬空。当风扇正常工作时，OC门导通，FANBAD与FANGND短路，后台检测到的电压_FANBAD1＝FANGND*R16/(R15+R16)。当风扇故障时，OC门断开，后台检测到的电压_FANBAD2＝VCC_FAN*R16/(R14+R15+R16)；通过合理的设计R14，R15，R16的阻值，后台便可以有效地识别两种电压(_FANBAD1、_FANBAD2)的差别，并准确的判断风扇是否发生了故障。

在本发明的一个简化实施例中，所述风扇故障检测单元4包括电阻R15、R16和比较器T2，所述电阻R15、R16的串联电路连接在风扇故障信号输出端FANBAND和地之间，所述比较器T2用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。

虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。

Claims (10)

1.一种风扇驱动电路，其特征在于，包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路(1)和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路(2)。

2.根据权利要求1所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述降压斩波驱动电路(1)包括三极管Q1、Q2、Q3、Q4，所述三极管Q1的基极连接到脉宽调制信号输入端、发射极接地、集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q2的发射极接地、基极连接到所述三极管Q1的集电极、所述三极管Q2的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q3的基极连接到所述三极管Q2的集电极、所述三极管Q3的发射极连接到所述三极管Q4的发射极、所述三极管Q3的集电极连接到电源VDC1，所述三极管Q4的集电极接地、所述三极管Q4的基极与所述三极管Q3的基极相连。

3.根据权利要求2所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述降压斩波驱动电路(1)还包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7，其中所述电阻R1连接到脉宽调制信号输入端和所述三极管Q1的基极之间，所述电阻R2连接到所述三极管Q1的基极和发射极之间，所述电阻R3连接到电源VDC1和三极管Q1的集电极之间，所述电阻R5连接到电源VDC1和三极管Q2的集电极之间，所述电阻R7连接到电源VDC1和三极管Q3的集电极之间，所述电阻R4连接到所述三极管Q1的集电极和所述三极管Q2的基极之间，所述电阻R6连接到所述三极管Q3、Q4的基极和所述三极管Q2的集电极之间。

4.根据权利要求1所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述降压斩波主电路(2)包括开关管Q5、二极管D1、电感L1和电容C3、C2，所述开关管Q5的栅极接收所述高频快速驱动信号、源极接地、漏极连接到所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阴极连接到风扇驱动电压输出端VCC_FAN，所述电容C3的正极连接到所述风扇驱动电压输出端VCC_FAN、所述电容C3的负极连接到风扇驱动电压浮地端FANGND，所述电感L1的一端与所述开关管Q5的漏极、另一端连接到所述电容C3的负极，所述电容C2的正极连接在所述二极管D1的阴极，所述电容C2的负极接地。

5.根据权利要求4所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述风扇驱动电路还包括电阻R8和R9，所述电阻R8连接在所述三极管Q3的发射极和所述开关管Q5的栅极之间，所述电阻R9连接在所述开关管Q5的栅极和地之间。

6.根据权利要求1所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述风扇驱动电路还包括风扇电压检测单元(3)，所述风扇电压检测单元(3)包括电阻R10、R11、R12、R13和控制器T1，所述电阻R10和R11的串联电路连接在风扇驱动电压浮地端FANGND和地之间，所述电阻R12和R13的串联电路连接在风扇驱动电压输出端VCC_FAN和地之间，所述控制器T1从所述电阻R10和R11的连接点获取风扇驱动电压浮地端对地信号_FANGND，从所述电阻R12和R13的连接点获取风扇驱动电压输出端对地信号_VCCFAN，以获取风扇电压信号。

7.根据权利要求1所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述风扇驱动电路还包括风扇故障检测单元(4)，所述风扇故障检测单元(4)包括电阻R15、R16和第一比较器，所述电阻R15、R16的串联电路连接在风扇故障信号输出端FANBAND和地之间，所述第一比较器用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。

8.根据权利要求1所述的风扇驱动电路，其特征在于，所述风扇驱动电路还包括风扇故障检测单元(4)，所述风扇故障检测单元(4)包括电阻R14、R15、R16、电容C4和第二比较器，所述电阻R14的一端连接到连接风扇驱动电压输出端VCC_FAN，另一端经电阻R15连接到电阻R16的一端，所述电阻R16的另一端接地，所述电容C4负极接地，正极连接在所述电阻R15和R16的连接点，风扇故障信号输出端FANBAND连接到所述电阻R14和R15的连接点，所述第二比较器用于获取电阻R15、R16连接点的电压信号，并根据所述电压信号判断风扇是否发生故障。

9.一种风扇，其特征在于，包括一种风扇驱动电路，所述风扇驱动电路包括用于将输入脉宽调制信号转换成高频快速驱动信号的降压斩波驱动电路(1)和根据所述高频快速驱动信号控制输出风扇驱动电压的降压斩波主电路(2)。

10.根据权利要求9所述的风扇，其特征在于，所述风扇驱动电路进一步包括用于获取风扇电压信号的风扇电压检测单元(3)和用于判断风扇是否发生故障的风扇故障检测单元(4)。

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