CN102828980A - 一种散热风扇控制装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种散热风扇控制装置及电子设备，为解决现有技术中存在的，散热风扇控制装置中风扇的调速控制可靠性较差的问题，该装置包括控制系统及保护模块，保护模块包括向风扇输出风扇调速控制信号的控制信号输出端，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号，否则保护模块输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，由于保护模块在控制系统运行不正常时，输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，从而增强了风扇的调速控制可靠性提高了散热风扇系统的可靠性和稳定性。

Description

一种散热风扇控制装置及电子设备

技术领域

本发明涉及电子电路技术领域，特别是指一种散热风扇控制装置及电子设备。

背景技术

如今，多数的电子设备如：电脑、通信设备等，都安装有散热降温的风扇，以满足系统散热需求，保证系统稳定工作。目前，散热风扇控制装置对风扇调速和监测时通常都是通过控制信号直接对风扇进行调速控制，这种直接在电气上直接通过控制信号和风扇相连接，存在相当大的隐患和不足，当设备刚上电工作不稳定或故障时，无法有效对风扇进行控制，会造成风扇状态不可控，如：停转或低速转，无法满足设备散热，从而导致设备中重要芯片过热损坏。

由此可见现有技术中存在，散热风扇控制装置的风扇的调速控制可靠性较差的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的，散热风扇控制装置的风扇的调速控制可靠性较差的问题，提供一种散热风扇控制装置。

本发明所提供的散热风扇控制装置，对风扇进行调速控制和风扇监控的控制系统的第一信号输出端和第二信号输出端，分别与保护模块的第一信号输入端和第二信号输入端连接，保护模块还包括向风扇输出风扇调速控制信号的控制信号输出端，第一信号为控制系统运行正常指示信号，第二信号为控制系统输出的风扇调速控制信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号，否则保护模块输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行。

进一步，控制系统的第三信号输入端，与保护模块的第三信号输出端连接，保护模块还包括第三信号输入端，第三信号为风扇转速信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块将其第三信号输出端和其第三信号输入端内部连通。

进一步，控制系统的第三信号输入端，与保护模块的第三信号输出端连接，保护模块还包括第三信号输入端，第三信号为风扇转速信号，其中当控制系统运行正常指示信号不正常时，保护模块将其第三信号输出端和其第三信号输入端内部断开。

进一步，控制系统的第四信号输入端，与保护模块的第四信号输出端连接，第四信号为保护模块应答响应反馈信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块第四信号输出端输出保护模块应答响应反馈信号给控制系统，告知控制系统风扇运行控制由控制系统控制。

进一步，还包括隔离模块，隔离模块的控制信号输入端与保护模块的控制信号输出端连接，保护模块输出的风扇调速控制信号由隔离模块的控制信号输入端输入，经隔离模块内设的第一光耦由隔离模块控制信号输出端输出。

进一步，隔离模块的第三信号输出端与保护模块的第三信号输入端连接，第三信号由隔离模块的第三信号输入端输入，经隔离模块内设的第二光耦由隔离模块第三信号输出端输出。

进一步，隔离模块还设置有与第一光耦和第二光耦相匹配的外围上拉下拉电阻。

进一步，保护模块为集成电路芯片或可编程逻辑器件。

本发明还提供一种电子设备，包括风扇和前述的装置，该装置输出的风扇调速控制信号与风扇连接。

进一步，风扇为四线调速风扇或三线调速风扇。

由于保护模块在控制系统运行不正常时，输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，从而增强了风扇的调速控制可靠性，提高了散热风扇的可靠性和稳定性。

附图说明

图1表示本发明实施例提供的装置结构图；

图2表示本发明实施例提供的风扇隔离保护设计的示意图；

图3表示本发明实施例提供的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明实施例提供的电子设备，如图1所示，该电子设备中的散热风扇控制装置包括控制系统10和保护模块20，散热风扇控制装置可以是独立的板卡和模块。其中控制系统10对风扇进行调速控制和风扇监控。控制系统10包括输出端11和输出端12，保护模块20包括输入端21和输入端22，输出端11和输出端12分别和输入端21和输入端22连接，控制系统10运行正常指示信号从输出端11输出到输入端21，控制系统10输出的风扇调速控制信号PWM03从输出端12输出到输入端21，保护模块20还包括一个控制信号输出端25，保护模块20通过控制信号输出端25向风扇输出风扇调速控制信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块20的控制信号输出端25输出控制系统输出的风扇调速控制信号，否则输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行。至此，由于保护模块在控制系统运行不正常时，切断控制系统对风扇的控制，同时输出保护模块自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，从而增强了风扇的调速控制能力，提高了系统可靠性。

进一步，本发明实施例方案还可以对风扇端发送的风扇转速信号加以监控，控制系统10还包括输入端13，保护模块20还包括输出端23。控制系统10输入端13与保护模块的输出端23连接，保护模块20的输出端23输出风扇转速信号FG03到控制系统10输入端13，保护模块20还包括输入端26，风扇端发送的风扇转速信号由输入端26输入，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块将其输出端23和其输入端26内部连通，使得风扇端发送的风扇转速信号直接反馈到控制系统10。当然当控制系统运行正常指示信号不正常时，保护模块也可以将其输出端23和其输入端26内部断开，使得风扇端发送的风扇转速信号直接反馈到保护模块20。

控制系统10的输入端14，与保护模块的输出端24连接，保护模块应答响应反馈信号由输出端24输出到控制系统10的输入端14，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块20的输出端24输出保护模块应答响应反馈信号给控制系统，告知控制系统目前风扇控制权由控制系统控制。

隔离模块30的控制信号输入端35与保护模块20的控制信号输出端25连接，保护模块20输出的风扇调速控制信号PWM02由隔离模块30的控制信号输入端35输入，经隔离模块30内设的第一光耦33由隔离模块30的控制信号输出端31输出，得到经过光耦隔离后的风扇调速控制信号PWM01。隔离模块30的输出端36与保护模块的输入端26连接，风扇端发送的风扇转速信号FG01由隔离模块30的输入端32输入，经隔离模块内设的第二光耦34由隔离模块30的输出端36输出，这样隔离模块30的输出端36输出经光电隔离的风扇转速信号FG02。

隔离模块30还设置有与第一光耦33和第二光耦34相匹配的外围上拉下拉电阻37。隔离模块提供了风扇在电气上隔离，极大的增强了抗干扰能力。

该电子设备基本结构包括风扇40，包括风扇40和前述的散热风扇控制装置，该装置输出的风扇调速控制信号与风扇连接。

本实施例的方案能够使风扇和设备控制系统形成两个没有直接电气连接的独立系统，同时散热风扇控制装置，在设备刚上电还不稳定或故障，控制系统无法有效的对风扇系统进行控制和监测时，保护模块按照事先设置好的状态使风扇稳定运行以满足设备散热需求，待控制系统恢复正常可以有效控制和监测风扇时，通知保护模块切换到正常模式，由控制系统对风扇进行控制和监测。由上可以看出通过上述方案，可以极大增加了电子设备上风扇的可靠性及抗干扰性。

本发明实施例还提供了一种调速风扇隔离保护方法，包括：通过对风扇控制信号和风扇转速信号的隔离，达到和控制系统上电气连接上的完全隔离，通过增加保护控制，在设备刚上电还不稳定或故障，控制系统无法有效的对风扇系统进行控制和监测时，由保护模块对风扇进行控制，在系统恢复正常时，自动切换把风扇控制权移交给控制系统。

本发明实施例提供的散热风扇控制装置，通过增加光耦opticalcoupler隔离模块，对风扇调速控制信号如PWM(Pulse Width Modulation，脉宽调制)进行隔离，并对风扇转速监控信号如FG(Frequency Generator，频率发生器)进行隔离，从而达到控制系统和风扇系统的电气上的完全隔离。通过保护模块，在设备刚上电还不稳定或故障时，控制系统无法有效的对风扇系统进行控制和监测，保护模块按照事先设置好的状态使风扇稳定运行以满足设备散热需求，待控制系统恢复正常可以有效控制和监测风扇时，通知保护模块切换到正常模式，由控制系统对风扇进行控制和监测。其中，PWM根据输出占空比控制风扇转速，FG具体而言就是根据风扇反馈脉冲频率计算出风扇转速，风扇转一周输出两个由高到低脉冲。

该电子设备设有可调速风扇系统、控制系统、隔离模块、保护模块，通过隔离模块和保护模块对风扇系统和控制系统进行电气隔离，并通过保护模块，在控制系统不稳定或故障时，对风扇系统进行控制，保证通信系统的散热。

下面再对各个单元进行详细说明。

风扇系统：包含设备上的各个风扇等。

控制系统：主要是对风扇进行调速控制及监测；同时输出运行正常信息告知保护模块。

隔离模块：完成风扇系统和控制系统电气上的完全隔离，主要通过光耦实现。

保护模块：完成设备刚上电不稳定或故障时，对风扇进行控制，满足设备散热要求，待控制系统恢复正常可以有效控制和监测风扇时，关闭保护模式，把风扇调速PWM信号和风扇转速信号连通给控制系统，即控制权移交给控制系统，由控制系统对风扇进行控制和监测。

对风扇隔离保护方法包括以下步骤：

步骤A．设备上电（包括风扇系统和控制系统）。

步骤B．启动保护模块，风扇系统由保护模块控制，工作在保护状态。

步骤C．控制系统初始化完成(系统启动完成)，并通过控制系统运行正常指示信号通知保护模块，准备控制风扇系统。

步骤D．保护模块输出应答反馈信号给控制系统同时通路切换，由控制系统控制风扇。

步骤E．保护模块实时监控控制系统送出的控制系统运行正常指示信号，一旦系统出现故障时，及时启动保护模块并切换通路。

以上步骤仅仅是对保护装置使用时的启动步骤，隔离模块始终工作。

与现有技术相比较：本发明充分利用了单板或系统自身已有接口和系统，如控制系统、风扇系统，仅仅增加了光耦隔离模块和保护模块，实现起来非常简单方便。该隔离保护的方法对系统要求较低，实现容易，成本很低，具有普遍意义，降低了系统开发的难度和提高了系统的可靠性。系统设计中无需考虑提供额外的电路接口，从而提高了系统设计的灵活性。

本发明实施例的基本思想在于：利用光耦进行电气隔离以及相关逻辑控制，在设备异常，控制系统无法正常对风扇进行控制时，保护模块对风扇进行强制控制使其按照保护装置预置条件运行以满足系统散热需要从而达到保护设备目的，并且使实现该功能的电路达到最简单和最优化。

下面进一步详细的描述一下本发明提供的电子设备，主要包括：

风扇系统，包括通信系统中的各个风扇，图中用一只风扇40示意，按照目前通用的四线调速风扇举例，四线调速风扇共四根线除了电源和地以外，还有PWM调速信号和FG风扇转速反馈信号两根线，通过控制PWM信号进行风扇调速，通过FG信号对风扇运行状态进行监测，其他类型风扇均可参考实现，例如三线调速风扇，即只有风扇电源正、电源负和PWM风扇调速信号。风扇转速反馈信号可以不需要，没有风扇反馈信号也可以实现隔离保护功能。

隔离模块30，包括光耦33和光耦34以及相匹配的外围上下拉电阻37，需要说明的是，光耦是单向器件，一个信号要用一个光耦，即一个风扇有PWM和FG两个信号，要用两个光耦隔离传递，外围上下拉电阻主要满足PWM和FG信号的电平匹配。

保护模块20，主要作用是实时监测控制系统状态，一旦控制系统不稳定或发生故障时，断开控制系统的PWM03和FG03信号和隔离模块30的之间的连接，同时切换工作模式由保护模块自身输出控制信号PWM02控制风扇，和对FG02风扇转速信号进行监测，保护模块20可以通过简单的逻辑电路，如PI3B16244IC芯片或PLD（可编程逻辑器件，Programmable Logic Device）实现。

保护模块20工作原理是实时监控“控制系统运行正常指示信号”。

当出现异常时，断开PW03和PW02连接，断开FG03和FG02连接，同时切换模式由保护模块自身输出PW02信号控制风扇，FG02信号也由保护模块进行检测，把这一过程可以理解为一个开关切换过程。实现方法：简单一点可以直接用“控制系统运行正常指示信号”进行开关控制进行切换，也可以把该信号作为一个触发信号，由保护模块自动切换，比如：保护模块可以设置一个定时计数装置，定时计数装置可以由逻辑实现，由控制系统运行正常指示信号作为清零控制，当系统异常比如死机时，该信号异常，无法对定时计数装置清零，则计数满时，触发保护模块，进行开关切换。

当实时监控“控制系统运行正常指示信号”正常时，保护模块输出“保护模块应答响应反馈信号”给控制系统，告知控制系统可对风扇进行正常控制和检测，这可以理解为把风扇控制监测权利移交给控制系统。

控制系统10，主要作用是正常模式下对风扇进行调速控制和风扇监控，同时把自身运行状态告知保护模块。

图2给出了风扇隔离保护设计的实例示意图，其中R1~R8为下拉上拉电阻，具体电阻阻值大小可以根据实际需要调整，比如1千欧姆或10千欧姆等，VCC和VDD为电源，实际设计中可以根据具体设计电路选择电源电压，比如VCC用+3.3V电源，VDD用+5V电源等、FAN POWER+是风扇正电源、FANPOWER-是风扇负电源。保护模块103中示意的逻辑芯片代表上文中说明的“PI3B16244芯片或可编程逻辑器件（PLD，Programmable Logic Device）”。结合图2，对保护模块中逻辑关系说明一下：系统正常时“控制系统运行正常指示信号”由高电平变为低电平时，逻辑芯片内部开关闭合，通路导通，然后“保护模块应答响应反馈信号”在通路导通后，有高电平变为低电平，告知控制系统可以控制风扇系统，此时PWM03连接PMW02，FG03连接FG02。系统异常时，“控制系统运行正常指示信号”为高电平，此时开关断开，通路不导通。

下面来描述一下本发明隔离保护方法实施例。在本实施例中，隔离模块始终起作用，这里仅仅对保护模块启动流程进行描述。

这里，本实施例的风扇隔离保护的方法实现流程可参照图3所示，主要包括以下步骤：

步骤201，设备上电，也可以理解为系统启动。

步骤202，系统刚上电或刚启动时，此时控制系统还未正常运行，默认风扇由保护模块30控制，即PWM03和FG03为断开状态，分别不与PWM02和FG02相连接。

步骤203，保护模块30检测“控制系统运行正常指示信号”，判断控制系统是否运行正常？正常则进入步骤204，不正常则返回步骤202。

步骤204，检测控制系统运行正常，保护模块切换开关，使PWM03连接PMW02，FG03连接FG02，即把风扇状态控制和监测信号交由控制系统104处理，同时通过“保护模块应答响应反馈信号”告知控制系统，风扇监控权移交，可有控制系统正常对风扇进行监控。

步骤205，控制系统10根据“保护模块应答响应反馈信号”确定，风扇可以正常调速和监测，根据需要对风扇运行状态进行调整。同时，保护模块103也实时监测“控制系统运行正常指示信号”。

步骤206，正常启动流程结束，同时保护模块一旦检测“控制系统运行正常指示信号”异常时，跳至步骤202。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种散热风扇控制装置，其特征在于，对风扇进行调速控制和风扇监控的控制系统的第一信号输出端和第二信号输出端，分别与保护模块的第一信号输入端和第二信号输入端连接，保护模块还包括向风扇输出风扇调速控制信号的控制信号输出端，第一信号为控制系统运行正常指示信号，第二信号为控制系统输出的风扇调速控制信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号，否则保护模块输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制系统的第三信号输入端，与保护模块的第三信号输出端连接，保护模块还包括第三信号输入端，第三信号为风扇转速信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块将其第三信号输出端和其第三信号输入端内部连通。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制系统的第三信号输入端，与保护模块的第三信号输出端连接，保护模块还包括第三信号输入端，第三信号为风扇转速信号，其中当控制系统运行正常指示信号不正常时，保护模块将其第三信号输出端和其第三信号输入端内部断开。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，控制系统的第四信号输入端，与保护模块的第四信号输出端连接，第四信号为保护模块应答响应反馈信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块第四信号输出端输出保护模块应答响应反馈信号给控制系统，告知控制系统风扇运行控制由控制系统控制。

5.根据权利要求2或3所述的装置，其特征在于，还包括隔离模块，隔离模块的控制信号输入端与保护模块的控制信号输出端连接，保护模块输出的风扇调速控制信号由隔离模块的控制信号输入端输入，经隔离模块内设的第一光耦由隔离模块控制信号输出端输出。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，隔离模块的第三信号输出端与保护模块的第三信号输入端连接，第三信号由隔离模块的第三信号输入端输入，经隔离模块内设的第二光耦由隔离模块第三信号输出端输出。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，隔离模块还设置有与第一光耦和第二光耦相匹配的外围上拉下拉电阻。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，保护模块为集成电路芯片或可编程逻辑器件。

9.一种电子设备，其特征在于，包括风扇和如权利要求1至8任一权利要求所述的装置，该装置输出的风扇调速控制信号与风扇连接。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，风扇为四线调速风扇或三线调速风扇。

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