CN104343713B - 交流风扇的故障检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交流风扇的故障检测电路，包括：一与所述交流风扇的供电电源相连接的电压采集单元，用于根据所述供电电源的正、负半周期的电流分别采集一第一电压及一第二电压；一整流单元，用于将所述第一电压及所述第二电压整流为一脉冲信号；一方波输出单元，用于将所述脉冲信号转换为一方波信号，并输出所述方波信号；一检测单元，用于根据所述方波信号检测所述交流风扇的工作状态。本发明能够通过检测交流风机的风扇的工作状态，判断其是否发生故障，检测结果准确并且电路简单，使用的器件少且成本很低，大大降低了交流风扇的检测电路的成本。

Description

交流风扇的故障检测电路
技术领域
本发明涉及一种交流风扇的故障检测电路，特别是涉及一种仅通过简单的器件和电路就能够检测交流风机的风扇工作状态的交流风扇的故障检测电路。
背景技术
在中大功率的变频器中，半导体功率器件会产生非常大的损耗，因此需要使用交流风机对其进行散热。交流风机在经过长时间的使用后有可能老化损坏，或者交流风机在使用过程中也有可能因为外力而堵转。如果在交流风机发生故障而无法正常运行后，变频器仍然继续工作，那么有可能造成半导体功率器件的过热损坏，从而造成较大的损失，现有的检测电路并不能通过简单的电路来检测出交流风机的风扇是否损坏或堵转。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中不能通过简单电路来检测出交流风机的风扇是否损坏或堵转的缺陷，提供一种仅通过简单的器件和电路就能够检测交流风机的风扇工作状态的交流风扇的故障检测电路。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明的目的在于提供了一种交流风扇的故障检测电路，其特点在于，包括：
一与所述交流风扇的供电电源相连接的电压采集单元，用于根据所述供电电源的正、负半周期的电流分别采集一第一电压及一第二电压；
一整流单元，用于将所述第一电压及所述第二电压整流为一脉冲信号；
一方波输出单元，用于将所述脉冲信号转换为一方波信号，并输出所述方波信号；
一检测单元，用于根据所述方波信号检测所述交流风扇的工作状态。
较佳地，所述电压采集单元包括一电阻R1、一电阻R2、一二极管D1以及一二极管D2，所述电阻R1与所述二极管D1串联，并与相互串联的所述电阻R2及所述二极管D2相并联，所述二极管D1与所述二极管D2的导通方向相反；
所述整流单元包括一与所述电压采集单元相并联的桥式整流电路，所述方波输出单元包括一与所述桥式整流电路相连接的光电耦合器，所述光电耦合器具有一导通电压，当所述交流风扇正常工作时，所述第一电压与所述第二电压在经过所述桥式整流电路后仅有一个超过所述导通电压，当所述交流风扇堵转时，所述第一电压与所述第二电压在经过所述桥式整流电路后均超过所述导通电压。
较佳地，所述方波输出单元还包括一上拉电阻，所述上拉电阻的一端与一固定电源连接，另一端与所述光电耦合器连接。利用所述上拉电阻以及所述固定电源就能够将所述脉冲信号转换为所述方波信号。
较佳地，所述检测单元包括一MCU（微控制单元），用于检测所述电压输出单元输出电压的频率，若频率为一第一频率，则所述交流风扇正常，若频率为一第二频率，则所述交流风扇堵转，若频率为零，则所述交流风扇损坏，其中所述第一频率小于所述第二频率。
较佳地，所述检测单元还包括一与所述方波输出单元相连接的方波发生电路，所述方波发生电路包括一起振频率小于所述第一频率的第一方波发生电路、一起振频率大于所述第一频率且小于所述第二频率的第二方波发生电路以及一起振频率小于所述第一频率的第三方波发生电路；
所述第一方波发生电路与第二方波发生电路均连接至所述方波输出单元的输出端，所述第二方波发生电路与所述第三方波发生电路串联，所述第一方波发生电路及所述第三方波发生电路分别与一与门电路的一第一输入端及一第二输入端相连接；
所述MCU若检测出所述第一输入端出现低电平，则所述交流风扇损坏，若检测出所述第二输入端出现低电平，则所述交流风扇堵转，若检测出所述输出端为持续的高电平，则所述交流风扇正常。
较佳地，所述第一频率为所述供电电源的工作频率，所述第二频率为所述第一频率的两倍。所述供电电源为日常生活中通用的交流电源。
较佳地，所述第一频率为50Hz，所述第二频率为100Hz。
本发明的积极进步效果在于：本发明能够通过检测交流风机的风扇的工作状态，判断其是否发生故障，检测结果准确并且电路简单，使用的器件少且成本很低，大大降低了交流风扇的检测电路的成本。
附图说明
图1为本发明的实施例1的交流风扇的故障检测电路的结构示意图。
图2为本发明的实施例1的交流风扇的故障检测电路的电路图。
图3为本发明的实施例2的交流风扇的故障检测电路中方波发生电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例1
如图1所示，本发明的交流风扇的故障检测电路包括一电压采集单元1、一整流单元2、一方波输出单元3以及一检测单元4。
其中所述电压采集单元1与交流风扇的供电电源相连接，并根据所述供电电源的正、负半周期的电流分别采集一第一电压及一第二电压，所述整流单元2则将所述第一电压及所述第二电压整流为一脉冲信号，所述方波输出单元3则将所述脉冲信号转换为一方波信号，并输出所述方波信号，所述检测单元4则根据所述方波信号检测所述交流风扇的工作状态。
具体地，如图2所示，所述电压采集单元1的FAN_1和FAN_2接口分别串在所述交流风扇的供电电源的零线和火线上，所述电压采集单元1还包括一电阻R1、一电阻R2、一二极管D1以及一二极管D2，所述电阻R1与所述二极管D1相并联，并与相互串联的所述电阻R2及所述二极管D2向并联，所述二极管D1与所述二极管D2的导通方向相反。
当所述交流风扇的电流由FAN_2流向FAN_1时（即处于正半周期），电流经过所述二极管D1及所述电阻R1，进而会产生所述第一电压，电压值为I*R1+0.7V（其中I为流过的电流值）；当所述交流风扇的电流由FAN_1流向FAN_2时（即处于负半周期），电流经过所述二极管D2及所述电阻R2，进而会产生所述第二电压，电压值为I*R2+0.7V（其中I为流过的电流值）。
所述整流单元2则包括一与所述电压采集单元1相并联的桥式整流电路，具体包括二极管D3、D4、D5、D6以及一限流电阻R3，当电流由FAN_2流向FAN_1时，二极管D4、D5导通，二极管D3、D6截止，此时经过所述桥式整流电路后电压值变为I*R1-0.7V；当电流由FAN_1流向FAN_2时，二极管D3、D6导通，二极管D4、D5截止，此时经过所述桥式整流电路后电压值变为I*R2-0.7V。
所述方波输出单元3则包括一与所述桥式整流电路相连接的光电耦合器U1，所述光电耦合器U1的导通电压设为V1，当所述交流风扇正常工作时，流经供电电源火线或零线上的电流为频率为50Hz的交流电流，电流峰值记为I1，当所述交流风扇堵转时，电流将会增大，此时的电流峰值记为I2，而当所述交流风扇损坏时，电路是断开的，此时电流值为零。
在本实施例中，通过设定所述电阻R1和R2的阻值，使得加在所述光电耦合器U1和电阻R3两端的电压I1*R1-0.7V>V1，而I1*R2-0.7V<V1，从而使得在所述交流风扇正常工作时，所述光电耦合器U1以50Hz的频率导通（即生成频率为50Hz的脉冲信号）。同时，I2*R1-0.7V>V1，且I2*R2-0.7V>V1，从而使得在所述交流风扇正常工作时，所述光电耦合器U1以100Hz的频率开通（即生成频率为100Hz的脉冲信号），而当所述交流风扇损坏时，所述光电耦合器U1一直无法导通。
而且，所述方波输出单元3还包括一上拉电阻R4，所述上拉电阻R4的一端与一固定电源Vcc连接，另一端与所述光电耦合器U1。这样，通过所述上拉电阻R4与所述固定电源Vcc的作用，当所述交流风扇正常工作时，FAN_TEST端会输出频率为50Hz的高低电平方波信号，当所述交流风扇堵转时，FAN_TEST端会输出频率为100Hz的高低电平方波信号，当所述交流风扇损坏时，FAN_TEST端会一直输出高电平信号。
所述检测单元4则包括一MCU，所述MCU通过检测FAN_TEST端输出的信号频率就能够判断出所述交流风扇的工作状态，具体地，若频率为50Hz，则所述交流风扇正常工作，若频率为100Hz，则所述交流风扇堵转，若频率为零，则所述交流风扇损坏。
这样，利用本实施例的故障检测电路就能够检测交流风机的风扇的工作状态，判断其是否发生故障，检测结果准确并且电路简单，使用的器件少且成本很低，大大降低了交流风扇的检测电路的成本。
实施例2
如图3所示，本实施例与实施例1的区别在于：在本实施例中，所述检测单元还包括一方波发生电路，所述方波发生电路与所述方波输出单元3相连接，所述方波发生电路包括一第一方波发生电路、一第二方波发生电路以及一第三方波发生电路。其中，所述第一方波发生电路由二极管D7、电阻R5、电容C1以及施密特非门U2A组成，所述第二方波发生电路由二极管D8、电阻R6、电容C2以及施密特非门U2B组成，所述第三方波发生电路由二极管D9、电阻R7、电容C3以及施密特非门U2C组成。所述第一方波发生电路及所述第三方波发生电路的起振频率均小于50Hz，所述第二方波发生电路的起振频率则大于50Hz且小于100Hz。
所述第一方波发生电路与第二方波发生电路均连接至所述方波输出单元3的输出端（FAN_TEST），所述第二方波发生电路与所述第三方波发生电路串联，所述第一方波发生电路及所述第三方波发生电路分别与一与门电路U3的一第一输入端及一第二输入端相连接。
这样，将FAN_TEST端输出的信号接入上述三个方波发生电路，产生两路信号并经逻辑与之后在FAN_ERROR端产生输出信号。方波发生电路在输入的信号为频率高于其起振频率的高低电平方波时，都会输出一个持续的高电平，而在输入为持续高电平时，这三个方波发生电路会输出高低电平的方波。
当所述交流风扇正常工作时，FAN_TEST端的输出为50Hz的高低电平方波，频率高于所述第一方波发生电路的起振频率，那么在经过所述第一方波发生电路后，所述与门电路U3的第一输入端的输入将为持续的高电平。而50Hz的频率小于所述第二方波发生电路的起振频率，所述二极管D9的阴极处则为50Hz的高低电平方波信号，再经过所述第三方波发生电路后，所述与门电路U3的第二输入端的输入同样为持续的高电平。因此，在所述交流风扇正常工作时，所述与门电路U3的输出端的输出为持续的高电平信号。
当所述交流风扇损坏时，FAN_TEST端的输出为持续的高电平，在经过所述第一方波发生电路后，所述与门电路U3的第一输入端的输入将为高低电平的方波，同时，FAN_TEST端的输出的持续高电平在经过所述第二方波发生电路后，所述二极管D9的阴极处为频率为50Hz至100Hz的高低电平方波，再经过所述第三方波发生电路后，由于输入信号的频率大于所述第三方波发生电路的起振频率，所述与门电路U3的第二输入端的输入将为持续的高电平，最终的结果为只在所述第一输入端出现低电平。
当所述交流风扇堵转时，FAN_TEST端的输出频率为100Hz的高低电平方波信号，其频率大于所述第二方波发生电路的起振频率，因此所述二极管D9的阴极处为持续的高电平信号，再经过所述第三方波发生电路后，所述与门电路U3的第二输入端的输入将为高低电平的方波信号，同时，FAN_TEST端输出的频率为100Hz的高低电平方波信号在经过所述第一方波发生电路后，由于输入信号的频率大于所述第一方波发生电路的起振频率，所述与门电路U3的第一输入端的输入将为持续的高电平，最终的结果为只在所述第二输入端出现低电平。
因此，在本实施例中，所述MCU若检测出所述第一输入端出现低电平，则所述交流风扇损坏，若检测出所述第二输入端出现低电平，则所述交流风扇堵转，若检测出所述输出端为持续的高电平，则所述交流风扇正常。
并且与实施例1相比，所述MCU不用再计算检测的信号的频率，只需要检测是否出现高低电平即可，从而简化了MCU的功能。
下面给出一个将本发明应用在一个对额定电流为0.75A的220V、50Hz交流风机的故障检测中，风机堵转时的电流为1.5A。在电路中R1的阻值设置为2.2Ω，R2的阻值设置为1.2Ω，光电耦合器U1使用PC817（一种光电耦合器的型号），其导通电压为1.2V。
当交流风机正常工作时，二极管D1正向导通时，加在光电耦合器U1及电阻R3上的电压为I1*R1-0.7＝0.75*1.414*2.2-0.7＝1.6＞1.2，此时光电耦合器U1导通。当二极管D2正向导通时，加在光电耦合器U1及电阻R3上的电压为I1*R2-0.7＝0.75*1.414*1.2-0.7＝0.57＜1.2，光电耦合器U1不导通。因此光电耦合器U1是按照50Hz的频率导通的，FAN_TEST端的信号为50Hz的高低电平方波，FAN_ERROR端的输出为持续的高电平。
当交流风扇损坏后，电流为零，加在光电耦合器U1上的电压为零，光电耦合器U1不导通，FAN_TEST端的输出为持续的高电平，FAN_ERROR端的输出为高低电平的方波信号，此时所述MCU会检测出所述与门电路U3的第一输入端为低电平，报出交流风扇损坏的故障信号。
当交流风扇堵转时，二极管D1正向导通时，加在光电耦合器U1及电阻R3上的电压为I2*R1-0.7＝1.5*1.414*2.2-0.7＝4.0＞1.2，此时光电耦合器U1导通。当二极管D2正向导通时，加在光电耦合器U1及电阻R3上的电压为I2*R2-0.7＝1.5*1.414*1.2-0.7＝1.8＞1.2，光电耦合器U1也导通。因此光电耦合器U1在二极管D1和D2导通时都会有一段时间导通，即导通频率为100Hz。此时FAN_TEST端的信号为100Hz的高低电平方波，如前所述，FAN_ERROR端的输出为高低电平的方波信号。所述MCU会检测出所述与门电路U3的第二输入端为低电平，报出交流风扇堵转的故障信号。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种交流风扇的故障检测电路，其特征在于，包括：
一与所述交流风扇的供电电源相连接的电压采集单元，用于根据所述供电电源的正、负半周期的电流分别采集一第一电压及一第二电压；
一整流单元，用于将所述第一电压及所述第二电压整流为一脉冲信号；
一方波输出单元，用于将所述脉冲信号转换为一方波信号，并输出所述方波信号；
一检测单元，用于根据所述方波信号检测所述交流风扇的工作状态。
2.如权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于，所述电压采集单元包括一电阻R1、一电阻R2、一二极管D1以及一二极管D2，所述电阻R1与所述二极管D1串联，并与相互串联的所述电阻R2及所述二极管D2相并联，所述二极管D1与所述二极管D2的导通方向相反；
所述整流单元包括一与所述电压采集单元相并联的桥式整流电路，所述方波输出单元包括一与所述桥式整流电路相连接的光电耦合器，所述光电耦合器具有一导通电压，当所述交流风扇正常工作时，所述第一电压与所述第二电压在经过所述桥式整流电路后仅有一个超过所述导通电压，当所述交流风扇堵转时，所述第一电压与所述第二电压在经过所述桥式整流电路后均超过所述导通电压。
3.如权利要求2所述的故障检测电路，其特征在于，所述方波输出单元还包括一上拉电阻，所述上拉电阻的一端与一固定电源连接，另一端与所述光电耦合器连接。
4.如权利要求3所述的故障检测电路，其特征在于，所述检测单元包括一MCU，用于检测所述方波输出单元输出电压的频率，若频率为一第一频率，则所述交流风扇正常，若频率为一第二频率，则所述交流风扇堵转，若频率为零，则所述交流风扇损坏，其中所述第一频率小于所述第二频率。
5.如权利要求4所述的故障检测电路，其特征在于，所述检测单元还包括一与所述方波输出单元相连接的方波发生电路，所述方波发生电路包括一起振频率小于所述第一频率的第一方波发生电路、一起振频率大于所述第一频率且小于所述第二频率的第二方波发生电路以及一起振频率小于所述第一频率的第三方波发生电路；
所述第一方波发生电路与第二方波发生电路均连接至所述方波输出单元的输出端，所述第二方波发生电路与所述第三方波发生电路串联，所述第一方波发生电路及所述第三方波发生电路分别与一与门电路的一第一输入端及一第二输入端相连接；
所述MCU若检测出所述第一输入端出现低电平，则所述交流风扇损坏，若检测出所述第二输入端出现低电平，则所述交流风扇堵转，若检测出所述输出端为持续的高电平，则所述交流风扇正常。
6.如权利要求4或5所述的故障检测电路，其特征在于，所述第一频率为所述供电电源的工作频率，所述第二频率为所述第一频率的两倍。
7.如权利要求6所述的故障检测电路，其特征在于，所述第一频率为50Hz，所述第二频率为100Hz。
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