CN107807292A - 直流风机的故障检测电路和直流风机系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种直流风机的故障检测电路和直流风机系统，所述故障检测电路包括依次串联的采样电路、放大电路和故障判断电路；采样电路用于将直流风机的电流信号转换为第一电压信号；放大电路用于对第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将第二电压信号输出给故障判断电路；故障判断电路用于根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，判断直流风机是否故障。本发明提供的故障检测电路，可用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得故障检测电路占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对直流风机的电流进行检测的适用性低的问题。
Description
技术领域
本发明涉及风扇故障检测技术领域，尤其涉及一种直流风机的故障检测电路和直流风机系统。
背景技术
电子器件在各行各业中的应用非常广泛。通常电子器件在工作时发热量大，如果不及时散热，会导致电子器件温度升高，长期工作会影响电子器件的寿命甚至损坏电子器件。采用直流风机对电子器件进行散热是一种有效的散热手段。然而直流风机工作时也会发生故障，如果不能及时检测出直流风机的故障，可能会对电子器件带来不必要的损失，因此，对于直流风扇的故障进行及时准确的检测显得尤为重要。
目前，对直流风机进行故障检测的一种方法为，采用电流传感器来检测直流风机的电流，例如：霍尔传感器等，然后通过处理器程序对上述检测结果进行判断，或者通过设计电路对上述检测结果进行分析，从而得到直流风机的工作状态。
然而，上述方法采用电流传感器虽然能够对电流进行准确的检测，但是电流传感器所占用的空间大，对于一些空间要求比较严格的领域，适用性低。
发明内容
本发明提供一种直流风机的故障检测电路和直流风机系统，能够对直流风机进行故障检测，具有占用空间小、成本低和易于维修的特点，解决了现有技术中采用电流传感器进行电流检测的适用性低的问题。
第一方面，本发明提供的直流风机的故障检测电路，包括：采样电路、放大电路和故障判断电路；
所述采样电路、所述放大电路和所述故障判断电路依次串联；
所述采样电路，用于将所述直流风机的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出给所述放大电路；
所述放大电路，用于对所述第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将所述第二电压信号输出给所述故障判断电路；
所述故障判断电路，用于根据所述第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，判断所述直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路的接口。
可选的，所述故障判断电路包括：第一比较电路、第二比较电路和逻辑与门电路，所述第一比较电路和第二比较电路并联后与所述逻辑与门电路串联；
所述第一比较电路，用于将所述第二电压信号与所述预设的第一阈值进行比较，得到第一比较结果，并将所述第一比较结果输出给所述逻辑与门电路；
所述第二比较电路，用于将所述第二电压信号与所述预设的第二阈值进行比较，得到第二比较结果，并将所述第二比较结果输出给所述逻辑与门电路；
所述逻辑与门电路，用于将所述第一比较结果和所述第二比较结果进行逻辑与运算，得到第三比较结果，并将所述第三比较结果输出给所述外部电路的接口。
可选的，所述故障判断电路还包括上拉电路，所述上拉电路与所述逻辑与门电路连接；
所述上拉电路，用于在预设情况下，将所述逻辑与门电路输出的所述第三比较结果设置为高电平，并将所述高电平输出给所述外部电路的接口，其中，所述高电平用于指示直流风机处于非故障状态。
可选的，所述故障检测电路还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的原边与所述故障判断电路连接，所述光耦隔离电路的副边与所述外部电路连接。
可选的，所述故障检测电路还包括过流保护电路，所述过流保护电路的输入端与直流风机连接，所述过流保护电路的输出端与所述采样电路连接。
可选的，所述采样电路，还用于对所述直流风机的电流信号进行滤波。
可选的，所述故障判断电路还包括：第一阈值设置电路和第二阈值设置电路，所述第一阈值设置电路与所述第一比较电路连接，所述第二阈值设置电路与所述第二比较电路连接；
所述第一阈值设置电路用于设置所述第一阈值；
所述第二阈值设置电路用于设置所述第二阈值。
可选的，所述第一比较电路，具体用于若所述第二电压信号大于所述第一阈值，则向所述逻辑与门电路输出低电平，否则，向所述逻辑与门电路输出高电平；
所述第二比较电路，具体用于若所述第二电压信号小于所述第二阈值，则向所述逻辑与门电路输出低电平，否则，向所述逻辑与门电路输出高电平；
其中，所述低电平用于指示所述直流风机处于故障状态，所述高电平用于指示所述直流风机处于非故障状态。
可选的，所述过流保护电路包括熔断器。
第二方面，本发明提供的直流风机系统，包括直流风机和如第一方面所述的直流风机故障检测电路。
本发明提供的直流风机故障检测电路，包括采样电路、放大电路和故障判断电路，采样电路、放大电路和故障判断电路依次串联，采样电路用于将直流风机的电流信号转换为第一电压信号，并将第一电压信号输出给放大电路；放大电路用于对第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将第二电压信号输出给故障判断电路；故障判断电路用于根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，来判断直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路的接口，从而实现对直流风机进行故障检测。本发明提供的直流风机故障检测电路，其中的采样电路、放大电路和故障判断电路均可选用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得所述故障检测电路占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对电流进行检测的适用性低的问题；进一步的，故障判断电路中，根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值进行比较，来判断直流风机是否故障，使得所述故障检测电路既可以检测出电流过大的情况，例如：直流风机堵转或直流风机短路等，也可以检测出电流过小的情况，例如：直流风机断路、直流风机不在位或直流风机反接等，从而提高了直流风机的故障检测准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例一的结构示意图；
图2为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例二的结构示意图；
图3为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例三的结构示意图；
图4为本发明提供的直流风机系统实施例的结构示意图。
附图标记说明：
10：直流风机故障检测电路；
11：采样电路；
12：放大电路；
13：故障判断电路；
14：光耦隔离电路；
15：过流保护电路；
20：直流风机；
131：第一比较电路；
132：第二比较电路；
133：逻辑与门电路；
134：上拉电路；
135：第一阈值设置电路；
136：第二阈值设置电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
直流风机是指通过输入直流电能，使直流电动机旋转以带动风机叶轮旋转，从而实现直流电能向机械能转换过程的风机。如前所述，采用直流风机对电子器件进行散热是一种常用的散热手段，由于直流风机工作时也会发生故障，如果不能及时检测出直流风机的故障，可能会对电子器件带来不必要的损失，因此，对于直流风扇的故障进行及时准确的检测显得尤为重要。
目前，对直流风机进行故障检测的一种方法为，采用电流传感器来检测直流风机的电流，例如：霍尔传感器等，然后通过处理器程序对上述检测结果进行判断，或者通过设计电路对上述检测结果进行分析，从而得到直流风机的工作状态。然而，上述方法采用电流传感器虽然能够对电流进行准确的检测，但是电流传感器所占用的空间大，成本高，并且电流传感器的供电电路复杂，维修难度大，导致对于一些精度要求不高的领域，上述方法的适用性低。
本发明提供的直流风机故障检测电路，包括采样电路、放大电路和故障判断电路，采样电路、放大电路和故障判断电路依次串联，采样电路用于将直流风机的电流信号转换为第一电压信号，并将第一电压信号输出给放大电路；放大电路用于对第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将第二电压信号输出给故障判断电路；故障判断电路用于根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，来判断直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路的接口，从而实现对直流风机进行故障检测。本发明提供的直流风机故障检测电路，其中的采样电路、放大电路和故障判断电路均可选用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得所述故障检测电路占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对电流进行检测的适用性低的问题；进一步的，故障判断电路中，根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值来判断直流风机是否故障，使得所述故障检测电路既可以检测出电流过大的情况，例如：直流风机堵转或直流风机短路等，也可以检测出电流过小的情况，例如：直流风机断路、直流风机不在位或直流风机反接等，从而提高了直流风机的故障检测准确性。
下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
本发明提供的直流风机故障检测电路，可适用于对所有类型的直流风机进行故障检测，例如：在轨道交通行业常用的24V直流风机。
图1为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例一的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的直流风机故障检测电路10，包括：采样电路11、放大电路12和故障判断电路13；采样电路11、放大电路12和故障判断电路13依次串联；采样电路11用于将直流风机(未示出)的电流信号转换为第一电压信号，并将第一电压信号输出给放大电路12；放大电路12用于对第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将第二电压信号输出给故障判断电路13；故障判断电路13用于根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，判断直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路接口(未示出)。
具体的，采样电路11的输入端与直流风机(未示出)连接，采样电路11的输出端与放大电路12的输入端连接，放大电路12的输出端与故障判断电路13的输入端连接，故障判断电路13的输出端与外部电路接口(未示出)连接。
可以理解的，采样电路11内部的具体元件及其连接关系，本发明不作具体限定，只要可实现将直流风机的电流信号转换为电压信号即可。放大电路12内部的具体元件及其连接关系，本发明也不作具体限定，只要可实现对第一电压信号进行预设倍数的放大得到第二电压信号即可。故障判断电路13内部的具体元件及其连接关系，本发明也不作具体限定，只要可实现根据放大电路12输出的第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值之间的关系，判断直流风机是否故障即可。
需要说明的是，放大电路12对第一电压信号进行预设倍数的放大得到第二电压信号，具体的放大倍数是根据故障判断电路13中预设的第一阈值和第二阈值可调节设置的，以使得可以通过将第二电压信号与第一阈值和第二阈值进行比较，来判断直流风机是否故障。
可以理解的，第一阈值大于第二阈值，第一阈值用于判断第二电压信号是否大于所述第一阈值，第二阈值用于判断第二电压信号是否小于所述第二阈值。故障判断电路13是根据第二电压信号与第一阈值和第二阈值之间的关系来判断直流风机是否故障的。具体判断方法可以有多种，此处不作具体限定。下面举例说明其中一种可能的判断方法：在实际设计电路时，将第一阈值设置为直流风机的电流上限值对应的电压阈值，第二阈值设置为直流风机的电流下限值对应的电压阈值。故障判断电路13在进行判断时，若第二电压信号位于第一阈值和第二阈值之间，则认为直流风机处于非故障状态；若第二电压信号大于第一阈值，则认为直流风机处于故障状态，并且该故障会使得直流风机的电流超过电流上限值，例如：直流风机堵转状态或直流风机短路状态等；若第二电压信号小于第二阈值，则认为直流风机处于故障状态，并且该故障会使得直流风机的电流未达到电流下限值，例如：直流风机断路、直流风机供电功率不足、直流风机不在位或直流风机反接等。需要说明的是，所述的电流上限值和电流下限值是根据直流风机的实际指标进行设置的，例如，电流上限值可以设置为直流风机的额定电流或者额定电流附近的值，电流下限值可以设置为不足以使直流风机工作起来的一个电流值。
本实施例中，直流风机故障检测电路10包括依次串联的采样电路11、放大电路12和故障判断电路13，其中，采用电路11用于将直流风机的电流信号转换为第一电压信号，并将第一电压信号输出给放大电路12；放大电路12用于对第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将第二电压信号输出给故障判断电路13；故障判断电路13用于根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，来判断直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路接口，从而实现对直流风机进行故障检测。本发明提供的直流风机故障检测电路10，其中的采样电路11、放大电路12和故障判断电路13均可选用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得故障检测电路10占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对电流进行检测的适用性低的问题；进一步的，故障判断电路13中，根据第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值来判断直流风机是否故障，使得所述故障检测电路10既可以检测出电流过大的情况，例如：直流风机堵转或直流风机短路等，也可以检测出电流过小的情况，例如：直流风机断路、直流风机不在位、直流风机反接或直流风机供电功率不足等，从而提高了直流风机的故障检测准确性。
图2为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例二的结构示意图，本实施例提供的直流风机故障检测电路10是在图1所示实施例的基础上，对故障判断电路13的结构进行了细化，提供了故障判断电路13的其中一种可选的实施方式。如图2所示，故障判断电路13包括：第一比较电路131、第二比较电路132和逻辑与门电路133，第一比较电路131和第二比较电路132并联后与逻辑与门电路133串联。第一比较电路131，用于将第二电压信号与预设的第一阈值进行比较，得到第一比较结果，并将第一比较结果输出给逻辑与门电路133；第二比较电路132，用于将第二电压信号与预设的第二阈值进行比较，得到第二比较结果，并将第二比较结果输出给逻辑与门电路133；逻辑与门电路133，用于将第一比较结果和第二比较结果进行逻辑与运算，得到第三比较结果，并将第三比较结果输出给外部电路接口。
具体的，第一比较电路131和第二比较电路132的输入端与放大电路12的输出端连接，第一比较电路131和第二比较电路132并联后的输出端与逻辑与门电路133的输入端连接。
可选的，第一比较电路131，具体用于若第二电压信号大于第一阈值，则向逻辑与门电路133输出低电平，否则，向逻辑与门电路133输出高电平；第二比较电路132，具体用于若第二电压信号小于第二阈值，则向逻辑与门电路133输出低电平，否则，向逻辑与门电路133输出高电平。
其中，低电平用于指示直流风机处于故障状态，高电平用于指示直流风机处于非故障状态。
可选的，故障判断电路13还包括：第一阈值设置电路135和第二阈值设置电路136，第一阈值设置电路135与第一比较电路连接131，第二阈值设置电路136与第二比较电路132连接；第一阈值设置电路135用于设置第一阈值，并将第一阈值输出给第一比较电路131；第二阈值设置电路136用于设置第二阈值，并将第二阈值输出给第二比较电路132。
本实施例中，故障判断电路13存在两个比较电路，可以同时进行是否超过电流上限值和是否未达到电流下限值两种故障情况的判断，提高了直流风机的故障检测准确率。
由于电路在启动阶段，电路中的电流会有一个波动期，电流的不稳定可能会导致故障检测电路误判为直流风机故障。为了解决该问题，可选的，如图2所示，故障判断电路13中还包括上拉电路134，上拉电路134的输入端与逻辑与门电路133的输出端连接，上拉电路134的输出端与外部电路接口(未示出)连接；上拉电路134用于在预设情况下，将逻辑与门电路133输出的第三比较结果设置为高电平，并将所述高电平输出给所述外部电路的接口。其中，所述高电平用于指示直流风机处于非故障状态，所述预设情况包括电路在启动阶段导致的电流不稳定的情况。
本实施例中，通过在故障判断电路13中增加上拉电路134，避免了由于电路在启动阶段的电流波动导致的误判为直流风机故障的情况，从而进一步提高了直流风机的故障检测准确率。
上述实施例中，故障判断电路13中第一比较电路131、第二比较电路132、逻辑与门电路133、上拉电路134、第一阈值设置电路135和第二阈值设置电路136，均可选用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得故障检测电路10占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对电流进行检测的适用性低的问题。
图3为本发明提供的直流风机故障检测电路实施例三的结构示意图，如图3所示，在图1所示实施例的基础上，本实施例提供的直流风机故障检测电路10，还包括光耦隔离电路14，光耦隔离电路14的原边与故障判断电路13连接，光耦隔离电路14的副边与外部电路接口(未示出)连接，光耦隔离电路14用于将故障判断电路13输出的直流风机故障检测结果输出给外部电路。
本实施例中，通过在直流风机故障检测电路10与外部电路之间增加光耦隔离电路14，使得直流风机故障检测电路10与外部电路之间没有电的直接连接，从而避免了直流风机故障检测电路10受到外部电路的干扰，提高了直流风机故障检测电路10的抗干扰性。
可选的，本实施例中直流风机故障检测电路10，还包括过流保护电路15，过流保护电路15的输入端与直流风机(未示出)连接，过流保护电路15的输出端与采样电路11的输入端连接。
可以理解的，过流保护电路15可以有多种实现形式，此处不作具体限制。可选的，过流保护电路15包括熔断器(未示出)，所述熔断器用于在检测到电流超过预设值时，以本身的热量使其熔断，从而使得电路断开，保护电路中其他元件不被损坏。
需要说明的是，过流保护电路15中设置的电流预设值，相比故障判断电路13中的第一阈值对应的电流上限值要高，具体的，故障保护电路13中第一阈值对应的电流上限值用于指示达到该上限值后直流风机将无法良好的工作，过流保护电路15中设置的电流预设值用于指示达到该预设值后将会导致电路损坏。
本实施例中，通过在直流风机故障检测电路10中增加过流保护电路15，使得故障检测电路10在过流情况下，能够通过过流保护电路15使得电路断路，从而保护故障检测电路10中的其他元件不受损坏，提高了直流风机故障检测电路10的安全性。
为了进一步提高直流风机的故障检测准确率，可选的，采样电路11还用于对直流风机的电流信号进行滤波。需要说明的是，滤波方法不做具体限定。
可以理解的，由于直流风机输出的可能为波动的电流信号，通过对该波动的电流信号进行滤波，使其变为平滑的电流信号，再经过采样电路11对该平滑的电流信号进行电压转换，可以消除由于电流波动带来的误判，从而提高了直流风机的故障检测准确率。
上述实施例中，由于采样电路11、放大电路12、故障判断电路13、光耦隔离电路14和过流保护电路15，均可选用常见的基础芯片实现，并且均为贴片封装，使得直流风机故障检测电路10占用空间小，成本低，并且电路简单，易于维修，从而解决了现有技术中采用电流传感器对直流风机电流进行检测的适用性低的问题。
图4为本发明提供的直流风机系统实施例的结构图，如图4所示，本实施例提供的直流风机系统30包括：直流风机20和直流风机故障检测电路10，其中，直流风机故障检测电路10可以采用如图1-图3任一实施例的结构，其对应的，可以执行图1-图3任一实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种直流风机的故障检测电路，其特征在于，包括：采样电路、放大电路和故障判断电路；
所述采样电路、所述放大电路和所述故障判断电路依次串联；
所述采样电路，用于将所述直流风机的电流信号转换为第一电压信号，并将所述第一电压信号输出给所述放大电路；
所述放大电路，用于对所述第一电压信号进行预设倍数的放大，得到第二电压信号，并将所述第二电压信号输出给所述故障判断电路；
所述故障判断电路，用于根据所述第二电压信号以及预设的第一阈值和第二阈值，判断所述直流风机是否故障，并将判断结果输出给外部电路的接口。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述故障判断电路包括：第一比较电路、第二比较电路和逻辑与门电路，所述第一比较电路和第二比较电路并联后与所述逻辑与门电路串联；
所述第一比较电路，用于将所述第二电压信号与所述预设的第一阈值进行比较，得到第一比较结果，并将所述第一比较结果输出给所述逻辑与门电路；
所述第二比较电路，用于将所述第二电压信号与所述预设的第二阈值进行比较，得到第二比较结果，并将所述第二比较结果输出给所述逻辑与门电路；
所述逻辑与门电路，用于将所述第一比较结果和所述第二比较结果进行逻辑与运算，得到第三比较结果，并将所述第三比较结果输出给所述外部电路的接口。
3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述故障判断电路还包括上拉电路，所述上拉电路与所述逻辑与门电路连接；
所述上拉电路，用于在预设情况下，将所述逻辑与门电路输出的所述第三比较结果设置为高电平，并将所述高电平输出给所述外部电路的接口，其中，所述高电平用于指示直流风机处于非故障状态。
4.根据权利要求1-3任一项所述的电路，其特征在于，还包括光耦隔离电路，所述光耦隔离电路的原边与所述故障判断电路连接，所述光耦隔离电路的副边与所述外部电路连接。
5.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，还包括过流保护电路，所述过流保护电路的输入端与直流风机连接，所述过流保护电路的输出端与所述采样电路连接。
6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，
所述采样电路，还用于对所述直流风机的电流信号进行滤波。
7.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述故障判断电路还包括：第一阈值设置电路和第二阈值设置电路，所述第一阈值设置电路与所述第一比较电路连接，所述第二阈值设置电路与所述第二比较电路连接；
所述第一阈值设置电路用于设置所述第一阈值；
所述第二阈值设置电路用于设置所述第二阈值。
8.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，
所述第一比较电路，具体用于若所述第二电压信号大于所述第一阈值，则向所述逻辑与门电路输出低电平，否则，向所述逻辑与门电路输出高电平；
所述第二比较电路，具体用于若所述第二电压信号小于所述第二阈值，则向所述逻辑与门电路输出低电平，否则，向所述逻辑与门电路输出高电平；
其中，所述低电平用于指示所述直流风机处于故障状态，所述高电平用于指示所述直流风机处于非故障状态。
9.根据权利要求5所述的电路，其特征在于，所述过流保护电路包括熔断器。
10.一种直流风机系统，其特征在于，包括直流风机和如权利要求1-9任一项所述的直流风机的故障检测电路。
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