CN109185212A - 一种直流风机调速电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种直流风机调速电路，其包括温度采样电路、信号发生电路和风机启停控制电路，所述温度采样电路的输出端连接信号发生电路和风机启停控制电路，所述风机启停控制电路的输出端连接信号发生电路，所述信号发生电路的输出端连接直流风机。本发明调速电路所用器件少，电路简单，成本低，既起到直流风机的无极调速功能，实现无卡顿、低噪音运行，同时降低能耗，实现效果好。
Description
技术领域
本发明涉及电路控制领域，具体涉及一种直流风机调速电路。
背景技术
现在的电子产品，特别是大功率电子产品，都需要用到风机进行散热，以保证电子产品运行的可靠性，但同时电子产品的损耗、噪音、成本也是重要的考虑因素。
为了实现发热电子产品的散热，将发热电子产品的温度控制到一定范围，常采用直流风机进行风速控制。目前，大多采用微机控制或专用PWM控制芯片对风机进行调速控制，需要采集环境温度后再进行风机调速，电路复杂，成本高。现有的风机调速电路只能实现有极调速，能耗大，风机运行噪音大，可靠性低。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种直流风机调速电路，其电路成本低，且能够实现风机的无极调速。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种直流风机调速电路，其包括温度采样电路、信号发生电路和风机启停控制电路，所述温度采样电路的输出端连接信号发生电路和风机启停控制电路，所述风机启停控制电路的输出端连接信号发生电路，所述信号发生电路的输出端连接直流风机；
所述信号发生电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C2、电容C3、三极管Q1和555定时器IC3；
所述电阻R12一端与温度采样电路的输出端相连，另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端和555定时器IC3的第7脚相连；电阻R13的另一端与电源正极VCC相连；电阻R14的另一端与电容C2的一端、555定时器IC3的第2脚、第6脚相连；电容C2的另一端与电源负极GND相连；
所述555定时器IC3的第1脚与电容C3的一端和电源负极GND相连；电容C3的另一端与555定时器IC3的第5脚相连；555定时器IC3的第3脚与电阻R16的一端相连；电阻R16的另一端与三极管Q1的B级相连；三极管Q1的C级与电源正极VCC相连；三极管Q1的E级与直流风机的正极输入端相连；直流风机的负极输入端与电源负极GND相连；555定时器IC3的第8脚与电源正极VCC相连；555定时器IC3的第4脚与电阻R15和风机启停控制电路的输出端相连；电阻R15的另一端与电源正极VCC相连。
所述温度采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、负温度系数热敏电阻NTC1和运算放大器IC1；
所述电阻R1一端与电源正极VCC相连，另一端与负温度系数热敏电阻NTC1的一端和电阻R5的一端相连；负温度系数热敏电阻NTC1另一端与电源负极GND相连；电阻R2一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；电阻R3的另一端与电源负极GND相连；电阻R4的另一端与运算放大器IC1的反向端相连；电阻R5的另一端与运算放大器IC1的同相端和电阻R7的一端相连；电阻R7的另一端与电源负极GND相连；电阻R6的一端与运算放大器IC1的反向端相连，另一端与运算放大器IC1的输出端相连；电容C1一端与运算放大器IC1的输出端相连，另一端与电源负极GND相连。
所述风机启停控制电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、二极管D1、电压比较器IC2；
所述电阻R10的一端与运算放大器IC1的输出端相连，另一端与二极管D1的阴极和电压比较器IC2的反向端相连；二极管D1的阳极与直流风机故障信号相连；电阻R8的一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R9的一端、电阻R11的一端和电压比较器IC2的同相输入端相连；电阻R9的另一端与电源负极GND相连；电阻R11与电压比较器IC2的输出端相连。
采用上述方案后，本发明的直流风机调速电路在环境温度较低时，通过风机启停控制电路控制信号发生电路，关闭直流风机；当环境温度升高时，通过信号发生电路，输出高频率、低占空比的调制方波，直流风机慢速转动，当环境温度逐渐升高时，信号发生电路能够输出低频率、高占空比的调制方波，直流风机快速转动；当温度高于上限值时，信号发生电路输出全高电平，直流风机全速转动。当直流风机发生故障或器件内部有其它故障信号需要关闭直流风机时，可以通过关闭PWM信号来达到关闭直流风机的目的。
本发明的调速电路所用器件少，电路简单，成本低。其中，信号发生电路采用555定时器，其脉宽和频率均可调，可以实现PWM（脉宽调制）和PFM（调频调制）相结合的风机调速控制，调速效果好，进而实现直流风机的无极调速功能，以及无卡顿、低噪音运行、节能环保。
此外，本发明的温度采样电路前级采用惠斯登电桥平衡原理，后级采用差分运算放大电路，信号采样精度高，温度控制精度好。本发明通过风机启停控制电路在风机故障或电路故障时实现对直流风机的停转保护，避免机器故障的扩大化。
附图说明
图1为本发明直流风机调速电路；
图2为本发明555定时器内部原理图；
图3为本发明555定时器正常工作时的逻辑图。
具体实施方式
如图1所示，本发明揭示了一种直流风机调速电路，其包括温度采样电路1、信号发生电路2和风机启停控制电路3，所述温度采样电路1的输出端连接信号发生电路2和风机启停控制电路3，所述风机启停控制电路3的输出端连接信号发生电路2，所述信号发生电路2的输出端连接直流风机。其中，温度采用电路用于检测当前环境温度，并将温度值转换为电压值；风机启停控制电路3用于设定直流风机工作的温度值以决定信号发生电路2是否输出控制信号给直流风机，同时，该风机启停控制电路3还用于在直流风机故障异常时关闭直流风机；信号发生电路2根据温度采样电路1和风机启停控制电路3输出PWM和PFM的调制方波，用于直流风机调速。
上述温度采样电路1包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、负温度系数热敏电阻NTC1和运算放大器IC1。该电路的功能在于将温度信号准确的、等比例的转化为电压信号。
电阻R1一端与电源正极VCC相连，另一端与负温度系数热敏电阻NTC1的一端和电阻R5的一端相连；负温度系数热敏电阻NTC1另一端与电源负极GND相连；电阻R2一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；电阻R3的另一端与电源负极GND相连；电阻R4的另一端与运算放大器IC1的反向端相连；电阻R5的另一端与运算放大器IC1的同相端和电阻R7的一端相连；电阻R7的另一端与电源负极GND相连；电阻R6的一端与运算放大器IC1的反向端相连，另一端与运算放大器IC1的输出端相连；电容C1一端与运算放大器IC1的输出端（即温度采样电路1的输出端）相连，另一端与电源负极GND相连。
信号发生电路2包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C2、电容C3、三极管Q1和555定时器IC3。其中，电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2、555定时器IC3的参数匹配，能够设置输出占空比和频率可变的PWM调制方波；三极管Q1用于驱动直流风机电源。
电阻R12一端与运算放大器IC1输出端相连，另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端和555定时器IC3的第7脚相连；电阻R13的另一端与电源正极VCC相连；电阻R14的另一端与电容C2的一端、555定时器IC3的第2脚、第6脚相连；电容C2的另一端与电源负极GND相连；555定时器IC3的第1脚与电容C3的一端和电源负极GND相连；电容C3的另一端与555定时器IC3的第5脚相连；555定时器IC3的第3脚与电阻R16的一端相连；电阻R16的另一端与三极管Q1的B级相连；三极管Q1的C级与电源正极VCC相连；三极管Q1的E级（信号发生电路2的输出端）与直流风机的正极输入端相连；直流风机的负极输入端与电源负极GND相连；555定时器IC3的第8脚与电源正极VCC相连；555定时器IC3的第4脚与电阻R15和比较器IC2的输出端相连；电阻R15的另一端与电源正极VCC相连。
风机启停控制电路3包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、二极管D1、电压比较器IC2。其中，电阻R10、电阻R8、电阻R9、电阻R11、电压比较器IC2配合信号发生电路2的电阻R15能够设置直流风机工作的温度值。
电阻R10的一端与运算放大器IC1的输出端相连，另一端与二极管D1的阴极和电压比较器IC2的反向端相连；二极管D1的阳极与直流风机故障信号相连；电阻R8的一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R9的一端、电阻R11的一端和电压比较器IC2的同相输入端相连；电阻R9的另一端与电源负极GND相连；电阻R11与电压比较器IC2的输出端（风机启停控制电路3的输出端）相连。
继续参照图1并结合图2和图3所示，图3中，VC为电容C2的充电波形，Vo为555定时器输出脚的逻辑电平。本发明的调速电路的工作原理如下：
负温度系数热敏电阻NTC1用于检测当前环境温度，与电阻R1、电阻R2和电阻R3组成一个惠斯登电桥。当温度较低时，NCT1电阻值高，通过运算放大器IC1的信号放大，将温度值转换为电压值。在低温时，运算放大器IC1的输出电压比较高，该电压经过电阻R10到电压比较器IC2的反向输入端，电阻R8和电阻R9对电源VCC的分压，组成一个直流风机工作的温度下限参考值，当电压比较器IC2的反向输入端高于同相输入端时，电压比较器IC2输出为低电平（0V），即555定时器IC3的第4脚输入为低电平（0V），此时555定时器IC3的第3脚，即输出脚常为低电平（0V），再通过电阻R16到三极管Q1的B级，此时三极管Q1不导通，直流风机不工作。
当环境温度逐渐升高时，负温度系数热敏电阻NTC1阻值减小，运算放大器IC1的输入电压降低，运算放大器IC1的输出电压减小，通过电阻R10到电压比较器IC2的反向输入端，当该电压低于电压比较器IC2的同相输入端时，电压比较器IC2的输出端输出高电平（VCC），555定时器IC3开始工作，555定时器IC3的第7脚内部的三极管关断，第7脚与GND断开，运算放大器IC2的输出端通过电阻R12和电阻R14给电容C2充电，VCC通过电阻R13和电阻R14给电容C2充电，当电容C2上的电压高于1/3VCC时，555定时器IC3的第3脚输出高电平（VCC），当电容C2上的电压高于2/3VCC时，555定时器IC3的第3脚输出低电平（0V），同时第7脚的内部三极管导通，第7脚连接到GND，电容C2通过电阻R14放电，当电容C2的电压放到低于1/3VCC时，555定时器IC3的第3脚又输出高电平（VCC），第7脚与GND断开，电容C2又进入充电环节，电容C2的充放电过程就实现了555定时器IC3的输出信号的PWM方波调制。电容C2的充电速率由运算放大器IC1的输出电压、电阻R12、电阻R13、电阻R14和电容C2决定的，当电阻R12、电阻R13、电阻R14、电容C2的参数固定后，改变运算放大器IC1的输出电压，就可以改变电容C2的充电速率，而电容C2的放电速率只与电阻R14有关，因此可以改变555定时器IC3输出信号的脉冲宽度和频率。因此，在正常工作条件下，环境温度低时，负温度系数热敏电阻NTC1阻值高，运算放大器IC1输出电压高，通过电阻R12、电阻R14给电容C2的充电速率就快，555定时器IC3的输出脉冲宽度就小，脉冲频率高，直流风机转速小；当环境温度高时，负温度系数热敏电阻NTC1阻值低，运算放大器IC1输出电压低，电容C2的充电速率慢，555定时器IC3的输出脉冲宽度就大，脉宽频率低，直流风机转速快，增加散热。
当环境温度高于上限值时，负温度系数热敏电阻NTC1阻值低，运算放大器IC1的输出电压小，当电压值与VCC通过电阻R12和电阻R13分压后，使得电容C2上电压恒小于1/3VCC时，555定时器IC3的第3脚输出常为高电平（VCC），三级管Q1保持持续导通，直流风机全速运转。
当直流风机发生故障或机器其它部分发生故障时，产生一个高电平到二极管D1的阳极，二极管D1的阴极电压为输入的故障高电平信号减去二级管D1的压降，当电压比较器IC2的反向端电压高于同相端电压时，电压比较器IC2输出一个低电平给555定时器IC3的第4脚，此时555定时器IC3的第3脚，即输出脚常为低电平（0V），再通过电阻R16到三极管Q1的B级，此时三极管Q1不导通，从而关闭直流风机的调速信号。
综上，本发明的关键在于，本发明的直流风机调速电路在环境温度较低时，关闭直流风机；当环境温度升高时，通过信号发生电路2，输出高频率、低占空比的调制方波，直流风机慢速转动，当环境温度逐渐升高时，信号发生电路2能够输出低频率、高占空比的调制方波，直流风机快速转动；当温度高于上限值时，信号发生电路2输出全高电平，直流风机全速转动。当直流风机发生故障或器件内部有其它故障信号需要关闭直流风机时，可以通过关闭PWM信号来达到关闭直流风机的目的。该调速电路所用器件少，电路简单，成本低，既起到直流风机的无极调速功能，实现无卡顿、低噪音运行，同时降低能耗，实现效果好。
以上所述，仅是本发明实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (3)
1.一种直流风机调速电路，其特征在于：包括温度采样电路、信号发生电路和风机启停控制电路，所述温度采样电路的输出端连接信号发生电路和风机启停控制电路，所述风机启停控制电路的输出端连接信号发生电路，所述信号发生电路的输出端连接直流风机；
所述信号发生电路包括电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电容C2、电容C3、三极管Q1和555定时器IC3；
所述电阻R12一端与温度采样电路的输出端相连，另一端与电阻R13的一端、电阻R14的一端和555定时器IC3的第7脚相连；电阻R13的另一端与电源正极VCC相连；电阻R14的另一端与电容C2的一端、555定时器IC3的第2脚、第6脚相连；电容C2的另一端与电源负极GND相连；
所述555定时器IC3的第1脚与电容C3的一端和电源负极GND相连；电容C3的另一端与555定时器IC3的第5脚相连；555定时器IC3的第3脚与电阻R16的一端相连；电阻R16的另一端与三极管Q1的B级相连；三极管Q1的C级与电源正极VCC相连；三极管Q1的E级与直流风机的正极输入端相连；直流风机的负极输入端与电源负极GND相连；555定时器IC3的第8脚与电源正极VCC相连；555定时器IC3的第4脚与电阻R15和风机启停控制电路的输出端相连；电阻R15的另一端与电源正极VCC相连。
2.根据权利要求1所述的一种直流风机调速电路，其特征在于：所述温度采样电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电容C1、负温度系数热敏电阻NTC1和运算放大器IC1；
所述电阻R1一端与电源正极VCC相连，另一端与负温度系数热敏电阻NTC1的一端和电阻R5的一端相连；负温度系数热敏电阻NTC1另一端与电源负极GND相连；电阻R2一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R3的一端和电阻R4的一端相连；电阻R3的另一端与电源负极GND相连；电阻R4的另一端与运算放大器IC1的反向端相连；电阻R5的另一端与运算放大器IC1的同相端和电阻R7的一端相连；电阻R7的另一端与电源负极GND相连；电阻R6的一端与运算放大器IC1的反向端相连，另一端与运算放大器IC1的输出端相连；电容C1一端与运算放大器IC1的输出端相连，另一端与电源负极GND相连。
3.根据权利要求2所述的一种直流风机调速电路，其特征在于：所述风机启停控制电路包括电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R11、二极管D1、电压比较器IC2；
所述电阻R10的一端与运算放大器IC1的输出端相连，另一端与二极管D1的阴极和电压比较器IC2的反向端相连；二极管D1的阳极与直流风机故障信号相连；电阻R8的一端与电源正极VCC相连，另一端与电阻R9的一端、电阻R11的一端和电压比较器IC2的同相输入端相连；电阻R9的另一端与电源负极GND相连；电阻R11与电压比较器IC2的输出端相连。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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