CN112003542B - 一种基于温差的风机调速及过温保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于温差的风机调速及过温保护电路。该电路包括进风温度采集单元、出风温度采集单元、温差计算单元、过温保护单元、风机调速单元、风机控制单元和DSP控制单元七部分。温差计算单元对进、出风温度差进行计算，进而由风机调速单元来调节风机的转速；同时进入过温保护单元，输出结果进入DSP控制单元。DSP控制单元下发的指令通过风机控制单元来控制风机，使其达到最高转速。本发明方法原理清晰、模拟控制、使用方便可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于温差的风机调速及过温保护电路，特别是电力电子设备中风机调速控制与过温保护的电路。
背景技术
随着电力电子装置向着高功率密度方向的发展，对装置内部功率器件的布局及安装方式提出了更高要求。在高功率密度电力电子装置内部已经无法像传统装置一样，在发热器件附近直接采集器件温度。如果不能及时、有效地将温度采集并将此热量释放，就会影响到装置的工作性能，从而降低系统工作的可靠性，甚至损坏器件。
发明内容
本发明解决了以下设计难点：无法直接采集发热器件温度时如何判断器件是否过温的问题；如何使用低成本运放实现高性能采样的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：其包括进风温度采集单元、出风温度采集单元、温差计算单元、过温保护单元、风机调速单元、风机控制单元和DSP控制单元七部分。温差计算单元对进、出风温度差进行计算，进而由风机调速单元来调节风机的转速；同时进入过温保护单元，输出结果进入DSP控制单元。DSP控制单元下发的指令通过风机控制单元来控制风机，使其达到最高转速。
所述的进、出风温度采集单元采集装置的进风口及出风口温度，再将温度转换为相对应的电压值；此电压值将传送到后端的温差计算单元。
所述的温差计算单元采用低成本运放搭建的高性能电路对进、出风处的温度对应的电压值差值进行计算，此电压值将传送到后端的风机调速单元和过温保护单元。
所述的风机调速单元将根据温差电压值来线性的调节控制风机转速的电压，进而调节风机的转速，使随着温度电压值是升高，实现风机转速提高的目的。
所述的过温保护单元，将装置温度保护点对应的电压值做为一个比较基准点，当温差电压值超过基准点时，输出过温信号，并将此输出结果发送到DSP控制单元。
所述的DSP控制单元，将根据输入的过温信号及并根据预设的逻辑进行控制信号输出，控制风机控制单元，实现风机达到最高转速。
所述的风机控制单元将根据DSP控制单元下发的指令，来实现控制风机的电压值达到最大值，以实现风机达到最高转速的目的。
附图说明：
图1为本发明的原理结构示意图；
图2为本发明的一种电路原理图。
具体实施方式：
如图1本发明的一种基于温差的风机调速及过温保护电路，该电路包括进风温度采集单元、出风温度采集单元、温差计算单元、过温保护单元、风机调速单元、风机控制单元和DSP控制单元七部分。温差计算单元对进、出风温度差进行计算，进而由风机调速单元来调节风机的转速；同时进入过温保护单元，输出结果进入DSP控制单元。DSP控制单元下发的指令通过风机控制单元来控制风机，使其达到最高转速。
一种基于温差的风机调速及过温保护电路的工作流程如下：1）装置正常工作时，进风温度采集单元及出风温度采集单元对装置温度进行采集，并将温度转换为相对应的电压值，然后送到后端的温差计算单元，温差控制单元输出信号来线性的调节控制风机转速的电压，进而调节风机的转速。2）若当温度电压值超过基准点时，过温保护单元输出故障信号，并将此输出结果发送到DSP控制单元，然后按照程序预先设定的逻辑下发指令。此时风机控制单元输出信号，将风扇转速调至最高。
结合图2对本发明做进一步阐述。如图2所示，R1、R3为采集温度使用的热敏电阻器件，根据元件的特性可将温度值转换为相应的电阻值，温度不同，R1、R3相对应的电阻值不同。电阻R2与电容C1并联后，一端接地，另一端接至温度采样电阻R1处，R1另一端连接至电源VCC，电阻R2为分压电阻，电容C1起滤波作用。电阻R1与R2的连接处接至运放U1同相输入端。同理，温度采样电阻R3将其采集的温度信号转换为电压值后，传送至运放U2同相输入端。
运放U1、U2、U3及相关器件构成具有高输入阻抗，低输出阻抗的温差计算单元。U1、U2组成第一级差分式电路，U3组成第二级差分式电路。在第一级差分电路中R5、R6、R7及R10组成的反馈网络，引入了深度电压串联负反馈。根据运放特性可以算得温差计算单元的输出电压Vt为
Vt通过电阻R12、R18与风机调速单元相连，R12的另一端与稳压管Z1的阴极相连，Z1对进入NPN型三极管Q1基极的电压进行限幅，Q1的集电极通过电阻R19与电源VCC相连接，Q3的发射极与风机FAN的正极相连，FAN的负极接地。通过匹配R18与R19的大小，可以使Q1工作在放大区。Vt的电压值不同，流过R18的基极电流不同，则流过R19的集电极电流不同，所以FAN电源的电压不同，则Vt的电压控制了风机的电压，进而控制了风机了转速。
Vt通过电阻R12、R15与过温保护单元相连，Vt电压通过R12和R13分压，然后通过电阻R15进入运放U4的同相输入端；电阻R14和R16对电源VCC进行分压，此分压值做为过温保护点的基准值，然后进入运放U4的反相输入端；运放U4的输出脚做为比较结果，即OT。正常工作时，OT为高电压，当过温时，OT为低电平。
FANCON为DSP控制单元下发的控制命令，当OT为低电平即装置过温时，FANCON为高电平，三极管Q2导通，将电阻R19短路。同时，Q1为导通状态，则电源VCC的电压全部加到风机的电源脚，使风机转速达到最大。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思想在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于温差的风机调速及过温保护电路，其特征在于，该电路包括进风温度采集单元、出风温度采集单元、温差计算单元、过温保护单元、风机调速单元、风机控制单元和DSP控制单元七部分；温差计算单元对进、出风温度差进行计算，进而由风机调速单元来调节风机的转速；同时进入过温保护单元，输出结果进入DSP控制单元；DSP控制单元下发的指令通过风机控制单元来控制风机，使其达到最高转速；
所述的进风温度采集单元和出风温度采集单元采集装置的进风口及出风口温度，再将温度转换为相对应的电压值，此电压值将传送到后端的温差计算单元；
所述的温差计算单元对进、出风处的温度对应的电压值差值进行计算，此电压值将传送到后端的风机调速单元和过温保护单元；
所述的风机调速单元将根据温差计算单元输出的电压值来线性的调节控制风机转速的电压，进而调节风机的转速，使随着温度电压值的升高，实现风机转速提高的目的；
所述的过温保护单元，将装置温度保护点对应的电压值做为一个比较基准点，当温差电压值超过基准点时，输出故障信号，并将此输出结果发送到DSP控制单元；
所述的DSP控制单元，将根据输入的故障信号来判断装置的工作状态，并根据预设的逻辑进行控制信号输出；当装置过温时，下发指令控制风机控制单元，实现风机达到最高转速；
所述的风机控制单元将根据DSP控制单元下发的指令，来实现控制风机的电压值达到最大值，以实现风机达到最高转速的目的；
R1、R3为采集温度使用的热敏电阻器件，根据元件的特性可将温度值转换为相应的电阻值，温度不同，R1、R3相对应的电阻值不同；电阻R2与电容C1并联后，一端接地，另一端接至温度采样电阻R1处，R1另一端连接至电源VCC，电阻R2为分压电阻，电容C1起滤波作用；电阻R1与R2的连接处接至运放U1的同相输入端；同理，电阻R4与电容C2并联后，一端接地，另一端接至电阻R3处，R3另一端连接至电源VCC，电阻R3和电阻R4的连接处接至运放U2的同向输入端，温度采样电阻R3将其采集的温度信号转换为电压值后，传送至运放U2的同相输入端；其中运放U1的输出端和反相输入端连接有电阻R6，运放U2的输出端和反相输入端连接有电阻R7，运放U1的反相输入端和运放U2的反相输入端之间连接有电阻R5；
运放U1的输出端连接至电阻R8，电阻R8的另一端与运放U3的反相输入端连接，运放U3的输出端和反相输入端之间还连接有电阻R10，运放U2的输出端连接至电阻R9，电阻R9的另一端分别与电阻R11以及运放U3的同向输入端连接，其中电阻R11的另一端接地，运放U1、U2、U3及相关器件构成具有高输入阻抗，低输出阻抗的温差计算单元；U1、U2组成第一级差分式电路，U3组成第二级差分式电路；在第一级差分电路中R5、R6、R7及R10组成的反馈网络，引入了深度电压串联负反馈；根据运放特性可以算得温差计算单元的输出电压Vt为：
其中公式中V1为运放U1的同向输入端的输入电压，V2为运放U2的同向输入端的输入电压，V3为运放U1的输出端的电压，V4为运放U2的输出端的电压；
运放U3的输出端连接至电阻R12，电阻R12的另一端连接至电阻R18，Vt通过电阻R12、R18与风机调速单元相连，电阻R18的另一端与NPN型三极管Q1的基极连接，Q1的集电极与电阻R19连接，R19的另一端连接至电源VCC，另外电阻R19还并联有三极管Q2，Q1的发射极与风机FAN的正极相连，FAN的负极接地，通过匹配R18与R19的大小，可以使Q1工作在放大区；Vt的电压值不同，流过R18的基极电流不同，则流过R19的集电极电流不同，所以FAN电源的电压不同，则Vt的电压控制了风机的电压，进而控制了风机的转速；
电阻R12的另一端与稳压管Z1的阴极相连，Z1对进入NPN型三极管Q1基极的电压进行限幅；
电阻R12的另一端还与电阻R15相连，Vt通过电阻R12、R15与过温保护单元相连，电阻R12和电阻R15之间的线路与电阻R13连接，电阻R13的另一端接地，电阻R15的另一端与运放U4的同相输入端连接，电阻R17并联在运放U4的输出端和反相输入端之间，运放U4的反相输入端还与电阻R14连接，电阻R14的另一端接地，运放U4的反相输入端还与电阻R16连接，电阻R16的另一端连接至电源VCC，Vt电压通过R12和R13分压，然后通过电阻R15进入运放U4的同相输入端；电阻R14和R16对电源VCC进行分压，此分压值做为过温保护点的基准值，然后进入运放U4的反相输入端；运放U4的输出脚做为比较结果，即OT；正常工作时，OT为高电压，当过温时，OT为低电平；
FANCON为DSP控制单元下发的控制命令，输入至三极管Q2的基极，当OT为低电平即装置过温时，FANCON为高电平，三极管Q2导通，将电阻R19短路；同时，Q1为导通状态，则电源VCC的电压全部加到风机的电源脚，使风机转速达到最大。
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