CN113641546A - 一种检测风扇转数的电路和服务器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种检测风扇转数的电路和服务器，电路包括：同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号。通过使用本发明的方案，能够解决风扇模块输出的风扇转数波形因系统内部大电流变化而失真的问题。

Description

一种检测风扇转数的电路和服务器

技术领域

本领域涉及计算机领域，并且更具体地涉及一种检测风扇转数的电路和服务器。

背景技术

现今业界主流的服务器的风扇模块通常会使用霍尔传感器或是光传感器来侦测风扇模块的当前系统的风扇转数，然而这些传感器经常会受系统内的电流、磁场、光波和射频等因素所干扰，使得系统内部的监控模块(例如BMC模块)所侦测到的风扇模块的风扇转数会与实际风扇转数有或多或少的误差值的风险问题存在。

霍尔传感器是以通过侦测风扇模块内部的马达转动时所产生的磁场变化，再通过风扇模块内部的单片机模块来判断运算后，转换输出对应当前风扇转数的方波波形(即TACH信号)，以让服务器内部的监测模块来判断当前的风扇转数，而缺点为若遇到系统内部邻近风扇模块有大电流变化时，电流变化会产生磁场变化，则此时霍尔传感器的磁场侦测功能会有很大的机率因此受到干扰，导致风扇模块输出的风扇转数波形也因此受到失真影响，故监测模块所接收到的风扇转数数据也会产生一定的误差值；而若使用光传感器以侦测风扇转数时，光传感器是以透过接收风扇模块内部的恒定红外线光源，当马达带动风扇叶片转动时会遮住红外线光源，风扇模块内部的MCU模块会根据光传感器在固定周期内所接收到红外线光源的频率和波长来判断运算后，转换输出对应当前风扇转数的方波波形以让服务器内部的监测模块来判断当前的风扇转数，而缺点为若遇到系统内部邻近风扇模块有大电流流经时，因为大电流会在金属导体或是PCB板上产生一定的热能，此热能则会影响光传感器的接收判断，导致输出的波形失真，或是系统内部有其他光源的折射、绕射以及相关高功率IC所散发的无线射频、高周波，皆会影响光传感器的侦测和接收功能。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提出一种检测风扇转数的电路和服务器，通过使用本发明的技术方案，能够解决风扇模块输出的风扇转数波形因系统内部大电流变化而失真的问题。

基于上述目的，本发明的实施例的一个方面提供了一种检测风扇转数的电路，包括：

同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；

压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；

MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号。

根据本发明的一个实施例，同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到同项位运算放大器电路的输入端，并经由电容连接到地，并经由第一电阻连接到地，反相输入端经由第二电阻连接到运算放大器的输出端，并经由第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

根据本发明的一个实施例，第一电阻的阻值等于第三电阻的阻值。

根据本发明的一个实施例，压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，第一MOS管的栅极连接到压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，第二MOS管的栅极连接到第一MOS管的栅极，源极连接到第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，第二电容连接第一MOS管的栅极和地，第四电阻连接第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，第三电容连接第一MOS管的源极和地，第五电阻连接第一MOS管的源极和地。

根据本发明的一个实施例，第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。

本发明的实施例的另一个方面，还提供了一种服务器，该服务器包括检测风扇转数的电路，检测风扇转数的电路包括：

同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；

压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；

MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号。

根据本发明的一个实施例，同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到同项位运算放大器电路的输入端，并经由电容连接到地，并经由第一电阻连接到地，反相输入端经由第二电阻连接到运算放大器的输出端，并经由第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

根据本发明的一个实施例，第一电阻的阻值等于第三电阻的阻值。

根据本发明的一个实施例，压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，第一MOS管的栅极连接到压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，第二MOS管的栅极连接到第一MOS管的栅极，源极连接到第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，第二电容连接第一MOS管的栅极和地，第四电阻连接第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，第三电容连接第一MOS管的源极和地，第五电阻连接第一MOS管的源极和地。

根据本发明的一个实施例，第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。

本发明具有以下有益技术效果：本发明实施例提供的检测风扇转数的电路，通过设置同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号的技术方案，能够解决风扇模块输出的风扇转数波形因系统内部大电流变化而失真的问题。

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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。

图1为根据本发明一个实施例的检测风扇转数的电路的示意图；

图2为根据本发明一个实施例的服务器的示意图。

具体实施方式

以下描述了本公开的实施例。然而，应该理解，所公开的实施例仅仅是示例，并且其他实施例可以采取各种替代形式。附图不一定按比例绘制；某些功能可能被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参考任何一个附图所示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中所示的特征组合以产生没有明确示出或描述的实施例。所示特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，与本公开的教导相一致的特征的各种组合和修改对于某些特定应用或实施方式可能是期望的。

基于上述目的，本发明的实施例的第一个方面，提出了一种检测风扇转数的电路的一个实施例。图1示出的是该电路的示意图。

如图1中所示，该电路可以包括：

同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压。

因为风扇模块内部带动风扇叶片转动的马达在运转时会需要电能，而此电能(W)公式为：W＝P*t，而P＝I*V，故当电压V为定值时，电能W越大，电流I越大，则风扇模块内部的马达转数越快。因此设计一个同项位运算放大器的电路，通过此电路将通过风扇模块内部的马达的电流变化转换成电压变化形式，输出一个与供给马达的电流变化(0A～Imax)成正比例的电压变化的波形(-VCC～+VCC)。同项位运算放大器电路包括：电容C1、第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3和运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到同项位运算放大器电路的输入端，并经由电容C1连接到地，并经由第一电阻R1连接到地，反相输入端经由第二电阻R2连接到运算放大器的输出端，并经由第三电阻R3连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。令R3＝R1，则同项位运算放大器的输出电压值可通过Vo＝Vi*(1+R2/R1)的公式计算得知，故可以通过同项位运算放大器电路来实现将风扇模块的马达的供给电流转换输出成弦波形式的电压波形。

还包括压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压。

因为风扇模块内部的单片机模块(MCU)只能支持输入方波波形，且方波波形的上升和下降时间短。故再设计由N型和P型的金氧半场效应晶体管(N-MOSFET，P-MOSFET)所组成的及压控全波式双信道MOSFET电路来转将弦波形式的输入波形转换为方波形式的输出波形以输出给MCU模块来接收做运算判断。压控全波式双通道MOS电路包括第一MOS管Q1，第一MOS管Q1的栅极连接到压控全波式双通道MOS电路的输入端(即同项位运算放大器电路的输出端)，源极连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；第二MOS管Q2，第二MOS管Q2的栅极连接到第一MOS管Q1的栅极，源极连接到第一MOS管Q1的源极，漏极连接到-VCC电源；第二电容C2和第四电阻R4，第一MOS管Q1的栅极经由第二电容C2连接到地，并经由第四电阻R4连接到地；第三电容C3和第五电阻R5，第一MOS管Q1的源极经由第三电容C3连接到地，并经由第五电阻R5连接到地，其中第一MOS管Q1为NMOS管，第二MOS管Q2为PMOS管。如果输入端为0～+VCC的正电压，第一MOS管Q1会导通，第二MOS管Q2会截止，故输出端Vo＝0或+VCC；反之当输入端为0～-VCC的负电压，第二MOS管Q2会导通，第一MOS管Q1会截止，故输出端Vo＝0或-VCC，故此电路的输出波形为-VCC或+VCC的方波波形。

还包括MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号(转速信号，它主要的功能是在于提供系统有关风扇的转动信息，输出形式为方波，当风扇停止时，即停止输出转速信号，需配合系统的监控芯片使用，TACH信号是由风扇内部结构所决定，不同的风扇的磁极数可能不相同，TACH信号可通过区分不同的磁极数来反映风扇的真实转速)。

接着再将上述的方波输出波形(-VCC或+VCC)输入到MCU模块做判断运算，因为系统的监控BMC模块通常只支持正电压输入，故需通过MCU模块将-VCC或+VCC的输入电压转换成输出0或+VCC的正电压，同时MCU模块再以一个固定的时间周期内(T)来判断输入为正电压+VCC的时间(T+)和负电压-VCC的时间(T-)各占多少比例，即T＝(T+)+(T-)，当然一个时间周期内会出现正电压和负电压的次数可能会有若干次，因此T+会由许多T+1、T+2、T+3...所组成，反之T-则由许多T-1、T-2、T-3...所组成，故最后统一由MCU运算判断后输出在一个固定时间周期内(T)等比例于正电压时间之和(即T1)与负电压时间之和(即T2)的方波波形(即T＝T1+T2)，输出波形变化为0或+VCC，此波形信号即为风扇的TACH信号，用以反馈当前风扇模块的风扇转数变化。CPLD模块通过I2C总线接收各组风扇模块所输出的风扇TACH信号，再通过CPLD模块内部运算处理，计算固定时间周期内(T)正电压时间所占的比例，即可转换为各组风扇模块的当前风扇转数读值(即R.P.M.)，风扇转数R.P.M＝K*T1/T，T＝T1+T2，K为风扇模块的转数最大值。最后CPLD模块再将此计算结果通过I2C总线回传给BMC模块，以实现BMC模块监测系统风扇模块的当前风扇的转数。

通过本发明的技术方案，能够解决风扇模块输出的风扇转数波形因系统内部大电流变化而失真的问题。

在本发明的一个优选实施例中，同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到同项位运算放大器电路的输入端，并经由电容连接到地，并经由第一电阻连接到地，反相输入端经由第二电阻连接到运算放大器的输出端，并经由第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

在本发明的一个优选实施例中，第一电阻的阻值等于第三电阻的阻值。令R3＝R1，则同项位运算放大器的输出电压值可通过Vo＝Vi*(1+R2/R1)的公式计算得知，故可以通过同项位运算放大器电路来实现将风扇模块的马达的供给电流转换输出成弦波形式的电压波形。

在本发明的一个优选实施例中，压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，第一MOS管的栅极连接到压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，第二MOS管的栅极连接到第一MOS管的栅极，源极连接到第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，第二电容连接第一MOS管的栅极和地，第四电阻连接第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，第三电容连接第一MOS管的源极和地，第五电阻连接第一MOS管的源极和地。

在本发明的一个优选实施例中，第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。如果输入端为0～+VCC的正电压，第一MOS管会导通，第二MOS管会截止，故输出端Vo＝0或+VCC；反之当输入端为0～-VCC的负电压，第二MOS管会导通，第一MOS管会截止，故输出端Vo＝0或-VCC，故此电路的输出波形为-VCC或+VCC的方波波形。

本发明技术方案通过在风扇模块内部设计一套使用同项位运算放大器电路、压控全波式双通道MOSFET电路和MCU模块所搭配组成的电路，将可有效解决现有技术中的风扇模块内部以霍尔传感器做为侦测风扇转数装置时，受到系统内部大电流变化时所产生的磁场变化干扰，导致风扇模块输出的风扇转数波形也因此受到失真影响的缺陷问题。同时也可有效解决风扇模块内部使用光传感器做为侦测风扇转数装置时，受到系统内部大电流变化时所产生的热能或是系统内部有其他光源的折射、绕射以及相关高功率IC所散发的无线射频、高周波，皆有可能会严重干扰影响光传感器的侦测功能等的风险问题。

基于上述目的，本发明的实施例的第二个方面，提出了一种服务器1，如图2所示，服务器1包括检测风扇转数的电路，检测风扇转数的电路包括：

同项位运算放大器电路，同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；

还包括压控全波式双通道MOS电路，压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到同项位运算放大器电路的输出端，压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；

还包括MCU模块，MCU模块的输入端连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号；

在本发明的一个优选实施例中，同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，运算放大器的同相输入端连接到同项位运算放大器电路的输入端，并经由电容连接到地，并经由第一电阻连接到地，反相输入端经由第二电阻连接到运算放大器的输出端，并经由第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

在本发明的一个优选实施例中，第一电阻的阻值等于第三电阻的阻值。

在本发明的一个优选实施例中，压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，第一MOS管的栅极连接到压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，第二MOS管的栅极连接到第一MOS管的栅极，源极连接到第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，第二电容连接第一MOS管的栅极和地，第四电阻连接第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，第三电容连接第一MOS管的源极和地，第五电阻连接第一MOS管的源极和地。

在本发明的一个优选实施例中，第一MOS管为NMOS管，第二MOS管为PMOS管。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

上述实施例，特别是任何“优选”实施例是实现的可能示例，并且仅为了清楚地理解本发明的原理而提出。可以在不脱离本文所描述的技术的精神和原理的情况下对上述实施例进行许多变化和修改。所有修改旨在被包括在本公开的范围内并且由所附权利要求保护。

Claims (10)

1.一种检测风扇转数的电路，其特征在于，包括：

同项位运算放大器电路，所述同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，所述同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；

压控全波式双通道MOS电路，所述压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到所述同项位运算放大器电路的输出端，所述压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；

MCU模块，所述MCU模块的输入端连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，所述MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号。

2.根据权利要求1所述的检测风扇转数的电路，其特征在于，所述同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接到所述同项位运算放大器电路的输入端，并经由所述电容连接到地，并经由所述第一电阻连接到地，反相输入端经由所述第二电阻连接到所述运算放大器的输出端，并经由所述第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

3.根据权利要求2所述的检测风扇转数的电路，其特征在于，所述第一电阻的阻值等于所述第三电阻的阻值。

4.根据权利要求1所述的检测风扇转数的电路，其特征在于，所述压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接到所述第一MOS管的栅极，源极连接到所述第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，所述第二电容连接所述第一MOS管的栅极和地，所述第四电阻连接所述第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，所述第三电容连接所述第一MOS管的源极和地，所述第五电阻连接所述第一MOS管的源极和地。

5.根据权利要求4所述的检测风扇转数的电路，其特征在于，所述第一MOS管为NMOS管，所述第二MOS管为PMOS管。

6.一种服务器，其特征在于，包括检测风扇转数的电路，所述检测风扇转数的电路包括：

同项位运算放大器电路，所述同项位运算放大器电路的输入端连接到为风扇供电的输出端，所述同项位运算放大器电路配置为将输入的马达的电流转换成正比例的电压；

压控全波式双通道MOS电路，所述压控全波式双通道MOS电路的输入端连接到所述同项位运算放大器电路的输出端，所述压控全波式双通道MOS电路配置为将输入的正比例的电压转换成方波波形的电压；

MCU模块，所述MCU模块的输入端连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输出端，输出端连接到CPLD芯片，所述MCU模块配置为将输入的方波波形的电压转换成风扇的TACH信号。

7.根据权利要求6所述的服务器，其特征在于，所述同项位运算放大器电路包括：

电容、第一电阻、第二电阻和第三电阻；

运算放大器，所述运算放大器的同相输入端连接到所述同项位运算放大器电路的输入端，并经由所述电容连接到地，并经由所述第一电阻连接到地，反相输入端经由所述第二电阻连接到所述运算放大器的输出端，并经由所述第三电阻连接到地，正电源端连接到VCC电源，负电源端连接到-VCC电源。

8.根据权利要求7所述的服务器，其特征在于，所述第一电阻的阻值等于所述第三电阻的阻值。

9.根据权利要求6所述的服务器，其特征在于，所述压控全波式双通道MOS电路包括：

第一MOS管，所述第一MOS管的栅极连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输入端，源极连接到所述压控全波式双通道MOS电路的输出端，漏极连接到VCC电源；

第二MOS管，所述第二MOS管的栅极连接到所述第一MOS管的栅极，源极连接到所述第一MOS管的源极，漏极连接到-VCC电源；

第二电容和第四电阻，所述第二电容连接所述第一MOS管的栅极和地，所述第四电阻连接所述第一MOS管的栅极和地；

第三电容和第五电阻，所述第三电容连接所述第一MOS管的源极和地，所述第五电阻连接所述第一MOS管的源极和地。

10.根据权利要求9所述的服务器，其特征在于，所述第一MOS管为NMOS管，所述第二MOS管为PMOS管。

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