CN1202456C - Ups风扇控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种UPS风扇控制方法，其特征是包括如下步骤：确定所述风扇分别在市电模式、电池模式、旁路模式下的基准转速，上述三个基准转速不全相等；判断UPS系统的工作模式；根据该模式下的基准转速控制风扇的转动。由于对风扇的控制不是僵化地随单一的温度参数进行调整，而是对整个系统的工作模式进行辨识，再据此灵活地确定风扇运行模式进而决定风扇转速，实现智能化风扇控制，达到优异的冷却效果，降低风扇运行的噪声，并进一步延长了风扇的寿命；而在实现上述方案时无须增加硬件电路，只需对UPS系统中现有的数字信号处理器(DSP)芯片加以有效利用即可，有明显的成本优势，且可靠性提高。

Description

UPS风扇控制方法

技术领域：

本发明涉及一种UPS风扇控制方法。

背景技术：

由于风扇运行时会产生较大的噪声，且消耗能量，造成干扰，长期全速运行影响风扇寿命，实际上作为散热用途的风扇，在温度低时不需要全速运转，因此按照一定的规律对其进行调速控制成为必要。业界内直流风扇的无级调速通常采用的是模拟电路控制的无级调速方案，如图1所示。工作原理为：通过控制芯片及其外围电路构成一个电压闭环系统，实现稳压输出，控制特性由硬件控制电路决定。温度作为一个开环调节量以一定的调节力度Kt改变输出电压给定(或者电压反馈)，从而达到对输出电压及风扇转速的调节。其中，输出电压给定值、温度对输出电压的作用力度Kt均由硬件电路设定，一旦确定必须更改硬件才能调整。温度对输出电压的作用方式一般均为线性关系，如果需要特定的非线性关系或者特定的控制逻辑则需要采用复杂的外围电路，而要实现风扇转速随UPS的工作模式(包括市电模式、电池模式、旁路模式)调整则基本上是不可能的。因此，该方案的缺点是：

1、需要专门的控制芯片，外围器件多，成本高；

2、风扇转速仅与温度相关，无法根据系统工作状况实现灵活、复杂的风扇调速算法，难以达到令人满意的冷却效果，风扇寿命相对较低。

发明内容：

本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种UPS风扇控制方法，提高冷却效果。

为实现上述目的，本发明提出一种UPS风扇控制方法，其特征是包括以下步骤：确定所述风扇分别在市电模式、电池模式、旁路模式下的基准转速，上述三个基准转速不全相等；判断UPS系统的工作模式；根据该模式下的基准转速控制风扇的转动。

由于采用了以上的方案，对风扇的控制不是僵化地随单一的温度参数进行调整，而是对整个UPS系统的工作模式进行辨识，再据此灵活地确定风扇转速，实现智能化风扇控制，达到优异的冷却效果，降低风扇运行的噪声，并进一步延长了风扇的寿命；而在实现上述方案时无须增加硬件电路，只需对UPS系统中现有的数字信号处理器(DSP)芯片加以有效利用即可，有明显的成本优势，且可靠性提高。

附图说明：

图1是现有技术中模拟电路控制的无级调速方案示意图。

图2是本发明数字控制的风扇无级调速方案示意图。

图3是本发明数字控制的风扇无级调速算法数据流示意图。

图4是控制算法实施例模型示意图。

图5是调压和风扇驱动电路示意图。

具体实施方式：

下面通过具体的实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。

本发明提出的数字控制的风扇无级调速方案框图如图2所示其中，虚线框内的功能模块由DSP、MCU或者各种可编程逻辑器件完成。

图2中，还将输出电压反馈到输出电压给定值，构成电压环。但在要求不高的场合，可以采用开环调节方式，不需要电压环。

其数据流示意图如图3所示，包括如下步骤：确定所述风扇分别在市电模式、电池模式、旁路模式下的基准转速，上述三个基准转速不全相等；判断UPS系统的工作模式；根据该模式下的基准转速控制风扇的转动。要对UPS系统的工作模式进行判断，只需要探测系统的电压电流等工作参数即可。

其中，风扇在电池模式下的基准转速大于市电模式下的基准转速，风扇在市电模式下的基准转速大于旁路模式下的基准转速。在进入不同的模式后，相应的基准转速将根据温度参数进行微调，还可以根据电压参数、电流参数进行微调。

实际控制时，需根据所述的基准转速得到风扇的控制电压，从而控制风扇的转动。

当风扇的电压由含有控制开关的直流变换器提供时(如图5所示就是一例)，所述直流变换器的输出电压由其控制开关上的控制信号的占空比(D)决定；这时可直接计算所述占空比(D)。软件算法决策模块根据检测到的相关系统参数，结合系统工作状态，按照一定的算法确定输出电压给定值的调节量，然后经过稳压算法计算出风扇转速的数字控制量，即占空比D。(当检测到相关物理参数异常时还会调整相应的算法，如上所述，温度异常过高时认为系统损坏，将立刻关闭系统并延时一段时间后关闭风扇)；驱动波形发生部分根据上述数字控制量发出PWM波形，用于硬件调压电路的驱动，改变输出电压从而调节风扇转速。

图4是一个软件算法的实施例。本例中，软件部分功能由UPS系统内控制板上DSP完成。其中，软件算法决策方案如下：风扇的转速受散热器的温度T和逆变器输出电流I控制。鉴于温度的大滞后特性，采取根据温度和输出电流进行开环控制的方法。其中，散热器温度限制在35～60℃间，输出电流限制在30％～100％额定输出电流间，风扇控制的占空比在40％～100％间。当散热器温度为T，输出电流为I时，画出直线T--I，与D轴交于D点，即为风扇对应转速。系数K由0～1，决定温度和输出电流对风扇控制占空比D的相对控制力度.暂时定为0.25，说明温度的相对控制力度大于输出电流。D＝f(T，I)的函数表达形式如下：

$T\%=\frac{T-35}{60-35};$

$I\%=\frac{I-0.3}{1.0-0.3};$

D＝(T％-(T％-I％)×Kcoef)×(100％-40％)+40％；

例如：当温度为60℃，电感电流为0.65时，T％为1.0，I％为0.5，D为0.925。

当温度大于80℃时程序会认为系统过温故障并关闭系统。此时温度限幅为60℃，电感电流为0时，T％为1.0，I％为0，D为0.85。风扇处于较高转速，使散热器温度迅速下降。系统会自动关闭并维持风扇运行，直到温度降到允许范围内一定时间，如25度1分钟，然后关闭风扇。

一般地，可将上述函数可用下式表述：

D＝a×(1-k)×(T-T₀)+b×k×(I-I₀)+D₀

其中a、b是与设定的温度上下限、电感电流上下限相关的系数；T为系统温度，T₀是系统温度的下限，I为输出电流，I₀是系统输出电流的下限，k为决定温度和输出电流对风扇控制占空比(D)的相对控制力度系数，D₀是风扇控制占空比D的下限值。

需要注意的是，为了体现输入电压的影响，所述输出电流(I)取等效输出电流，其值为：

I＝(额定输入电压/输入电压)×实际输出电流。

当系统转为电池供电状态时，由于电池供电的效率比市电低，因此需要适当增加系统温度对风扇控制占空比(D)的相对控制力度系数k。

图5是风扇驱动单元示意图。该电路为一个标准的BUCK降压型电路，将+12vdc电压经过降压并滤波后加到直流风扇上，以控制风扇的转速，输出电压V0＝Vi*D。其中D由算法决定。

本发明提出的数字控制的风扇无级调速方案其优点在于：

1、风扇转速与温度、负载等多种参数相关(与UPS系统的工作模式有关)，同时可以根据系统工作状况实现灵活、复杂的风扇调速算法和控制逻辑。通过智能化风扇控制，达到优异的冷却效果，降低风扇运行的噪声，并进一步延长了风扇的寿命；

2、数字控制方案在实现复杂控制功能时无须增加硬件电路，有明显的成本优势，且可靠性提高。

Claims (7)

1、一种UPS风扇控制方法，其特征是包括以下步骤：

确定所述风扇分别在市电模式、电池模式、旁路模式下的基准转速，上述三个基准转速不全相等；

判断UPS系统的工作模式；

根据该模式下的基准转速控制风扇的转动。

2、如权利要求1所述的UPS风扇控制方法，其特征是：风扇在电池模式下的基准转速大于市电模式下的基准转速，风扇在市电模式下的基准转速大于旁路模式下的基准转速。

3、如权利要求2所述的UPS风扇控制方法，其特征是：在进入不同的模式后，相应的基准转速根据温度参数进行微调。

4、如权利要求2所述的UPS风扇控制方法，其特征是：在进入不同的模式后，相应的基准转速根据电压参数、电流参数进行微调。

5、如权利要求3或4所述的UPS风扇控制方法，其特征是：根据所述的基准转速得到风扇的控制电压，从而控制风扇的转动。

6、如权利要求5所述的UPS风扇控制方法，其特征是：所述的风扇控制电压由含有控制开关的直流变换器提供，所述直流变换器的输出电压由其控制开关上的控制信号的占空比(D)决定；所述占空比(D)由下式决定：

D＝a×(1-k)×(T-T₀)+b×k×(I-I₀)+D₀

其中a、b是与设定的温度上下限、输出电流上下限相关的系数；T为系统温度，T₀是系统温度的下限，I为输出电流，I₀是系统输出电流的下限，k为决定温度和电感电流对风扇控制占空比(D)的相对控制力度系数，D₀是风扇控制占空比(D)的下限值。

7、如权利要求6所述的UPS风扇控制方法，其特征是：

根据上述风扇控制占空比(D)发出PWM波形，用于驱动直流变换器，改变输出电压从而调节风扇转速；

所述输出电流(I)取等效输出电流，其值为：

I＝(额定输入电压/输入电压)×实际输出电流。

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