CN1315779A - 直流风扇驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明是得到一种在没有适当的低电压直流电源而必须将多个低电压直流风扇串联连接驱动时,可旋转时不损坏直流风扇,便宜、可靠性高并能够有益于节能,而且发生异常时可迅速检测异常,停止对直流风扇供电的直流风扇驱动电路。包括用多个输出有源元件的电压平衡电路5a,用于将加到串联连接的各直流风扇4a、4b两端的电压抑制为小于该直流风扇允许所加电压,平衡为规定电压。而且,电压平衡电路,使用电压驱动型有源元件(N型MOSFET12a和P型MOSFET12b)作为输出有源元件。

Description

直流风扇驱动电路

本发明涉及一种串联连接多个直流风扇进行驱动时的驱动电路。

图6是表示串联连接多个直流风扇进行驱动时常规直流风扇驱动电路的电路图。这里表示的是驱动2个风扇的情形。

图6中，1是向直流风扇供电的直流电源，作为一例取48V的直流电压。2为根据风扇驱动指令信号动作的驱动电路3所驱动控制的半导体开关，半导体开关2一旦导通，直流电源1便在串联连接的直流风扇4a、4b上加上直流电压。5为使串联连接的各直流风扇4a、4b两端所加电压保持均衡所用的电压平衡电路，电阻6a、6b分别与直流风扇4a、4b并联连接。这里，电阻6a、6b必须小于直流风扇4a、4b的阻抗。

这里，图7示出现有驱动电路驱动时的电压波形。

通常，直流风扇使用无刷电动机，一旦多台串联连接，与电动机内置的旋转驱动用开关元件其导通控制有关的纹波电流便相互影响，如图7所示在直流风扇两端产生毛刺状电压。但该平均电压为直流电源1电源电压(48V)的半值电压(24V)。

而图6中，7是例如特开平8-107697号公报所记载的直流风扇的异常检测电路，分别与直流风扇4a、4b并联连接，由齐纳二极管8a、8b，限流电阻9a、9b和光耦合器10a、10b检测过电压。

通常，市场销售的直流风扇，对于锁住(以下称为堵转)具有保护功能，一旦检测出堵转，便自动停止动作，以减小本身功耗。但数秒后堵转一旦解除的话，直流风扇便再次旋转。由于该直流风扇所具有的自保护功能，当串联连接的直流风扇4a、4b当中某一个发生堵转、忘记连接或直流风扇电源线断线等异常时，直流风扇4、电压平衡电路5和异常检测电路7并联连接的电路其阻抗便上升，因此，随该并联电路两端电压的上升，异常检测电路7便动作进行异常检测。

但现有直流风扇驱动电路中，由于串联连接的各直流风扇4a、4b两端如图7所示产生毛刺状纹波电压，因而存在超出直流风扇其允许电压而造成直流风扇损坏的危险。尽管通过使电阻6a、6b的电阻值足够小，可在某种程度上抑制该电压纹波，但由于需要热容量相当大的电阻，并且长时间产生发热损耗，因而从节能观点来看也不希望这样。而且，半导体开关2所流过的电流也增加，因而需要大容量的半导体开关2，会成为阻碍成本降低、小型化的因素。

而且，电阻6a、6b电阻值一旦过小，即便某个直流风扇发生堵转、忘记连接或电源线断线等异常，也有可能直流风扇4a、4b两端不产生过电压，而使异常检测电路7不能检测出异常。这时，存在维持原样时始终无法辨别有异常的危险性，机器的可靠性会下降。

近年来，在逆变器冷却等用途的各种机器当中，越来越多的例子使用便宜、通用性好的低电压无刷直流风扇，在没有低电压直流电源时，不得不将多个直流风扇串联连接，上述问题就会无法回避。

本发明正是为了解决上述问题，因而其目的在于，得到一种在没有适当的低电压直流电源而必须将多个低电压直流风扇串联连接驱动时，可以旋转时避免直流风扇损坏，而且便宜、可靠性高并有益于节能的直流风扇驱动电路。

而且，其目的还在于，得到一种发生异常时可迅速地检测异常，停止对直流风扇供电的直流风扇驱动电路。

本发明的直流风扇驱动电路，包括：与直流电源串联连接，由该直流电源提供电源电压进行驱动的多个直流风扇；以及用多个输出有源元件的电压平衡电路，用于将加到串联连接的各直流风扇两端的电压抑制为小于该直流风扇允许所加电压，均衡为规定电压。

而且，其特征在于，所述电压平衡电路，使用电压驱动型有源元件作为所述输出有源元件。

而且，其特征在于，还包括：根据对所述输出有源元件所流电流的检测，检测直流风扇因堵转和未连接等造成的异常状态。

而且，其特征在于，所述电压平衡电路，包括使所述直流电源的电源电压按直流风扇串联个数平均分压用的多个分压电阻，而所述电压驱动型有源元件，将N型MOSFET和P型MOSFET对与串联连接的各直流风扇的连接点连接，共接N型MOSFET和P型MOSFET的控制极，而该控制极与多个分压电阻的各分压点连接，对加到各直流风扇上的电压其非均衡部分进行补偿。

而且，其特征在于，所述异常检测电路，具有光耦合器，与N型MOSFET和P型MOSFET的连接构成对应配备，输出端为线连接或电路，仅在各FET分别导通流过大于规定电流的期间导通，根据该线连接或电路的光耦合器输出对直流风扇异常状态进行检测。

附图简要说明

图1是表示本发明一实施例直流风扇驱动电路的电路图。

图2是表示图1中动作的波形图。

图3是具体表示图1中电压平衡电路和异常检测电路的电路图。

图4是说明图3中动作的波形图。

图5是表示本发明其他实施例直流风扇驱动电路的电路图。

图6是表示现有直流风扇驱动电路的电路图。

图7是表示现有例动作的波形图。

图1是表示本发明实施例直流风扇驱动电路的电路图。图1中，1是向直流风扇供电的直流电源，作为一例取48V的直流电压。2是根据风扇驱动指令信号动作的驱动电路3所驱动控制的半导体开关，半导体开关2一旦导通，直流电源1便在串联连接的直流风扇4a、4b上加上直流电压。5a是使串联连接的各直流风扇4a、4b两端所加电压平衡为规定电压所用的控制电路，即电压平衡电路，该电压平衡电路5a由半导体开关2导通时将直流电源1电源电压(48V)分压形成中点电压a(24V)所用的分压电阻11a、11b，和对直流风扇4a、4b所加电压的失衡部分进行补偿用的电压驱动型半导体元件即N型MOSFET12a和P型MOSFET12b所构成。该N型MOSFET12a和P型MOSFET12b与串联连接的直流风扇4a、4b相对应连接，这些控制极即栅极共接在一起，并与分压电阻11a、11b的分压点a连接。

以下说明电压平衡电路5a的工作原理。

例如，当直流风扇4a、4b连接点b的电压低于中点电压a(24V)，而且低得超过阈值电压(MOSFET栅极门限值电压：约2V)时，在N型MOSFET12a栅极一发射极间加上正向电压，N型MOSFET12a导通。N型MOSFET12a一旦导通，电流便流过，等效为阻抗下降，a点和b点电位视为相等。但P型MOSFET12b栅极-发射极间这时加上的是正向偏置，因而必定截止。

反之，b点电压高于中点电压a(24V)，并且高出部分超过阈值电压(约2V)时，P型MOSFET12b栅极一发射极间加上负电压，P型MOSFET12b导通。P型MOSFET12b一旦导通，电流便流过，等效为阻抗下降，a点和b点电位视为相等。但N型MOSFET12a栅极-发射极间这时加上的是负向偏置，因而必定截止。

利用以上原理可抑制以往直流风扇4a、4b两端产生的毛刺状纹波电压，使之低于直流风扇允许的施加电压。具体来说，这时可抑制于约24V±2V以内。

图2所示即为这种情形的电压波形。图中，电压平衡电路5a中采用的是电压驱动型MOSFET，不用说，用电流驱动型的双极型晶体管也能实现，但通过采用MOSFET，电阻11a、11b可采用高阻值的电阻，而且可用较少元器件便宜地构成电压平衡效果好的电路。

接下来，图3是上述电压平衡电路5a增加直流风扇异常检测电路的详细电路图。

图3中，11a、11b和12a、12b是与图1相同的分压电阻和N型MOSFET以及P型MOSFET。13a、13b分别是检测MOSFET12a、12b中所流过电流用的电流检测用电阻，该电阻值一旦过大，便限制MOSFET12a、12b所流电流，电压平衡能力便下降，因而设定为低电阻值。14a、14b分别是NPN型晶体管15a、PNP型晶体管15b的基极电阻，电阻13a、13b的电压降一旦高于阈值电压(约0.6V)，便分别使晶体管15a、15b导通，电流经限流电阻9a、9b流过光耦合器10a、10b。16是异常检测电路用逻辑电源，17是线连接或电路的光耦合器10a、10b的上拉电阻，18是反向截止用二极管，19是滤波用电容器，20是晶体管21的基极电阻，22是上拉电阻。

以下参照图4所示的电压波形说明图3所示的直流风扇异常检测电路的动作。

首先，直流风扇正常旋转时，图2中尽管说明过，但这里直流电动机4b所加电压如图4A所示，由电压平衡电路5a仅仅抑制毛刺状电压，电压纹波便受到抑制。这时，图3所示的异常检测电路其C点电位，由于仅在电压平衡电路5a动作并且MOSFET12a或12b上流过大于规定电流的期间，光耦合器10a或10b导通，故如图4B所示。此外，由于滤波电路的作用，d点电位如图4C所示。这里，d点电位由于保持高电平(阈值电压0.6V以上)，因而异常检测信号(e点电位)如图4D所示，保持低电平，可判定为正常。

接下来说明某一直流风扇处于堵转状态时的动作。这里给出直流风扇4a堵转的情形。直流风扇4a一旦堵转，直流风扇内部的保护功能便检测出堵转，自动停止动作，使得本身功耗减小，等效表现为直流风扇4a的阻抗增加。因此，造成直流电源1(48V)电压非均衡地加到直流风扇4a、4b上。若没有电压平衡电路5a维持原样，便使直流风扇4a所加电压继续处于过电压状态，甚至有烧坏直流风扇4a的危险。

这里，靠电压平衡电路5a的动作，使N型MOSFET12a导通，有电流流过，如图4A所示，直流风扇4b所加电压可抑制在允许范围内。而图3所示的异常检测电路中C点电位，如图4B所示，靠光耦合器10a的导通，变为低电平。此外，d点电位如图4C所示，按电容器19和基极电阻20以及晶体管21的基极-发射极间的阻抗确定的时间常数缓慢下降，越过阈值电压(0.6V)时，e点电位如图4D所示，变为高电平，可识别出异常状态。识别出该异常状态时，通过驱动电路3使半导体开关2截止，来切断加到直流风扇14a、14b上的直流电压。因此，可抑制电压平衡电路5a的输出元件MOSFET12a、12b损耗造成的过热，可用较小的额定电流元件构成。

上述例子说明的是直流风扇4a堵转的时候，直流风扇4b堵转时也能够同样进行异常检测。而且，直流风扇中某一个未连接、直流风扇电源线断线时也能进行异常检测。因此，能够预先防止因风量下降造成冷却效率变差的情况，从而可以得到可靠性高的设备。

而且，上述例子给出的是对2个直流风扇进行驱动的情形，但将3个以上直流风扇进行串联连接进行驱动的情形也一样。图5示出将3个直流风扇串联连接的电路构成。

图5中，1～3为与图1中所说明的相同的直流电源，半导体开关和驱动电路。4a、4b、4c为串联连接的3个直流风扇，5b为电压平衡电路。该电压平衡电路5b如图所示，由3个分压电阻11a、11b、11c，N型和P型MOSFET12a、12b、12c、12d构成。此外，将更多直流风扇串联连接进行驱动时，同样只要相应增加电阻和MOSFET即可。具体来说，只要将N型MOSFET和P型MOSFET对与串联连接的直流风扇的各连接点连接，再将它们的控制极即栅极共接并与分压电阻各分压点连接即可。

以上，本实施例中没有适当的直流电源而必须将多个低电压直流风扇串联连接进行驱动时，可将加到直流风扇上的毛刺状纹波电压抑制为允许范围内，可旋转时避免直流风扇损坏。而且，发生堵转等异常时，可迅速检测其异常情况，停止向直流风扇供电，因而所发生损耗可抑制为最低限度，由较便宜的小型元器件构成，从而可获得高可靠性并有益于节能的直流风扇驱动电路。

综上所述，按照本发明，由于包括用多个输出有源元件的电压平衡电路，用于将加到串联连接的各直流风扇两端的电压抑制为该直流风扇允许所加电压以下，平衡为规定电压，而且，使用电压驱动型有源元件作为输出有源元件，因而在没有适当的低电压直流电源而必须将多个低电压直流风扇串联连接进行驱动时，可旋转时避免直流风扇损坏，可获得便宜、可靠性高并能够有益于节能的直流风扇驱动电路。

而且，还包括根据对所述输出有源元件所流电流的检测、检测直流风扇因堵转和未连接等造成的异常状态的异常检测电路，因而在发生异常时，能够迅速地检测出异常，停止向直流风扇供电。

而且，所述电压平衡电路，包括使所述直流电源的电源电压按直流风扇串联个数平均分压用的多个分压电阻，而所述电压驱动型有源元件，将N型MOSFET和P型MOSFET对与串联连接的各直流风扇的连接点连接，并共接N型MOSFET和P型MOSFET的控制极，而该控制极与多个分压电阻的各分压点连接，对加到各直流风扇上的电压其非均衡部分进行补偿，因而在没有适当的低电压直流电源而必须将多个低电压直流风扇串联连接进行驱动时，可旋转时避免直流风扇损坏，可获得便宜、可靠性高并能够有益于节能的直流风扇驱动电路。

而且，所述异常检测电路具有光耦合器，与N型MOSFET和P型MOSFET的连接构成对应配置，输出端为线连接或电路，仅在各FET分别导通流过大于规定电流的期间导通，根据该线连接或连接的光耦合器的输出对直流风扇异常状态进行检测，因而能够用便宜的构成，在发生异常时迅速检测出异常，停止向直流风扇供电。

Claims (5)

1．一种直流风扇驱动电路，其特征在于，包括：

与直流电源串联连接，由该直流电源提供电源电压进行驱动的多个直流风扇；以及

用多个输出有源元件的电压平衡电路，用于将加到串联连接的各直流风扇两端的电压抑制为小于该直流风扇允许所加电压，均衡为规定电压。

2．如权利要求1所述的直流风扇驱动电路，其特征在于，

所述电压平衡电路，使用电压驱动型有源元件作为所述输出有源元件。

3．如权利要求1或2所述的直流风扇驱动电路，其特征在于，还包括：

根据对所述输出有源元件所流电流的检测，检测直流风扇因堵转和未连接等造成的异常状态的异常检测电路。

4．如权利要求2所述的直流风扇驱动电路，其特征在于，

所述电压平衡电路，包括使所述直流电源的电源电压按直流风扇串联个数平均分压用的多个分压电阻，而所述电压驱动型有源元件，将N型MOSFET和P型MOSFET对与串联连接的各直流风扇的连接点连接，并共接N型MOSFET和P型MOSFET的控制极，而该控制极与多个分压电阻的各分压点连接，对加到各直流风扇上的电压其非均衡部分进行补偿。

5．如权利要求4所述的直流风扇驱动电路，其特征在于，

所述异常检测电路，具有光耦合器，与N型MOSFET和P型MOSFET的连接构成对应配置，输出端为线连接或电路，仅在各FET分别导通流过大于规定电流的期间导通，根据该线连接或电路的光耦合器输出对直流风扇异常状态进行检测。

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