CN1677297A - 风扇转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风扇转速控制方法，所述的方法应用于包括有风扇及与所述风扇连接的控制芯片的系统中，其控制方法包括：控制芯片根据检测到的环境温度计算设备需要的风扇转速；控制芯片输出对应所需风扇转速的控制信号，以控制风扇以一定速度运转；检测单位时间内风扇的运转速度，并使所述风扇的运转速度信号与控制芯片的转速控制信号形成负反馈；控制芯片判断所述风扇转速是否在允许范围内，如果在范围之内，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，风扇以当前转速稳定运行；如果不在允许范围之内，控制芯片调节输出控制量，微调风扇转速值。本发明风扇转速控制方法通过检测风扇的转速信号，并使所述风扇的运转速度信号与控制芯片的转速控制信号形成负反馈，控制芯片调节其转速控制信号稳定风扇转速，达到实时、准确可靠的对风扇转速进行监控、调节，有效的降低了风扇转速的非正常波动，从而保证其控制精度满足风扇转速控制要求。

Description

风扇转速控制方法

技术领域

本发明涉及电子或通信领域的控制技术，尤指一种风扇转速控制方法。

背景技术

在通信设备中，经常使用风扇对设备进行风冷，以降低设备的工作温度，保证设备正常运行。又由于通信设备常和机房人员同处一室，对噪声有严格要求。低风扇转速可以减小噪声，但风流量小，散热效果不佳，在常温下虽可保证设备运行要求，但随环境温度升高或系统功率增大，需要相应提高风扇转速，对于某些设备的散热与噪声要求的矛盾冲突，就要求精确控制风扇转速。但由于实际应用环境中常出现电压波动、风道堵塞等问题，造成风扇转速与希望值之间出现偏差。因此能否精确地控制风扇转速是风冷设备控制的关键技术之一。

当前业界常用的风扇转速控制方法是脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制方法，它的基本控制原理是：通过向风扇的控制线提供方波控制信号，调节其占空比从而控制风扇的转速。如图1所示的采用PWM控制方式的风扇，其是一4线风扇，图中右侧方框表示风扇的控制部分，风扇与所述控制部分具体的连接为：风扇1的正极2连接电源正极5，负极3连接电源的接地线，控制线6连接控制芯片(图未示)，所述风扇1的脉冲转速信号由输出端口8输出，用于调节风扇转速的PWM控制信号也是脉冲信号，其由控制芯片通过控制线6提供给风扇1，以控制其转速。风扇1内部的硬件接口4为OC门，从检测电路部分得到风扇转速信号。

对于不同的应用环境或温度环境，设定风扇1转速波动的允许范围与温度、脉冲宽度的对应表，通过检测一定时间内风扇1转速的变化值是否超出该允许范围，来判断风扇转速是否出现非正常波动情况。当检测到风扇转速出现非正常波动的情况时，实时调节控制风扇转速的PWM信号进行补偿，通过建立风扇转速信号与PWM控制信号的负反馈通道，来实现风扇转速的稳定控制。

现有的风扇转速控制技术通常是简单地利用PWM信号来调节风扇转速，其控制流程如图2所示，通过检测温度来调节风扇转速，其实现基本步骤如下：

1)检测环境温度；

2)根据所述温度查表求得当前风扇转速需要的PWM控制脉宽，控制芯片产生需要的脉冲信号，以控制风扇转速；

3)检测单位时间内风扇转速所对应的温度，并反馈到控制芯片，控制芯片判断该温度是否在所述风扇转速的允许范围内，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，使风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，转换风扇转速值。

该现有技术由于转速控制是开环控制，实际运行时风扇转速可能出现非正常波动，而使得检测到的风扇转速所对应的温度不准确，从而使得控制芯片输出不可靠地控制风扇转速的PWM脉冲信号；另外该现有技术不具备实时转速检测功能，系统无法获知准确的转速值，不能及时地、准确地对风扇的转速进行调节转换，进而使得设备散热可靠性降低。

针对上述问题，有必要提供一种能根据设备的要求、环境温度的变化及时地对风扇的转速进行控制转换、实时检测风扇转速的风扇转速控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能根据环境温度的变化及时地对风扇转速进行控制转换、实时检测风扇转速的风扇转速控制方法。

本发明的风扇转速控制方法，所述的方法应用于包括有风扇及与所述风扇连接的控制芯片的系统中，控制方法包括如下步骤：控制芯片根据检测到的环境温度值计算设备需要的风扇转速；输出与所述风扇转速对应的控制信号，以控制风扇以一定速度运转；检测单位时间内风扇的转速；控制芯片判断所述风扇转速是否在所述环境温度对应的转速允许范围内，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，微调风扇转速值。

本发明的进一步优选方案是在上述风扇转速控制方法中的控制芯片在对风扇的控制过程中包括粗调和微调子过程，先通过控制芯片对转速控制信号进行粗调；再通过控制芯片对转速控制信号进行微调。

相对于现有技术的风扇转速控制方法，本发明的风扇转速控制方法通过检测单位时间内风扇的运转速度，并通过控制芯片判断所述风扇转速是否在环境温度对应的转速允许范围内，根据此判断相应地对风扇转速进行控制、调节，直到风扇转速运行在当前设定的转速范围内，从而能准确、实时地对特定温度要求的风扇转速进行监控，有效的降低了风扇转速非正常波动，保证风流量输出的稳定性。再者，本发明利用控制芯片建立风扇转速信号与转速控制信号的转速闭环控制回路，方法简单，成本低；同时其转速控制通过粗调和微调两个步骤，控制精度高。

附图说明

图1是现有技术的风扇转速输出信号和脉宽调制控制信号接口示意图；

图2是现有技术风扇转速控制方法的流程图；

图3是本发明风扇转速控制方法的部分流程图；

图4是本发明风扇转速控制方法中以48V风扇为例的转速控制流程图。

具体实施方式

本发明风扇转速控制方法应用于包括有风扇及与所述风扇连接的控制芯片的系统中，所述控制方法通过检测风扇的转速信号，与控制芯片的控制信号形成负反馈，控制芯片调节脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)转速控制信号稳定风扇转速，以达到实时、准确的对风扇转速进行监控、调节，从而保证其控制精度满足风扇转速控制要求，其主要由设置在风扇中的控制芯片完成，请参阅图3，具体实施方法，包括：

1)测出上电风扇控制量输出最大值，根据当前电源电压及转速，确定风扇的全速转速值，作为后面计算的参考依据；

2)检测环境温度；

3)根据检测到的环境温度和风扇全速转速值计算系统需要的风扇转速，对多风扇场合是风扇的平均转速；

如果希望该系统能用在多种场合并兼容多种风扇，转速可换算成相对转速值，如转速百分比等；

4)结合查表，控制芯片输出对应所需风扇转速的控制信号，对3线风扇是控制电源电压变化的信号，对4线风扇是直接控制风扇转速的PWM和模拟电压控制信号，或者在其他场合可以改变风扇转速的控制量，以控制风扇以一定速度运转，本实施中控制芯片可为一独立的控制芯片，如8051系列单片机，当然，本发明中的控制芯片也可为集多个芯片构成的微处理器；

如表1，是不同温度范围下，与之相对应的转速范围及控制芯片输出控制量间三者的对应关系：

                         表1

环境温度(t)	风扇转速(N)	控制芯片控制量(％)
			t0-t2	N0-N2	a％
t2-t4	N2-N4	b％

假设测得环境温度为t1，且t1落入于t0-t2范围内，则查表可知，其对应要求控制芯片输出转速控制量为a％，以控制风扇以一落入于N0-N2转速范围内的转速运转；当测得环境温度为t3时，且t3是落入于t2-t4范围内，则查表1可知，其对应要求控制芯片输出转速控制量为b％，以控制风扇以一落入于N2-N4转速范围内的转速运转；

5)在风扇转速控制过程中，先利用控制芯片对控制信号进行粗调，粗调时控制信号的输出变化范围较大，可以在短时间内将风扇的转速调节到所需转速的一定范围之内；再利用控制芯片对控制信号进行微调，微调时在单位时间内改变一定量的控制信号，使对应的风扇转速输出趋于稳定，以达到最终精确控制风扇转速的目的；本实施例中，利用单片机的高位对控制信号进行粗调，利用单片机的低位对控制信号进行微调；

6)检测单位时间内风扇的转速，对多风扇系统，是多风扇系统的平均转速，并使所述转速信号与控制芯片的转速控制信号形成负反馈；

所述单位时间内风扇转速，可通过对单位时间内的连续的风扇转速以抽样平均方式求得；也可通过对单位时间内的连续的风扇转速以抽样累积方式求得；

7)控制芯片判断风扇转速值是否在所述环境温度对应的转速允许范围内，即对检测值与设定值进行比较，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，微调风扇转速值；

8)控制芯片检测单位时间内环境的温度；

9)判断所述温度是否在所述风扇转速的允许范围内，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，使风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，转换风扇转速值，其调速方法与步骤4相同。

请参阅图4，所示为48V风扇转速控制方法的部分流程图，以更清楚的说明本发明风扇转速的控制方法，其方法包括：

1)对48V风扇进行上电，测知其最高转速；

2)读出该风扇当前工作电压和当前平均转速，以及通过试验获得该风扇额定电压即48V附近电压波动对转速影响的曲线，从而确定该风扇的48V全速转速或转速百分比；

3)根据温度传感器测出的环境温度，计算出设备所需的风扇转速N；

4)查表找出控制芯片输出对应所述风扇转速N的控制信号；

5)控制芯片输出对应所述风扇转速N的控制信号，控制48V风扇以落入于所述环境温度对应的转速允许范围内的一定速度运转；

6)在控制风扇转速过程中，先通过控制芯片对控制信号进行粗调，粗调时控制信号的输出变化范围较大，可以在短时间内将风扇的转速调节到所需转速的一定范围之内；粗调完成后再对控制信号进行微调，微调时在单位时间改变一定量的控制信号，使对应的风扇转速输出趋于稳定，以达到最终精确控制风扇转速；

7)检测单位时间内该风扇的运转速度值n，并使所述风扇的运转速度信号与控制芯片的转速控制信号形成负反馈；

8)控制芯片判断风扇转速值n是否在所述环境温度对应的转速允许范围内，即对检测值与设定值进行比较，即通过转速减法器及其运算公式：Δn＝N-n，进行比较，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片根据Δn调节输出控制量K(ΔN+n)，微调风扇转速值；

9)重复上述7、8步骤，直到风扇运行转速运行在当前设定的转速值N。

本发明中所指的：全速是指电源电压在额定电压下(如48V风扇在48V情况下)且控制量最大时的转速，相对转速值为100％或其他相对表示法，供计算其他转速值的参考。

n：当前转速，对多风扇系统是当前平均转速。

N：根据环境温度确定的转速值，为转速设定值。多风扇系统是平均转速设定值。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种风扇转速控制方法，所述的方法应用于包括有风扇及与所述风扇连接的控制芯片的系统中，其特征在于包括如下步骤：

1)控制芯片根据检测到的环境温度值计算设备需要的风扇转速；

2)输出与所述风扇转速对应的控制信号，以控制风扇以一定速度运转；

3)检测单位时间内风扇的转速；

4)控制芯片判断所述风扇转速是否在所述环境温度对应的转速允许范围内，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，调整风扇转速值。

2.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述控制芯片为单片机。

3.如权利要求2所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述单片机在对风扇的控制过程中包括粗调和微调子过程。

4.如权利要求3所述的风扇转速控制方法，其特征在于，单片机的高位对控制信号进行粗调节，再利用单片机的低位对控制信号进行微调。

5.如权利要求1所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述的风扇转速控制方法进一步包括如下步骤：

5)控制芯片检测单位时间内的温度；

6)判断所述温度是否在所述风扇转速的允许范围内，如果在，控制芯片保持当前输出的转速控制信号，使风扇以当前转速稳定运行；如果不在，控制芯片调节输出控制量，转换风扇转速值。

6.如权利要求1至5中任一项所述的风扇转速控制方法，其特征在于，所述的控制芯片输出的控制信号为脉冲控制信号。