CN1779588A - 冷却风扇的控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷却风扇的控制电路，该控制电路包括：温度检测器，用于检测温度变化；功率控制器，用于控制提供给冷却风扇的驱动功率；比例电功率块，用于与温度变化成比例地将控制功率提供给功率控制器；和固定电功率块，用于当检测的温度低于预定温度时，将控制功率以固定的电平提供给功率控制器。本发明的一方面在于提供一种冷却风扇的控制电路，该控制电路检测温度变化，以较小的噪声操作，并且与温度变化成比例地控制冷却风扇的旋转速度，由此降低当冷却风扇运行时产生的噪声。

Description

冷却风扇的控制电路
本申请要求于2004年11月25日在韩国知识产权局提交的第2004-0097687号韩国专利申请的权益，其公开通过引用包含于此。
                         技术领域
本发明涉及一种冷却风扇的控制电路。更具体地讲，本发明涉及这样一种冷却风扇的控制电路，该控制电路检测温度的变化并控制冷却风扇的旋转速度。
                         背景技术
各种电气和电子装置使用冷却风扇来冷却当这些装置运行时由这些装置产生的热量。这些装置一般包括诸如计算机的信息处理器、办公自动化(OA)用具、家庭电子用具、电功率器具等。通常，考虑到装置的预期温度来确定电机主轴旋转速率和冷却风扇气流速率。因此，将冷却风扇设计为以预定的速度运行。但是，这种静态速度分布通常导致低的冷却效率和噪声的增加。
为了改善效率和噪声问题，传统的冷却风扇控制电路被设计为根据温度的变化来改变冷却风扇驱动速度，如图4所示。
图4中所示的传统的冷却风扇控制电路包括：温度检测器，由用于检测温度的热敏电阻器TH以及温度补偿电阻器R1和R2构成；比较器COM 1和COM 2，被输入根据温度变化而改变并连接到反相端的检测电压以及连接到同相端的预定标准电压；和开关TR，用于将输入电压施加到冷却风扇，起比较器输出的作用。
在图4中的传统的控制电路中，即使热敏电阻器TH的电阻值响应于温度变化而改变，也以低速度预定转数(a)来驱动冷却风扇，直到达到温度t1(图5)。比较器COM 1和COM 2每个被防止操作并且开关TR保持在禁用状态，直到由温度检测器检测的温度达到预定水平t1(图5)。输入电源+Vcc使电流流经输出电阻器R5，并且通过将预定的电压提供给冷却风扇来保持预定的转数(a)。
当温度达到第一水平t1时，热敏电阻器TH的电阻值降低，并且比较器COM 1的反相端的输入电压增加。类似地，电压被温度补偿电阻器R1和R2划分，从而比较器COM 2的反相端的电压也增加。比较器COM 1和COM 2的反相端的电压相对于标准电压而改变，该标准电压通过电阻器R4被划分，并且作为比较器COM 1和COM 2的同相端的输入。因此，当比较器COM 1操作时，开关TR的基极电流增加，并且由集电极端提供的第一输出电压将电功率提供给冷却风扇。根据温度增加和提供给冷却风扇的电压相应增加的结果，相对于由输出电阻R5提供的分配电压，第一输出电压保持在由较高的电压导致从先前转数增加的预定的转数(b)。
如果温度从第一水平t1增加到第二水平t2，那么输入到比较器COM 2的电压相对于在第一温度水平t1分配给温度补偿电阻器R2的电压而升高。当比较器COM 2操作时，开关TR的基极电流增加。来自集电极的输出对于第二温度水平t2高于对于第一温度水平t1，并且被提供给冷却风扇。因此，当比较器COM 2操作时，冷却风扇的转数保持在预定的转数(c)，由于比较器COM 1的操作使第二输出电压导致该预定的转数(c)从先前转数(b)增加。
因此，图4中的冷却风扇的控制电路根据温度的变化来可改变地控制冷却风扇的旋转。但是，如图5中的图形所示，风扇的旋转响应于温度增加而从(a)急剧地改变到(b)再改变到(c)。这又需要增加提供给冷却风扇的输出电压，这增加了由冷却风扇产生的噪声的量。
                         发明内容
本发明的一方面在于提供一种冷却风扇的控制电路，该控制电路检测温度变化，以较小的噪声操作，并且与温度变化成比例地控制冷却风扇的旋转速度，由此降低当冷却风扇运行时产生的噪声。
本发明的另外方面和/或优点将在下面的描述中部分地阐明，并且从描述中部分是清楚的，或者通过本发明的实施可以被理解。
可通过提供一种冷却风扇的控制电路来实现上述和/或其它方面，该控制电路包括：温度检测器，用于检测温度变化；功率控制器，用于控制提供给冷却风扇的驱动功率；比例电功率块，用于与温度变化成比例地将控制功率提供给功率控制器；和固定电功率块，用于当检测的温度低于预定温度水平时，将控制功率以固定的电平提供给功率控制器。
根据本发明的一方面，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
根据本发明的一方面，当检测的温度高于所述预定温度水平时，比例电功率块提供控制功率。
根据本发明的一方面，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
根据本发明的一方面，固定电功率块被设置在比例电功率块和冷却风扇之间，所述固定电功率块包括用于基于预定的偏移输入电压将固定电平的功率提供给功率控制器的第一比较器。
根据本发明的一方面，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
根据本发明的一方面，温度检测器包括：热敏电阻器，连接到输入电源，用于检测温度变化；和补偿电阻器，与热敏电阻器串联，用于根据温度变化来提供补偿电压，其中，比例电功率块被设置在输入电源和功率控制器之间的旁路上，并且包括：一对电压划分电阻器，与温度检测器并联，用于提供预定的标准电压；和第二比较器，用于将根据温度检测器的温度变化的补偿电压和标准电压相比较，并且将与根据从该比较所得出的差的差电压成比例的控制功率提供给功率控制器。
根据本发明的一方面，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
根据本发明的一方面，标准电压被设置在高于偏移输入电压的电平。
根据本发明的一方面，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
                         附图说明
通过结合附图，从下面的特定示例性实施例的详细描述中，本发明上述和其它方面、特点及优点将会变得更加清楚，其中：
图1是根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路的示意方框图；
图2示出了根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路的电路结构；
图3是根据本发明示例性实施例的冷却风扇的运行状态的图形；
图4示出了冷却风扇的传统控制电路的电路结构；和
图5是冷却风扇的传统控制电路的运行状态的图形。
在整个附图中，相同的标号应该被理解为表示相同的部件、特征和结构。
                       具体实施方式
在本描述中举例说明的事物被提供，以有助于对参照附图所公开的本发明的各种示例性实施例进行全面地理解。因此，本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离所要求的本发明的精神和范围的情况下，可以对在此描述的示例性实施例进行形式和细节的各种改变和修改。为了清楚和简明，省略了对公知的功能和结构的描述。
图1示出了根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路的示意方框图。
参照图1，根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路1通过调整输入电功率来控制冷却风扇10的运行。控制电路1包括：温度检测器20，用于检测温度；比例电功率块30，用于与由温度检测器20检测的温度变化成比例地施加控制功率；固定电功率块40，用于当由温度检测器20检测的温度低于预定水平时以固定的电平施加控制功率；和功率控制器50，用于基于输入功率，通过从比例电功率块30和固定电功率块40施加的控制功率来控制用于驱动冷却风扇10的功率。用于驱动冷却风扇10的驱动电机没有被显示。
参照图2，固定电功率块40设置在比例电功率块30和冷却风扇10之间。固定电功率块40可包括第一比较器COM 1，第一比较器COM 1用于基于预定的偏移输入电压将固定电平的控制功率施加给功率控制器50。即，固定电功率块40通过提供来自功率控制器50的预定驱动功率使冷却风扇10以预定的固定转数旋转，而不考虑由温度检测器20检测的温度变化。
如果由温度检测器20检测的温度高于预定温度，那么比例电功率块30将与温度变化成比例的控制功率提供给功率控制器50。在检测的温度达到第一水平T1的温度部分A(图3)中，由功率控制器50通过从固定电功率块40提供的控制功率而提供的第一驱动功率均匀地保持在低电压电平，并且冷却风扇10在低噪声模式下运行。
在检测的温度高于第一水平T1并成比例地增加的温度部分B(图3)中，由功率控制器50通过从比例电功率块30提供的控制功率而提供的第二驱动功率相对于温度变化而按比例地增加，并且冷却风扇10的旋转按比例地增加。因此，冷却风扇10的旋转不根据温度变化而急剧地改变，由此降低由于旋转速度的突然增加而导致的噪声。
参照图3所示的图形，如果检测的温度上升到高于温度部分B的水平的水平，那么冷却风扇10的旋转被均匀地保持。在该温度水平，冷却风扇10根据由该示例性实施例描述的装置的设计值以最高驱动功率运行。
将参照图2来描述根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路1的每个部件。
温度检测器20包括：热敏电阻器TH，连接到输入电源+Vcc，用于检测温度变化；和补偿电阻器R1，其第一端与热敏电阻器TH串联，第二端接地。电阻器R1根据温度变化而提供补偿电压。热敏电阻器TH可被设置为包括负温度系数(NTC)的热敏电阻器，其中检测的温度和电阻值成反比。当从热敏电阻器TH检测的温度上升时，热敏电阻器TH的电阻值下降，由此增加分配给补偿电阻器R1的补偿电压。
比例电功率块30被设置在输入电源+Vcc和功率控制器50之间，并且从温度检测器20接收补偿电压。即，比例电功率块30包括彼此串联以提供标准电压的一对电压划分电阻器R2和R3。电阻器R2和R3被设置为与温度检测器20的热敏电阻器TH和补偿电阻器R1并联。比例电功率块30还包括第二比较器COM 2，其反相端连接到热敏电阻器TH和补偿电阻器R1之间的节点。第二比较器COM 2的同相端连接到该对电压划分电阻器R2和R3之间的节点。在第二比较器COM 2的施加有标准电压的同相端和开关元件TR(随后将描述)的输出端之间与电压划分电阻器R3并联有返回电阻器R5。
第二比较器COM 2根据由温度检测器20检测的温度变化和由电压划分电阻器R2和R3提供的标准电压而被提供补偿电压。第二比较器COM 2将与根据补偿电压和标准电压的比较的差电压成比例的控制功率提供给功率控制器50。另外，在提供给反相端的检测的电压达到预定电平之后，第二比较器COM 2操作。即，在由热敏电阻器TH检测的温度达到预定的第一水平T1之后，第二比较器COM 2输出随温度变化增加/降低而连续增加/降低的控制功率。
固定电功率块40中的第一比较器COM 1的输出连接到开关元件TR (随后将描述)的控制端。第一比较器COM 1的输入部分的同相端连接到提供标准电压的一对分配电阻器R7和R8之间的节点。此外，预定的偏移输入电压+Vs通过偏移电阻器R6施加到第一比较器COM 1的反相端。电容器C4用于抑制噪声，齐纳二极管D1用于防止过量的电压回流。C4和D1连接到第一比较器COM 1的反相端并接地。
因此，当由冷却风扇的控制电路1的温度检测器20检测的温度处于水平A时，比例电功率块30不操作。当温度处于水平A时，固定电功率块40将设置在功率控制器50中的开关元件TR的基极电流保持在由提供给第一比较器COM 1的偏移输入电压+Vs确定的恒定值。因此，通过开关元件TR提供给冷却风扇10的驱动功率保持在恒定电压电平，并且风扇以恒定的速度旋转。在该操作模式下，施加给冷却风扇10的驱动功率的电压电平与分配给连接到第一比较器COM 1的同相端的分配电阻器R7和R8的串联组合电阻器的分配电压相等。
提供给第一比较器COM 1的偏移输入电压+Vs可被设置在等于或低于经电压划分电阻器R3提供给第二比较器COM 2的同相端的标准电压的电压电平。或者，提供给第一比较器COM 1的偏移输入电压+Vs可被设置为高于经电压划分电阻器R3提供给第二比较器COM 2的同相端的标准电压。
根据本发明示例性实施例的冷却风扇的控制电路1的功率控制器50包括连接在输入电源+Vcc和冷却风扇10的第一输入端之间的开关元件TR。限流电阻器R4限制基极电流并连接到功率控制器50的开关元件TR的控制端。
开关元件TR提供：发射极端口，作为输入端，连接到输入电源+Vcc；集电极端口，作为输出端，连接到冷却风扇10；和基极端口，作为控制端，连接到固定电功率块40的第一比较器COM 1的输出端和比例电功率块30的第二比较器COM 2的输出端。
当在图2中显示为PNP型的开关元件TR的控制端控制基极电流的变化时，来自作为输出端的集电极端口的输出电压通过作为输入端的发射极端口提供的输入电压而按比例地增加，并且被提供作为冷却风扇10的驱动功率。
功率控制器50响应于从固定电功率块40提供的控制功率将驱动功率以预定电平提供给冷却风扇10，直到达到预定的第一温度水平T1。当由温度检测器20的热敏电阻器TH检测的温度达到从第一温度水平T1增加的第二温度水平T2时，与温度变化增加或降低成比例地将来自比例电功率块30的驱动功率提供给冷却风扇。
在上述示例性实施例中，功率控制器50的开关元件TR被设置为PNP型。或者，开关元件TR被设置为NPN型。另外，第一比较器COM 1和第二比较器COM 2的输入端的极性可被不同地设置。
比较器COM 1和COM 2每个可通过使用运算(OP)放大器、339四重比较器(Quad Comparator)或本领域公知的任何比较器来实现。
虽然本发明是参照其特定示例性实施例被具体显示和描述的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (10)

1、一种冷却风扇的控制电路，包括：
温度检测器，用于检测温度变化；
功率控制器，用于控制提供给冷却风扇的驱动功率；
比例电功率块，用于与温度变化成比例地将控制功率提供给功率控制器；和
固定电功率块，用于当检测的温度低于预定温度水平时，将控制功率以固定的电平提供给功率控制器。
2、根据权利要求1所述的控制电路，其中，当检测的温度高于所述预定温度水平时，比例电功率块提供控制功率。
3、根据权利要求1所述的控制电路，其中，固定电功率块被设置在比例电功率块和冷却风扇之间，所述固定电功率块包括用于基于预定的偏移输入电压将固定电平的功率提供给功率控制器的第一比较器。
4、根据权利要求3所述的控制电路，其中，温度检测器包括：热敏电阻器，连接到输入电源，用于检测温度变化；和补偿电阻器，与热敏电阻器串联，用于根据温度变化来提供补偿电压，其中，比例电功率块被设置在输入电源和功率控制器之间的旁路上，并且包括：一对电压划分电阻器，与温度检测器并联，用于提供预定的标准电压；和第二比较器，用于将根据温度检测器的温度变化的补偿电压和标准电压相比较，并且将与根据从该比较所得出的差的差电压成比例的控制功率提供给功率控制器。
5、根据权利要求4所述的控制电路，其中，标准电压被设置在高于偏移输入电压的电平。
6、根据权利要求1所述的控制电路，其中，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
7、根据权利要求2所述的控制电路，其中，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
8、根据权利要求3所述的控制电路，其中，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
9、根据权利要求4所述的控制电路，其中，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
10、根据权利要求5所述的控制电路，其中，功率控制器包括开关元件，所述开关元件具有：输入端，连接到输入电源；输出端，用于将功率提供给冷却风扇；和控制端，用于接收控制功率。
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