CN201771740U - 一种风扇及其故障检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风扇及其故障检测电路，在该电路中，至少一个风扇的第一端分别接电源电压，至少一个风扇的第二端与至少一个三极管的集电极一一对应连接，至少一个三极管的发射极分别接地，至少一个三极管的基极分别接处理器的检测控制端，至少一个三极管的集电极还一并接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端接地，RC滤波电路连接在采样电阻的第一端和运算放大器的同向输入端之间，运算放大器的反向输入端与运算放大器的输出端一并接处理器的电压检测端。实施本实用新型的技术方案，由于省略了告警信号线，大大节省了故障检测的成本，另外，可检测多种类型的故障。

Description

一种风扇及其故障检测电路

技术领域

本实用新型涉及电子设备制造技术，更具体地说，涉及一种风扇及其故障检测电路。

背景技术

计算机、服务器等电子设备由于运行时内部产生热量导致设备内温度升高，从而影响设备的正常工作，因此，散热设计是服务器等电子设备设计的重要方面。业界绝大部分服务器是采用强制对流的方式来进行散热的，换句话说，风扇已经成了服务器必须的部件之一。从可靠角度来看，风扇故障以及风扇失效都会很大程度影响服务器的正常工作，并且会造成不可预期的损失，所以风扇的故障检测就显得尤为重要。

为检测风扇的故障，现有技术多采用带告警功能的风扇，与普通风扇相比，带告警功能的风扇多一根告警信号线RD SIGNAL，输出为OC门形式，图1为风扇内部的告警信号输出电路，当风扇正常工作时，端口MOTORDRIVER输出高电平，三极管Q1导通，告警信号端RD SIGNAL输出为低电平；当风扇出现堵转时，端口MOTOR DRIVER输出为低电平，三极管Q1截止，由于外接上拉电阻R1的作用，告警信号端RD SIGNAL输出为高电平，从而实现风扇告警。

图2为图1中风扇告警信号端的工作电压波形图，当风扇正常工作时，告警信号端RD SIGNAL输出电压为低电平，当风扇堵转T1时间(例如1s)后(此时流过上拉电阻R1的电流变大)，告警信号端RD SIGNAL跳变为高电平，并在延时T2时间(例如2.5s)后，风扇尝试自启动，时间为T3(例如400ms)，如果风扇仍然堵转，则告警信号端RD SIGNAL重新输出高电平。

然而，由于带告警信号线的风扇的价格远远高于普通风扇，因此采用上述电路进行风扇故障检测在成本上并没有优势。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述带告警信号线的风扇成本高的缺陷，提供一种成本低的风扇及其故障检测电路。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种风扇故障检测电路，为至少一个风扇进行故障检测，包括至少一个三极管、采样电阻、运算放大器、RC滤波电路和用于根据输入电压判断风扇故障类型的处理器，其中，所述至少一个风扇的第一端分别接电源电压，所述至少一个风扇的第二端与所述至少一个三极管的集电极一一对应连接，所述至少一个三极管的发射极分别接地，所述至少一个三极管的基极分别接所述处理器的检测控制端，所述至少一个三极管的集电极还一并接所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端接地，所述RC滤波电路连接在所述采样电阻的第一端和所述运算放大器的同向输入端之间，所述运算放大器的反向输入端与所述运算放大器的输出端一并接所述处理器的电压检测端。

在本实用新型所述的风扇故障检测电路中，还包括防反二极管，所述防反二极管的正极连接所述采样电阻的第一端，所述防反二极管的负极接所述RC滤波电路。

在本实用新型所述的风扇故障检测电路中，还包括第一稳压二极管、第二稳压二极管和电阻，其中，所述第一稳压二极管的负极接高电平，所述第一稳压二极管的正极接所述第二稳压二极管的负极，所述第二稳压二极管的正极接地，所述电阻连接在所述第一稳压二极管的正极和所述处理器的电压检测端之间。

在本实用新型所述的风扇故障检测电路中，所述RC滤波电路包括第一滤波电阻、第二滤波电阻和滤波电容，其中，所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻串联在所述至少一个三极管的集电极和所述运算放大器的同向输入端之间，所述滤波电容连接在所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻的连接点与地之间。

在本实用新型所述的风扇故障检测电路中，还包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端分别连接电源电压，所述至少一个电容的另一端分别所述连接至少一个三极管的集电极。

本实用新型还构造一种风扇故障检测电路，为至少一个风扇进行故障检测，包括至少一个三极管、至少一个电容、采样电阻、防反二极管、RC滤波电路、运算放大器、用于根据输入电压判断风扇故障类型的处理器、第一稳压二极管、第二稳压二极管和电阻，其中，所述至少一个风扇的第一端分别接电源电压，所述至少一个风扇的第二端与所述至少一个三极管的集电极一一对应连接，所述至少一个三极管的发射极分别接地，所述至少一个三极管的基极分别接所述处理器的检测控制端，所述至少一个三极管的集电极分别通过所述至少一个电容连接电源电压，所述至少一个三极管的集电极还一并接所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端接地，所述防反二极管的正极连接所述采样电阻的第一端，所述防反二极管的负极接所述RC滤波电路的第一端，所述RC滤波电路的第二端接所述运算放大器的同向输入端，所述运算放大器的反向输入端与所述运算放大器的输出端一并接所述处理器的电压检测端，所述第一稳压二极管的负极接高电平，所述第一稳压二极管的正极接所述第二稳压二极管的负极，所述第二稳压二极管的正极接地，所述电阻连接在所述第一稳压二极管的正极和所述处理器的电压检测端之间。

本实用新型还构造一种风扇，包括以上所述的任一种风扇故障检测电路。

实施本实用新型的风扇及其故障检测电路，具有以下有益效果：由于省略了告警信号线，所以大大节省了故障检测的成本，另外，由于不同类型的故障发生时，采样电阻的采样电压不同，该采样电压经滤波、放大后也不同，处理器就可根据所读取的不同电压来判断故障类型，因此，该风扇及其故障检测电路可检测多种类型的故障。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是现有技术风扇内部的告警信号输出电路的电路图；

图2是图1中风扇告警信号端的工作电压波形图；

图3是本实用新型风扇故障检测电路实施例一的电路图；

图4是本实用新型风扇故障检测电路实施例二的电路图；

图5是本实用新型风扇故障检测电路实施例三的电路图；

图6是本实用新型风扇故障检测电路实施例四的电路图；

图7是本实用新型风扇故障检测电路实施例五的电路图；

图8是本实用新型风扇故障检测电路实施例六的电路图。

具体实施方式

图3是本实用新型的风扇故障检测电路实施例一的电路图，在该实施例中，该风扇故障检测电路包括第一三极管Q1、采样电阻R1、运算放大器U1、RC滤波电路和用于根据输入电压判断风扇故障类型的处理器(未示出)，其中，第一风扇连接在端口V12和端口FAN_SPEED1之间，其中，端口V12接电源电压，例如12V，端口FAN_SPEED1接第一三极管Q1的集电极，第一三极管Q1的发射极接地，其基极接处理器的检测控制端，即端口FAN_SPEED_CONTROL，采样电阻R1连接在第一三极管Q1的集电极和地之间，RC滤波电路连接在第一三极管Q1的集电极和运算放大器U1的同向输入端之间，运算放大器U1的反向输入端和其输出端一并接处理器的电压检测端，即端口FAN Fault。

下面说明该实施例的工作原理，当风扇正常工作时，即不需要检测时，处理器的检测控制端口FAN_SPEED_CONTROL输出高电平，第一三极管Q1导通，第一三极管Q1的集电极的电压被拉低，风扇的一端接入12V电压，另一端接地，此时风扇正常工作，采样电阻R1两端的电压为零，该采样电压经RC滤波电路滤波后，再经运算放大器U1放大，处理器的电压检测端FANFault检测到经放大后的电压为零即可判断风扇处于正常工作状态。当需要对风扇进行故障检测时，首先处理器的检测控制端口FAN_SPEED_CONTROL输出低电平，第一三极管Q1截止，假如故障类型是堵转，由于风扇带有自启动功能，当风扇堵转T1时间(例如1s)并延时T2时间(2.5S)后，尝试自启动，这时采样电阻R1便能采样到高电平的脉冲信号，该脉冲信号经RC滤波电路滤波后变为平整的直流电压，该直流电压经运算放大器U1放大，处理器的电压检测端FAN Fault读取该电压值，然后将该电压经AD转换为数字电压，并根据该数字电压值判断该故障类型为风扇堵转。由于风扇在不同故障情况下，采样电阻R1的采样电压不同，例如，风扇堵转时，采样电阻R1采样到第一电压值；风扇在断路时，采样电阻R1采样到第二电压值；风扇老化时，采样电阻R1采样到第三电压值。该采样电压然后经滤波、放大后的波形也不同，处理器的电压检测端FAN Fault读取的相应的电压值也不同，处理器将该电压进行AD变换，经AD变换后的电压也不同，因此AD转换后的电压值反算当前风扇的工作情况。

图4是本实用新型的风扇故障检测电路实施例二的电路图，该实施例与图3所示的实施例中的风扇故障检测电路的相同部分在此不做赘述，以下仅说明其不同部分，相比图3所示的实施例中的风扇故障检测电路，该实施例中的风扇故障检测电路还包括防反二极管D1，防反二极管D1的正极连接第一三极管Q1的集电极，防反二极管D1的负极接RC滤波电路。

图5是本实用新型的风扇故障检测电路实施例三的电路图，该实施例与图3所示的实施例中的风扇故障检测电路的相同部分在此不做赘述，以下仅说明其不同部分，相比图3所示的实施例中的风扇故障检测电路，该实施例中的风扇故障检测电路还包括第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2和第九电阻R9，其中，第一稳压二极管ZD1的负极接3.3V电压，第一稳压二极管ZD1的正极接第二稳压二极管ZD2的负极，第二稳压二极管ZD2的正极接地，第九电阻R9连接在第一稳压二极管ZD1的正极和处理器的电压检测端FAN Fault之间。第一稳压二极管ZD1、第二稳压二极管ZD2、第九电阻R9用于箝制处理器的电压检测端的电压。

图6是本实用新型的风扇故障检测电路实施例四的电路图，在该实施例中，RC滤波电路包括第一滤波电阻R7、第二滤波电阻R8和滤波电容C3，其中，第一滤波电阻R7和第二滤波电阻R8串联在第一三极管Q1的集电极和运算放大器U1的同向输入端之间，滤波电容C3连接在第一滤波电阻和第二滤波电阻的连接点与地之间。

图7是本实用新型的风扇故障检测电路实施例五的电路图，该实施例与图3所示的实施例中的风扇故障检测电路的相同部分在此不做赘述，以下仅说明其不同部分，相比图3所示的实施例中的风扇故障检测电路，该实施例中的风扇故障检测电路还包括第一电容C1，第一电容C1的一端连接电源电压，即端口V12，第一电容C1的另一端接第一三极管Q1的集电极，该第一电容C1用于隔离电源电压与采样电压。

图8是本实用新型的风扇故障检测电路实施例六的电路图，该风扇故障检测电路可同时对两个风扇进行检测，在该实施例中，该风扇故障检测电路包括第一三极管Q1、第二三极管Q2、采样电阻R1、运算放大器U1、RC滤波电路和用于根据输入电压判断风扇故障类型的处理器(未示出)，其中，RC滤波电路可包括第一滤波电阻R7、第二滤波电阻R8和滤波电容C3。在该实施例中，第一风扇连接在端口V12和端口FAN_SPEED1之间，第二风扇连接在端口V12和端口FAN_SPEED2之间，其中，端口V12接12V的电源，第一电容C1连接在端口V12和端口FAN_SPEED1之间，第二电容C2连接在端口V12和端口FAN_SPEED2之间，端口FAN_SPEED1接第一三极管Q1的集电极，端口FAN_SPEED2接第二三极管Q2的集电极，第一三极管Q1、第二三极管Q2的基极分别连接处理器的检测控制端，即端口FAN_SPEED_CONTROL，第一三极管Q1、第二三极管Q2的发射极分别接地，第一三极管Q1、第二三极管Q2的集电极一并通过采样电阻R1接地，第三电阻R3连接在12V电压和第一三极管Q1的基极之间，第四电阻R4连接在第一三极管Q1的基极和地之间，第五电阻R5连接在12V电压和第二三极管Q2的基极之间，第六电阻R6连接在第二三极管Q2的基极和地之间，第一三极管Q1、第二三极管Q2的集电极还接防反二极管D1的正极，防反二极管D1的负极通过两串联的第一滤波电阻R7和第二滤波电阻R8接运算放大器U1的同向输入端，滤波电容C3连接在第一滤波电阻R7和第二滤波电阻R8的连接点和地之间，运算放大器的U1的反向输入端及其输出端接处理器的电压检测端，即端口FAN Fault，第一稳压二极管ZD1的负极接3.3V电压，其正极接第二稳压二极管ZD2的负极，第二稳压二极管ZD2的正极接地，第九电阻R9连接在第一稳压二极管ZD1的正极和端口FAN Fault之间。

下面说明上述风扇故障检测电路的原理。

当风扇正常工作时，即不需要检测时，处理器的检测控制端口FAN_SPEED_CONTROL输出高电平，第一三极管Q1、第二三极管Q2均导通，第一三极管Q1、第二三极管Q2的集电极的电压被拉低，第一风扇的一端接入12V电压，另一端接地，同样地，第二风扇的一端接入12V电压，另一端接地，两个风扇均正常工作，此时，采样电阻R1两端的电压为零，处理器的电压检测端FAN Fault检测到的电压为零。

当需要对风扇进行故障检测时，首先处理器的检测控制端口FAN_SPEED_CONTROL输出低电平，第一三极管Q1、第二三极管Q2均不导通，采样电阻R1的开始采样电压，若其中一个风扇(例如第一风扇)堵转，由于风扇都有自启动功能，当第一风扇堵转T1时间(例如1s)并延时T2时间(例如2.5S)后，尝试自启动，这时端口FAN_SPEED1处就有高电平的脉冲信号，该脉冲信号经第一滤波电阻R7、第二滤波电阻R8、滤波电容C3滤波后便为平整的直流信号，该直流信号经运算放大器U1放大，处理器的电压检测端FAN Fault读取该电压值，并根据该电压值判断该故障类型为一个风扇堵转。若两个风扇都堵转，在堵转后，两个风扇都尝试自启动，这时端口FAN_SPEED1和端口FAN_SPEED2处都有高电平的脉冲信号，该脉冲信号经第一滤波电阻R7、第二滤波电阻R8、滤波电容C3滤波后便为平整的直流信号，应当说明的是，该直流电压比只有一个风扇堵转时的直流电压要大，该直流电压经运算放大器U1放大，处理器的电压检测端FAN Fault读取该电压值，并根据该电压值判断该故障类型为两个风扇堵转。

由于风扇在不同故障情况下，采样电阻R1的采样电压不同，例如，一个风扇堵转时，采样电阻R1采样到第一电压值；一个风扇在断路时，采样电阻R1采样到第二电压值；一个风扇老化时，采样电阻R1采样到第三电压值；两个风扇堵转时，采样电阻R1采样到第四电压值；两个风扇在断路时，采样电阻R1采样到第五电压值；两个风扇老化时，采样电阻R1采样到第六电压值。该采样电压然后经滤波、放大后的也不同，处理器的电压检测端FAN Fault读取的相应的电压值也不同，处理器将该电压进行AD变换，经AD变换后的电压也不同，因此AD转换后的电压值反算当前风扇的工作情况。

应当说明的是，以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，该风扇故障检测电路可检测的风扇个数可扩充至任意数目。与检测两个风扇的风扇检测电路类似地，至少一个风扇的第一端分别接电源电压，至少一个风扇的第二端与至少一个三极管的集电极一一对应连接，至少一个三极管的发射极分别接地，至少一个三极管的基极分别接处理器的检测控制端，至少一个三极管的集电极还一并接采样电阻的第一端，采样电阻的第二端接地，RC滤波电路连接在采样电阻的第一端和运算放大器的同向输入端之间，运算放大器的反向输入端与运算放大器的输出端一并接处理器的电压检测端。由于风扇在不同故障情况下，采样电阻的采样电压不同，例如，一个风扇堵转时、一个风扇在断路时、一个风扇老化时、两个风扇堵转时、两个风扇在断路时、两个风扇老化时、三个风扇堵转时、三个风扇断路时、全部风扇堵转时、全部风扇断路时、全部风扇老化时等等，所对应的采样电压然后经滤波、放大后的也不同，处理器的电压检测端读取的相应的电压值也不同，处理器将该电压进行AD变换，经AD变换后的电压也不同，因此AD转换后的电压值反算当前风扇的工作情况。

本实用新型还构造一种风扇，包括以上实施例中的任意一种风扇故障检测电路。

对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种风扇故障检测电路，为至少一个风扇进行故障检测，其特征在于，包括至少一个三极管、采样电阻、运算放大器、RC滤波电路和用于根据输入电压判断风扇故障类型的处理器，其中，所述至少一个风扇的第一端分别接电源电压，所述至少一个风扇的第二端与所述至少一个三极管的集电极一一对应连接，所述至少一个三极管的发射极分别接地，所述至少一个三极管的基极分别接所述处理器的检测控制端，所述至少一个三极管的集电极还一并接所述采样电阻的第一端，所述采样电阻的第二端接地，所述RC滤波电路连接在所述采样电阻的第一端和所述运算放大器的同向输入端之间，所述运算放大器的反向输入端与所述运算放大器的输出端一并接所述处理器的电压检测端。

2.根据权利要求1所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括防反二极管，所述防反二极管的正极连接所述采样电阻的第一端，所述防反二极管的负极接所述RC滤波电路。

3.根据权利要求1或2所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括第一稳压二极管、第二稳压二极管和电阻，其中，所述第一稳压二极管的负极接高电平，所述第一稳压二极管的正极接所述第二稳压二极管的负极，所述第二稳压二极管的正极接地，所述电阻连接在所述第一稳压二极管的正极和所述处理器的电压检测端之间。

4.根据权利要求1或2所述的风扇故障检测电路，其特征在于，所述RC滤波电路包括第一滤波电阻、第二滤波电阻和滤波电容，其中，所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻串联在所述至少一个三极管的集电极和所述运算放大器的同向输入端之间，所述滤波电容连接在所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻的连接点与地之间。

5.根据权利要求3所述的风扇故障检测电路，其特征在于，所述RC滤波电路包括第一滤波电阻、第二滤波电阻和滤波电容，其中，所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻串联在所述至少一个三极管的集电极和所述运算放大器的同向输入端之间，所述滤波电容连接在所述第一滤波电阻和所述第二滤波电阻的连接点与地之间。

6.根据权利要求1或2所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端分别连接电源电压，所述至少一个电容的另一端分别连接所述至少一个三极管的集电极。

7.根据权利要求3所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端分别连接电源电压，所述至少一个电容的另一端分别连接所述至少一个三极管的集电极。

8.根据权利要求4所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端分别连接电源电压，所述至少一个电容的另一端分别连接所述至少一个三极管的集电极。

9.根据权利要求5所述的风扇故障检测电路，其特征在于，还包括至少一个电容，所述至少一个电容的一端分别连接电源电压，所述至少一个电容的另一端分别连接所述至少一个三极管的集电极。

10.一种风扇，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的风扇故障检测电路。

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