CN2375031Y - 无刷风扇转速控制电路装置 - Google Patents

Abstract

一种无刷风扇转速控制电路装置,包括侦错单元及线性转速控制单元,该侦错单元分别与风扇转速信号及温度感测电路连接,分别根据风扇转速及温度等判断风扇是否锁死或温度过高,并送出警告信号通知使用者,判断是否应关机检修;该线性转速控制单元包括电压移位放大电路,使风扇转速与外加输入电压呈线性关系,以外加输入电压的高低控制风扇转速,另进一步设有逻辑控制器与前述侦错单元连线,便于在风扇运转温度过高时改由温度控制风扇转速,以令风扇全速运转而迅速散热。

Description

无刷风扇转速控制电路装置

本实用新型涉及一种电机领域电机的转速控制电路装置，特别是涉及一种以外加输入电压高低控制风扇转速，并使二者构成线性关系的无刷风扇转速控制电路装置，其进一步具有侦错功能，可用以判断风扇是否锁死或温度过高。

近来有关个人电脑及相关产品内部的散热管理已成为一种趋势。以现有传统的电脑中央处理器(CPU)为例，其上独立设置的散热风扇是以恒速运转，亦即不论CPU的运转状况如何，风扇均是维持以相同的速度运转，此种状况不仅可能造成电力浪费，亦有可能干扰CPU正常运作。以CPU为例，并非随时维持于相同的工作频率，其因执行不同的工作或闲置，而出现不同的工作频率，当工作频率高时，CPU相对产生的热能即高，反之，当工作频率低时，CPU表面热能亦相对较低，当风扇随时维持以全速运转对CPU表面进行散热时，在CPU工作频率低时即造成电力的无谓浪费，而且风扇的运转速度愈快，其相对产生的噪音愈大，亦可能对CPU或其他元件的正常运转造成影响。

为了改善前述状况，即出现了前述“散热管理”的观念，所谓管理是指因应不同的环境因素与条件即时地调整风扇的运转速度，以提高散热效率，并减少电力的无谓损失。而在专利领域中亦有相关的技术提出，如美国第5526289号专利案，是利用热敏电阻感应侦测风扇所在环境的温度变化，进而根据温度以线性调节风扇转速，亦即温度愈高，散热风扇的转速即相对愈高，以有效地降低风扇造成的噪音及减少电流消耗。

而前述美国专利案虽在某种程度上已达到散热管理的目的，对于风扇运转时衍生的相关问题仍无法面面俱到。如前述美国专利案仅能通过温度变化调节风扇转速，却无法由外部控制，造成风扇仅能偏狭地以温度高低状况改变其转速，当风扇本身出现卡死或因控制不当致使温度超过容许的安全范围时，均无法准确的检知，并采取有效的相应措施。由此可见，现有的风扇转速控制装置仍存在有诸多的缺陷，而丞待加以改进。

有鉴于上述现有的风扇转速控制装置存在的缺陷，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出本实用新型。

本实用新型的主要目的在于，克服现有的风扇转速控制装置存在的缺陷，而提供一种可由外加输入电压高低控制风扇转速，并进一步具有侦错功能，而可以判断风扇是否锁死或温度过高的无刷风扇转速控制电路装置。

本实用新型的目的是由以下技术方案实现的。依据本实用新型提出的一种无刷风扇转速控制电路装置，其包括有一侦错单元及一线性转速控制单元，其特征在于：该侦错单元，其分别与风扇转速信号及一温度感测电路连接，以分别根据风扇转速及温度等条件，判断风扇是否锁死或温度过高，并送出一警告信号通知使用者，而供使用者判断是否应关机检修；该线性转速控制单元，包括有一电压移位放大电路。

本实用新型的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现。

前述的无刷风扇转速控制电路装置，其中所述的线性转速控制单元进一步包括有一逻辑控制器，其输出端与电压移位放大电路连接，输入端则分别与温度感测电路及可变的外部控制电压连接，借以切换由温控或外部控制模式控制风扇转速。

前述的无刷风扇转速控制电路装置，其中所述的温度感测电路是由一负温度系数热敏电阻与一电阻串接后，以产生一随温度高低变化而升降的温度电压，该温度电压是分别连接予侦测单元及逻辑控制器。

前述的无刷风扇转速控制电路装置，其中所述的可变的外部控制电压又经设有两分压电阻衰减产生一输入电压供应予线性转速控制单元。

前述的无刷风扇转速控制电路装置，其中所述的电压移位放大电路包括有电压转换电流及电流转换电压两部分，其中：

该电压转换电流部分，包括有一运算放大器OP1、四组晶体管M1ˉM4及电阻R4等，其中，该运算放大器负端输入连接至电阻R4与晶体管M1间，其输出端则连接于晶体管M1上，两晶体管M2、M3则构成一电流镜射电路；

该电流转换电压部分，包括有一晶体管M5、一电阻R5及一运算放大器OP2等，其中，该晶体管M5是与前述晶体管M4构成另一电流镜射电路；该运算放大器OP2正端输入是连接至电阻R5与晶体管M5泄极间，其负端输入是连接由系统提供的起动参考电压VS，其输出端则连接至晶体管Q1，以驱动风扇。

前述的无刷风扇转速控制电路装置，其中所述的与风扇连接的晶体管Q1可由NPN、PNP、NMOS、PMOS或其他结构形式的晶体管构成。

本实用新型与现有技术相比具有明显的优点和积极效果。由以上技术方案可知，本实用新型无刷风扇转速控制电路装置，其包括有一侦错单元及一线性转速控制单元，其中侦错单元根据风扇转速及温度等条件，判断风扇是否锁死或温度过高，并提供相关讯息予使用者，又线性转速控制单元则用以令风扇转速与一外加输入电压呈线性关系，以外加输入电压的高低控制风扇的转速，另进一步以一逻辑控制器与前述侦错单元连线，以便于在风扇运转温度过高时，改由温度控制风扇转速，以令风扇全速运转而迅速散热。

由上述可知，本实用新型提供了两种风扇转速的控制模式，其一由温度控制风扇的转速，另一则由可变的外部控制电压控制风扇转速高低，一般工作状态是以外部控制电压控制风扇转速，可配合系统在工作频率高时提高散热风量，工作频率低时则降低散热风量，可有效提升散热效率、减少电力浪费，更可降低风扇运转噪音，而可获得理想的散热效果；当外部控制电压控制不当造成环境温度上升时则由逻辑控制器切换控制模式，使风扇以全速运转，直至温度大幅下降为止。

本实用新型还可提供一侦错功能，分别针对风扇转速正常与否及环境温度是否过高进行监控，当风扇被锁死而停止运转或温度过高时，侦错单元将送出一错误讯息通知使用者，而可选择适当的相应措施。

综上所述，本实用新型是以外加输入电压高低控制风扇转速，并使二者构成线性关系的无刷风扇转速控制装置，且其进一步具有侦错功能，可用以判断风扇是否锁死或温度过高。其不论在结构上或功能上皆有较大改进，且在技术上有较大进步，并产生了好用及实用的效果，而确实具有增进的功效，从而更加适于实用，诚为一新颖、进步、实用的新设计。

本实用新型的具体结构由以下实施例及其附图详细给出。

图1是本实用新型的电路方块图。

图2是本实用新型的详细电路图。

图3是本实用新型的工作波形图。

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的无刷风扇转速控制电路装置其具体结构、特征及其功效，详细说明如后。

首先请参阅图1所示，本实用新型无刷风扇转速控制电路装置，其构造主要包括有一侦错单元10及一线性转速控制单元20，该线性转速控制单元20输出端并通过一晶体管Q1以驱动风扇FAN，其中：

该侦错单元10，是由风扇FAN处取得其转速信号Tacho，又由一温度感测电路30检知风扇设置处的环境温度，其中风扇转速信号Tacho可由风扇FAN直接取得，目前新型的无刷风扇均拉出设有一条信号线，可产生代表风扇转速的方波信号，而侦错单元10通过该风扇转速信号Tacho的检知，即可判断风扇FAN转速是否正常，或是否因机械卡死而停止运转。

又前述温度感测电路30，是以负温度系数热敏电阻RT与一电阻R1串接，并以二者的接线处连接至侦错单元10的输入端，供侦错单元10判断风扇FAN所在处的环境温度是否太高，散热效能是否不足。

而前述温度感测电路30的工作原理，主要是提供一随温度上升而升高的温度电压VR1，当温度升高时，热敏电阻RT阻值相对降低，其与电阻R1分压处的温度电压VR1即相对升高，反之，当环境温度下降时，温度电压VR1亦相对降低，该温度电压VR1信号除送至侦错单元10供其判断环境温度是否过高外，亦送至线性转速控制单元20，供控制风扇FAN转速。

又前述侦错单元10如经判断风扇FAN转速或环境温度异常时，即在输出端送出一错误讯息Fault告知使用者，由使用者判断是否应关机作进一步查修。

再者，该线性转速控制单元20，其包括有一逻辑控制器21及一电压移位放大电路22，其中：

该逻辑控制器21，是用以决定风扇转速的控制模式，其输入端分别连接有一外部控制电压FANC及由前述温度感测电路30产生的温度电压VR1，其中外部控制电压FANC并经两分压电阻R2、R3衰减而另提供一输入电压VIN予逻辑控制器21。

该逻辑控制器21的工作原理是，当外加控制电压FANC大于内设的参考电压VR时，风扇FAN转速是随外加控制电压FANC的变化作线性控制，如外加控制电压FANC升高，风扇FAN转速即变快，反之，若外加控制电压FANC降低，则风扇FAN转速亦趋缓。

再者，如环境温度因外部控制电压FANC控制不当而升高时，由温度感测电路30产生的温度电压VR1亦将升高，当温度电压VR1高于逻辑控制器21内设的参考温度电压VT时，则不再根据外部控制电压FANC的变化以调节风扇FAN的转速，而由逻辑控制器21通过电压移位放大电路22使风扇FAN以全速运转，直到温度电压VR1远小于参考温度电压VT为止，才恢复由根据外部控制电压FANC的变化调节风扇FAN的转速。

请参阅图2所示，是关于电压移位放大电路22的详细电路，其包括有电压转换电流VI及电流转换电压IV两大部分，其中：

该电压转换电流VI部分，包括有一运算放大器OP1、四组晶体管M1～M4及电阻R4等，其中该运算放大器OP1正端输入是连接输入电压VIN，负端输入连接至电阻R4与晶体管M1间，其输出端则连接于晶体管M1的闸极，再者，该晶体管M2、M3是构成一电流镜射电路；

该电流转换电压IV部分，包括有一晶体管M5、一电阻R5及一运算放大器OP2等，其中，该晶体管M5是与前述电晶体M4构成另一电流镜射电路；该运算放大器OP2正端输入是连接至电阻R5与晶体管M5泄极间，其负端输入是连接系统提供的起动参考电压VS，其输出端则连接至晶体管Q1，供驱动风扇FAN。

前述电路是用以将输入电压转换成电流后，再将电流转换成所需的电压，其中经由逻辑控制器21送出的输入电压VIN是由运算放大器OP1正端输入送入，其输出端产生的电压VA经由晶体管M1、M2及电阻R4转换成电流I4，该电流I4经由晶体管M2、M3及M4、M5构成的电流镜射电路、电阻R5、晶体管Q1及运算放大器OP2的作用，使其与流经电阻R5的电流I5成正比，因此，输出电压OUT即等于电阻R5上的电压降VR5加上起动参考电压VS，亦即

输出电压OUT＝VR5+VS

由于电流I5与I4成正比，I4又等于 因此输出电压OUT表示成：

输出电压

其中，K，K1为常数，K1由晶体管M2～M5所构成电流镜射电路的比例决定，故

而

借此，即得到了一随输入电压VIN作线性变化，而位移量为起动参考电压VS的输出电压OUT。

因而，当外部控制电压FANC升高时，输出电压OUT即相对升高，风扇FAN转速亦变快，反之，如外部控制电压FANC下降时，则输出电压OUT亦相对降低，风扇FAN转速亦趋缓。故利用前述设计可由系统提供的外部控制电压FANC控制风扇转速。

至于连接风扇FAN的晶体管Q1可由NPN、PNP、NMOS、PMOS或其他形式的晶体管构成，其主要作用在于与电压移位放大电路20构成回路，以便提供适当的电压及电流给予风扇FAN。

请再参阅图3所示，其是揭露前述电路中外部控制电压FANC与输出电压OUT间的相对关系图，当外部控制电压FANC低于参考电压VR时，则输出电压OUT为零，此时风扇FAN为关闭状态；待外部控制电压FANC位于参考电压VR与输入参考电压VINmax之间，则输出电压OUT呈现线性变化，其上、下限分别为OUTmax及OUTmin，当输入电压VIN愈高，输出电压OUT即相对愈高，而当输入电压VIN超过VINmax时，则输出电压OUT维持在最高电压OUTmax。

由图3可明显看出，本实用新型是在特定工作区间可使风扇转速随外部控制电压的大小而呈线性变化。

由上述可知，本实用新型提供了两种风扇转速的控制模式，其一由温度控制风扇的转速，另一则由可变的外部控制电压控制风扇转速高低，该两种控制模式的切换是由线性转速控制单元的逻辑控制器判断选择的，一般工作状态是以外部控制电压控制风扇转速，令其配合系统的实际工作状况，在工作频率高时提高散热风量，工作频率低时则相对降低散热风量，以此，不仅可有效提升散热效率、减少不必要的电力浪费，更可降低风扇运转时产生的噪音，而获致理想的散热管理的效果。

而当外部控制电压控制不当，造成环境温度上升时，则由前述逻辑控制器切换控制模式，使风扇以全速运转，直至温度大幅下降为止。

除此之外，本实用新型还可提供一侦错功能，其分别针对风扇转速正常与否及环境温度是否过高进行监控，当风扇被锁死而停止运转或温度过高时，侦错单元将送出一错误讯息通知使用者，由其选择适当的相应措施。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1、一种无刷风扇转速控制电路装置，其包括有一侦错单元及一线性转速控制单元，其特征在于：

该侦错单元，分别与风扇转速信号及一温度感测电路连接，以分别根据风扇转速及温度等条件，判断风扇是否锁死或温度过高，并送出一警告信号通知使用者，而供使用者判断是否应关机检修；

该线性转速控制单元，包括有一电压移位放大电路。

2、根据权利要求1所述的无刷风扇转速控制电路装置，其特征在于所述的线性转速控制单元进一步包括有一逻辑控制器，其输出端与电压移位放大电路连接，输入端则分别与温度感测电路及可变的外部控制电压连接，借以切换由温控或外部控制模式控制风扇转速。

3、根据权利要求1或2所述的无刷风扇转速控制电路装置，其特征在于所述的温度感测电路是由一负温度系数热敏电阻与一电阻串接后，以产生一随温度高低变化而升降的温度电压，该温度电压是分别连接予侦测单元及逻辑控制器。

4、根据权利要求1所述的无刷风扇转速控制电路装置，其特征在于所述的可变的外部控制电压又经设有两分压电阻衰减产生一输入电压供应予线性转速控制单元。

5、根据权利要求1所述的无刷风扇转速控制电路装置，其特征在于所述的电压移位放大电路包括有电压转换电流及电流转换电压两部分，其中：

该电压转换电流部分，包括有一运算放大器OP1、四组晶体管M1ˉM4及电阻R4等，其中，该运算放大器负端输入连接至电阻R4与晶体管M1间，其输出端则连接于晶体管M1上，两晶体管M2、M3则构成一电流镜射电路；

该电流转换电压部分，包括有一晶体管M5、一电阻R5及一运算放大器OP2等，其中，该晶体管M5是与前述晶体管M4构成另一电流镜射电路；该运算放大器OP2正端输入是连接至电阻R5与晶体管M5泄极间，其负端输入是连接由系统提供的起动参考电压VS，其输出端则连接至晶体管Q1，以驱动风扇。

6、根据权利要求5所述的无刷风扇转速控制电路装置，其特征在于所述的与风扇连接的晶体管Q1可由NPN、PNP、NMOS、PMOS结构形式的晶体管构成。

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