JP3773245B2

JP3773245B2 - Fan drive control circuit

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Publication number: JP3773245B2
Application number: JP2002270239A
Authority: JP
Inventors: 廣東田
Original assignee: ケル株式会社
Priority date: 2002-09-17
Filing date: 2002-09-17
Publication date: 2006-05-10
Anticipated expiration: 2022-09-17
Also published as: JP2004112892A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器等の発熱対策に利用される冷却用ファンのファン駆動制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報通信技術の進展により、電子回路を利用した電子機器はあらゆる分野で利用されているが、処理能力の向上に合わせて電子回路の使用電力量は増大している。低消費電力の電子素子や中央演算処理装置等も研究・開発されているが、電子機器の小型化・高密度化にともない、電子回路による発熱対策を行い電子機器の温度上昇を抑えることは、安定動作をさせる上で非常に重要な問題となっている。
【０００３】
電子機器の発熱を抑える手段として冷却用ファンが用いられており、直流電圧で動作するものが多く使用されている。冷却用ファンは、プロペラを直流モータで回転させて空気の流れを作り、電子機器内部と外部の空気を循環させて熱を排気したり、消費電力が大きいため発熱する素子（中央処理装置等）に直接送風して冷却するものであるが、プロペラの回転による回転音や風切音等の騒音や震動が発生する。従来、電子機器の多くは専用の機械室等に設置されていたため、この騒音や震動は特に問題では無かったが、パーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」と呼ぶ）や通信機器等の普及により一般の事務室や家庭に設置されるようになり騒音・震動対策が必要となっている。
【０００４】
また、機器の小型化にともない持ち運んで利用する携帯型の電子機器（例えばノート型のパソコン）が増えており、これらの電子機器はバッテリで駆動するように構成されている。この携帯型電子機器においても冷却ファンは利用されており、この冷却ファンを駆動することによりバッテリの電力を消費する。ところが、バッテリは限られた電力しか蓄積できないため、バッテリの電力を有効利用して、駆動時間を長くする必要があることから、冷却ファンを含めて携帯型電子機器を構成する電子回路の消費電力を抑えることが重要となっている。
【０００５】
直流電圧で動作する冷却ファンは、電圧を制御するとプロペラの回転速度（回転数）が印加された電圧に比例して変化する性質を有している（回転速度が変化するとこのプロペラで発生する風量もそれに比例して変化する）。このため、この性質を利用して、冷却ファンの静粛性（駆動音、風切音や震動を抑える）や省エネルギー性（消費電力を抑える）を向上させる方法として、電子機器内部の温度状態によって供給する電圧を制御して冷却ファンのプロペラの回転速度を変化させたり、不要な場合は停止するという方法が取られたファン駆動制御回路が用いられている（例えば、非特許文献１参照）。以下、ファン駆動制御回路の従来例について図８〜図１０を用いて説明する。
【０００６】
図８は、温度検出器で検出した温度により冷却ファンに供給する電圧を制御して冷却ファン５４のプロペラの回転速度を変化させるファン駆動制御回路５０の例である。ファン駆動制御回路５０は、周囲温度に対応した温度対応電圧Ｖｔを出力する温度検出器５１と、設定温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧回路５２と、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆを比較してその電圧の差を増幅し冷却ファン５４の駆動電圧として出力する増幅回路５３と、出力電圧が＋Ｖ１の第１の電源５５と、出力電圧が＋Ｖ２の第２の電源５６とから構成されている。
【０００７】
温度検出器５１は温度が低い時は温度対応電圧Ｖｔが低く、温度の上昇に合わせて温度対応電圧Ｖｔが増加するように構成されている。基準電圧回路５２は、第１の電源５５から抵抗Ｒ５１、抵抗Ｒ５２の順に直列に接続され、抵抗Ｒ５２の一端が接地されて構成されており、第１の電源５５の電圧＋Ｖ１をこの抵抗Ｒ５１，Ｒ５２で分圧し、抵抗Ｒ５１，Ｒ５２の接続点にある出力端から、抵抗Ｒ５２の電圧を設定温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆとして出力するように構成されている。
【０００８】
また、増幅回路５３は、演算増幅器Ｕ５１と、ＮＰＮ型トランジスタＱ５１と、抵抗Ｒｆ５０，Ｒ５３，Ｒ５４とから構成されている。演算増幅器Ｕ５１は、第２の電源５６が正電源端子に接続され、負電源端子が接地されており、出力端子が抵抗Ｒ５４を介してトランジスタＱ５１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ５１は、抵抗Ｒ５３で第２の電源５６がベースにかけられ、コレクタが第２の電源５６に接続されたエミッタ接地の増幅回路を構成している。なお、トランジスタＱ５１のエミッタから抵抗Ｒｆを介して演算増幅器Ｕ５１の逆相入力端子に負帰還されている。この演算増幅器Ｕ５１の正相入力端子に温度検出器５１が接続され、逆相入力端子に基準電圧回路５２の出力端が接続されるとともに、トランジスタＱ５１のエミッタに冷却ファン５４の電源供給端子の一端が接続され、冷却ファン５４の電源供給端子の他端が接地される。
【０００９】
このトランジスタＱ５１は増幅回路５３の出力を冷却ファン５４の駆動電源として供給するための電流バッファ用の増幅回路として働いているため、演算増幅器Ｕ５１が冷却ファン５４を駆動するために十分な電流出力を有していれば、トランジスタＱ５１および抵抗Ｒ５３で構成される増幅回路および演算増幅器Ｕ５１とこの増幅回路を接続する抵抗Ｒ５４は不要である。したがって、増幅回路５３は演算増幅器Ｕ５１とトランジスタＱ５１を組み合わせて大出力電流タイプの反転増幅器を構成しており、温度対応電圧Ｖｔの基準電圧Ｖｒｅｆからの変化分に比例した電圧を冷却ファン５４に供給している。
【００１０】
このような構成によると、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差が増幅回路５３で増幅されて冷却ファン５４に供給されるため、温度検出器５１の周囲温度に合わせて冷却ファン５４に供給される電圧が制御され、このため冷却ファン５４の回転速度が制御される。ここで、抵抗Ｒ５１，Ｒ５２，Ｒｆ５０は冷却ファン５４に印加される電圧のオフセットおよび温度検出器５１から出力される温度対応電圧Ｖｔの変化に対するゲイン設定用であり、また、増幅回路５３を構成する抵抗Ｒ５４は、トランジスタＱ５１のベースへ過度の電流が供給されないようにすると同時に演算増幅器Ｕ５１の出力へ過度の電流が流入するのを制限するための電流制限抵抗である。
【００１１】
図９は、温度検出器６１で検出した温度により冷却ファン６４に供給する電源をオン／オフするファン駆動制御回路６０を示している。ファン駆動制御回路６０は、周囲温度に対応した温度対応電圧Ｖｔを出力する温度検出器６１と、設定温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧回路６２と、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆを比較して冷却ファン６４に供給する電源をオン／オフする電源制御回路６３と、出力電圧が＋Ｖ１の第１の電源６５と、出力電圧が＋Ｖ２の第２の電源６６とから構成されている。温度検出器６１と基準電圧回路６２は上述の温度検出器５１および基準電圧回路５２と同様の構成および動作である。
【００１２】
電源制御回路６３は、コンパレータＵ６１と、ＰＮＰ型トランジスタＱ６１と、抵抗Ｒ６３，Ｒ６４と、ダイオードＤ６２とから構成されている。コンパレータＵ６１は、第２の電源６６が正電源端子に接続され、負電源端子が接地されており、出力端子が抵抗Ｒ６４を介してトランジスタＱ６１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ６１は、抵抗Ｒ６３で第２の電源６６がベースにかけられ、エミッタが順方向に接続されたダイオードＤ６２（トランジスタＱ６１のエミッタにダイオードＤ６２のカソードが接続されている）を介して第２の電源６６に接続されており、コレクタ接地の増幅回路を構成している。この電源制御回路６３のコンパレータＵ６１の正相入力端子に基準電圧回路６２の出力端が接続され、逆相入力端子に温度検出器６１が接続されるとともに、トランジスタＱ６１のコレクタに冷却ファン６４の電源供給端子の一端が接続され、冷却ファン６４の電源供給端子の他端が接地される。
【００１３】
このような構成によると、温度検出器６１の温度対応電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｒｅｆより低い時（温度が低い時）には、コンパレータＵ６１の出力は高い電圧（正電源端子に印加された第２の電源６６の電圧＋Ｖ２とほぼ等しいか、それより少し低い値）となりトランジスタＱ６１のベースに印加されるため、ベース電流が流れず、トランジスタＱ６１はオフ状態となるため、エミッタ−コレクタ間には電流が流れず冷却ファン６４に電源は供給されない。また、温度検出器６１の温度対応電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｒｅｆ以上の時（温度が高い時）にはコンパレータＵ６１の出力は低い電圧（負電源端子が接地されているためほぼ０Ｖ）となり、その電圧がトランジスタＱ６１のベースに印加されるため、ベース電流が流れ、トランジスタＱ６１がオン状態となるため、エミッタ−コレクタ間に電流が流れ、冷却ファン６４に電力が供給される。このようにトランジスタＱ６１はコンパレータＵ６１の出力により冷却ファン６４に供給する電源をオン／オフするスイッチの働きをする。
【００１４】
なお、抵抗Ｒ６４はコンパレータＵ６１の出力およびトランジスタＱ６１のベースに過度に電流が流れないようにする電流制限抵抗である。また、抵抗Ｒ６３はコンパレータＵ１の出力がオープンにならなければ無くても良い。ダイオードＤ６２は、コンパレータＵ６１の出力電圧がトランジスタＱ６１を完全にオフするベース電圧になるようにオフセットを加えるためであり、トランジスタＱ６１の本来のベース−エミッタ間電圧に、ダイオードＤ６２の順方向降下電圧を加えた値を、コンパレータＵ６１から見たトランジスタＱ６１のベース−エミッタ間電圧とすることにより、コンパレータＵ６１の出力電圧が第２の電源６６の出力電圧＋Ｖ２より少し低い値でもトランジスタＱ６１を完全にオフできるようにするものである。よって、コンパレータＵ６１の出力が正電源端子に加えられた第２の電源６６の出力電圧＋Ｖ２まで出力することが可能であるならば（Ｒａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌのコンパレータであるならば）ダイオードＤ６２は無くても良いし、コンパレータＵ６１の最大出力電圧の特性によってはダイオードＤ６２を増やす必要がある。
【００１５】
図１０は、温度検出器７１により検出した温度により、冷却ファン７４の回転速度を低速回転と高速回転の２段階に制御するファン駆動制御回路７０を示している。ファン駆動制御回路７０は、周囲温度に対応した温度対応電圧Ｖｔを出力する温度検出器７１と、設定温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧回路７２と、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆを比較して冷却ファン７４の駆動電源の出力電圧を２段階に制御する電源制御回路７３と、出力電圧が＋Ｖ１の第１の電源７５と、出力電圧が＋Ｖ２の第２の電源７６とから構成されている。温度検出器７１と基準電圧回路７２は上述の温度検出器５１および基準電圧回路５２と同様の構成および動作である。
【００１６】
電源制御回路７３は、コンパレータＵ７１と、ＰＮＰ型トランジスタＱ７１と、抵抗Ｒ７３，Ｒ７４と、ダイオードＤ７２とツェナダイオードＤｚ７０とから構成されている。コンパレータＵ７１は、第２の電源７６が正電源端子に接続され、負電源端子が接地されており、出力端子が抵抗Ｒ７４を介してトランジスタＱ７１のベースに接続されている。また、トランジスタＱ７１は、抵抗Ｒ７３で第２の電源７６がベースにかけられ、エミッタが順方向に接続されたダイオードＤ２（トランジスタＱ７１のエミッタにダイオードＤ２のカソードが接続されている）を介して第２の電源７６に接続されており、コレクタ接地の増幅回路を構成している。また、トランジスタＱ７１のコレクタ−エミッタ間にコレクタ側がアノードとなるようにツェナダイオードＤｚ７０が接続されている。この電源制御回路７３のコンパレータＵ７１の正相入力端子に基準電圧回路７２の出力端が接続され、逆相入力端子に温度検出器７１が接続されるとともに、トランジスタＱ７１のコレクタに冷却ファン７４の電源入力端子の一端が接続され、冷却ファン７４の電源入力端子の他端が接地される。
【００１７】
このような構成によると、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差とトランジスタＱ７１のオン／オフの関係は上述のファン駆動制御回路６０と同様になる。よって、温度対応電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｒｅｆより低い時は、トランジスタＱ７１はオフ状態であり、冷却ファン７４には、第２の電源７６の電圧＋Ｖ２よりダイオードＤ７２とツェナダイオードＤｚ７０の電圧降下分だけ低い電圧が印加されているため、低速で回転する。一方、温度対応電圧Ｖｔが基準電圧Ｖｒｅｆ以上の時は、トランジスタＱ７１はオン状態であり、冷却ファン７４に印加される電圧は第２の電源７６の電圧＋Ｖ２からダイオードＤ７２の電圧降下とトランジスタＱ７１のエミッタ−コレクタ間電圧の和だけ低い電圧となるが、トランジスタＱ１がオン状態のときはエミッタ−コレクタ間電圧は小さい（理想的には０Ｖ）ため、冷却ファン７４は高速で回転する。なお、抵抗Ｒ７３，Ｒ７４の用途については、上述の従来例と同様である。
【００１８】
【非特許文献１】
インテル株式会社、"NLX Electrical Design Suggestions Version 1.2"、米国、１９９８年７月、ｐ．２７
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、アナログ素子を用いた従来のファン駆動制御回路では、図８に示したファン駆動制御回路５０が温度に比例して冷却ファンの回転速度を変化させるだけの動作をし、図９に示したファン駆動制御回路６０が温度に対応して冷却ファンへの供給電圧をオン／オフするだけの動作をし、あるいは、図１０に示したファン駆動制御回路７０が温度に対応して冷却ファンの回転速度を低速／高速の２段階で切り替えるだけの動作をするため、いずれか一つの動作をする回路しか無く、きめ細かい冷却ファンの制御を行うことはできなかった。また、ディジタル回路でファン駆動制御回路を構成して冷却ファンをきめ細かく制御する方法もあるが、回路が複雑で且つ製造コストが高くなるため、適用範囲が限定されてしまうという問題もあった。
【００２０】
しかしながら、電子機器の普及が拡大している現状では、冷却ファンの静粛性や省エネルギー性の向上に対する要求は大きくなっており、冷却ファンによる冷却が不要な時には電源をオフし、必要なときでも必要最低限の動作をするように制御を行うファン駆動制御回路を安価に提供する必要がある。
【００２１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、冷却ファンの駆動制御をきめ細かく行うことにより、冷却ファンの静粛性と省エネルギー性を向上させたファン駆動制御回路を安価に提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係るファン駆動制御回路は、周囲温度に対応してその抵抗値が変化する温度検出素子（例えば、実施形態におけるサーミスタＲｔ）を有しこの温度検出素子の抵抗値に対応する温度対応電圧を出力する温度検出回路と、設定温度に対応する基準電圧を出力する基準電圧回路と、温度対応電圧と基準電圧とを比較してその差を増幅する増幅回路とから構成され、この増幅回路の出力によりファン（例えば、実施形態における冷却ファン５）を駆動するものであり、増幅回路が、入力端子に温度検出回路の出力端および基準電圧回路の出力端が接続され、温度対応電圧と基準電圧とを比較してその差を増幅して出力端子から出力する演算増幅器と、この演算増幅器の出力端子にベースが接続され、電源（例えば、実施形態における第２の電源７）にエミッタが接続され、ファンにコレクタが接続されたトランジスタと、トランジスタのコレクタにアノードが接続され、演算増幅器の入力端子にカソードが接続されたダイオード（例えば、実施形態におけるダイオードＤ１）を有し、トランジスタのコレクタからの出力を演算増幅器の入力端子に負帰還する帰還回路とから構成する。
【００２３】
このような構成によると、周囲温度が設定温度より低い場合は、演算増幅器の出力がトランジスタをオフして電源とファンとを切断するとともに、ダイオードに逆方向電圧が印加されて帰還回路がオフされるため、演算増幅器の出力がトランジスタをオフしている状態を維持する。また、周囲温度が設定温度以上の場合は、演算増幅器の出力がトランジスタをオンして電源とファンとを接続するとともに、ダイオードに順方向電圧が印加されて帰還回路がオンされることにより負帰還が働き、増幅回路により周囲温度に比例してファンに印加される電圧を変化させることができるので、周囲温度に比例した回転速度でファンを駆動することができる。このため、周囲温度が低くファンを駆動する必要のない場合は電源供給をオフしてファンを停止し、周囲温度が上がってファンを駆動する必要がある場合は、ファンに電源を供給してファンを駆動するとともに、その温度に応じた風量となるように供給電圧を調整してファンの回転数を制御するため、ファンの駆動による静粛性と省エネルギー性を向上することができる。
【００２４】
なお、基準電圧回路が、増幅回路によりファンに電源から電力が供給されているときに、基準電圧を下げて設定温度を下げるヒステリシス回路を有することが好ましい。このような構成によると、周囲温度が上昇しファンに電源が供給された瞬間に設定温度が下がるため、周囲温度が設定温度近傍にある時でもノイズ等の影響を除き、確実にファンに電源を供給することができる。
【００２５】
また、帰還回路が、ダイオードと演算増幅器の入力端子との間に、ダイオードのカソードにカソードが接続され、入力端子にアノードが接続されたツェナダイオードを有することが好ましい。このような構成によると、ファンに印加される電圧を基準電圧よりもツェナダイオードの降伏電圧の分だけ高い電圧とすることできるため、ファンの動作範囲の仕様が基準電圧よりも高い場合でもこのファンを動作させることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本発明に係るファン駆動制御回路が適用されるファンユニット１２について図２及び図３を用いて説明する。図２は本発明に係るファン駆動制御回路が搭載された基板１０とこの基板１０に接続される冷却ファン５及び電源ケーブル１１を示している。基板１０には後述するファン駆動制御回路が搭載されており、図２ではそのうち、サーミスタＲｔだけを図示している。また、基板１０には冷却ファン５の電源供給端子５ａと接続するためのソケット１０ａと、電源ケーブル１１の端子１１ａと接続するためのソケット１０ｂとが設けられている。この実施例ではサーミスタＲｔを基板１０に配設しているが、他の測定点までリードを引き出して配設することも可能である。
【００２７】
図３は、本発明に係るファン駆動制御回路が搭載された基板１０をファンユニット１２に搭載した場合を示している。図３（Ａ）に示す通り、ファンユニット１２は、基板１０と冷却ファン５及び電源ケーブル１１が一体に配設されており、図３（Ｂ）に示すように、例えばラック１３に実装して使用される。図３（Ａ）において、電源ケーブル１１にはユニット着脱用コネクタ１１ｂが配設されており、ラック等に実装したときに、このユニット着脱用コネクタ１１ｂからファンユニット１２に電源が供給される。また、図３（Ｂ）はラック１３に対して４組のファンユニット１２（１２ａ〜１２ｄ）を実装した場合を示している。なお、本実施例ではラック１３に実装するためのファンユニット１２に本発明に係るファン駆動制御回路を適用した場合について説明したが、本発明がこの形態に限定されるわけではない。
【００２８】
【実施例】
次に、図面を用いてファン駆動制御回路の実施例について説明を行う。
【００２９】
【第１実施例】
図１は本発明に係るファン駆動制御回路の第１実施例の構成を示す回路図である。ファン駆動制御回路１は、周囲温度に対応した温度対応電圧Ｖｔを出力する温度検出回路２と、設定温度に対応した基準電圧Ｖｒｅｆを出力する基準電圧回路３と、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆを比較してその差を増幅する増幅回路４と、出力電圧＋Ｖ１の第１の電源６と、出力電圧＋Ｖ２の第２の電源７とから構成されており、増幅回路４の出力が電源として冷却ファン５に供給されている。
【００３０】
温度検出回路２はサーミスタＲｔと抵抗Ｒｂを直列に接続して構成されており、サーミスタＲｔの一端が第１の電源６に接続され、抵抗Ｒｂの一端が接地されており、サーミスタＲｔと抵抗Ｒｂの接続点に出力端２ａがあり、この出力端２ａから抵抗Ｒｂの電圧をサーミスタの周囲温度に対応した温度対応電圧Ｖｔとして出力する。サーミスタとは、マンガン、コバルト等の酸化物をいくつか組み合わせて、１５００℃程度の高温で焼き固めて作った半導体であり、この半導体の抵抗値が温度によって大きく変化する性質を利用して温度測定回路等に利用される素子である。一般的には温度上昇に対して抵抗値が下がる負性抵抗サーミスタが利用されており、抵抗と同等に扱え、取り扱いが容易である。
【００３１】
ここで、温度検出回路２から出力される温度対応電圧Ｖｔについて、図４を用いて説明する。図４（Ａ）は図１に示した温度検出回路２と同じものであり、この温度検出回路２の出力端２ａを開放した時の出力電圧Ｖｓとこの出力端２ａから見た回路の抵抗Ｒｓは次式（１），（２）のようになる。
【００３２】
【数１】
Ｖｓ＝＋Ｖ１・Ｒｂ／（Ｒｔ＋Ｒｂ） … （１）
Ｒｓ＝Ｒｔ・Ｒｂ／（Ｒｔ＋Ｒｂ） … （２）
【００３３】
よって、テブナンの定理より、図４（Ａ）の温度検出回路２は図４（Ｂ）の等価回路２′に置き換えることができ、サーミスタＲｔに上述の負性抵抗サーミスタを利用した場合、温度が上昇するとサーミスタＲｔの抵抗値が下がり式（１）よりＶｓが上昇するため、温度が上昇すると温度対応電圧Ｖｔが上昇する温度検出回路２とすることができる。なお、温度検出回路２のサーミスタＲｔと抵抗Ｒｂを入れ替えると、温度が上昇すると温度対応電圧Ｖｔが下降するように構成でき、そのような構成の温度検出回路に対応したファン駆動制御回路を実現できることは言うまでもない。また、本実施例では、サーミスタＲｔを利用して温度検出回路２を構成しているが、本発明がこの素子に限定されるものではなく、温度の変化によってその抵抗値が変化する素子または出力電圧が変化する回路であれば、温度検出回路２として利用することができる。
【００３４】
基準電圧回路３は、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２を直列に接続して構成されており、抵抗Ｒ１の一端が第１の電源６に接続され、抵抗Ｒ２の一端が接地されており、抵抗Ｒ１，Ｒ２の接続点に出力端３ａがあり、第１の電源６の電圧＋Ｖ１を抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧して、この出力端３ａから抵抗Ｒ２の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。この基準電圧回路３の出力端３ａを開放した時の電圧Ｖｒと出力端３ａからみた抵抗Ｒｒは次式（３），（４）で表され、温度検出回路２と同様にテブナンの定理より電圧Ｖｒと抵抗Ｒｒで等価回路に置き換えることができる（図示せず）。
【００３５】
【数２】
Ｖｒ＝＋Ｖ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） … （３）
Ｒｒ＝Ｒ１・Ｒ２／（Ｒ１＋Ｒ２） … （４）
【００３６】
基準電圧回路３から出力される基準電圧Ｖｒｅｆは、ファン駆動制御回路１において、冷却ファン５を起動あるいは停止させる温度に対応した電圧であり、冷却ファン５の駆動を開始させたい温度（この温度を、以降では「設定温度」と呼ぶ）における温度検出回路２の温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆが同じ値になるように抵抗Ｒ１，Ｒ２の値を調整して決める。
【００３７】
増幅回路４は、演算増幅器Ｕ１と、ＰＮＰ型トランジスタＱ１と、抵抗Ｒｆ，Ｒ３，Ｒ４と、コンデンサーＣｆと、ダイオードＤ１，Ｄ２と、ツェナダイオードＤｚとから構成されている。演算増幅器Ｕ１は正電源端子が第２の電源７に接続され、負電源端子が接地されている。演算増幅器Ｕ１の正相入力端子には基準電圧回路３の出力端３ａが接続されており、逆相入力端子には温度検出回路２の出力端２ａが接続されており、出力端子は抵抗Ｒ４を介してトランジスタＱ１のベースに接続されている。また、コンデンサーＣｆが演算増幅器Ｕ１の逆相入力端子と出力端子をつないで接続されている。ここで、抵抗Ｒ４は演算増幅器Ｕ１の出力端子およびトランジスタＱ１のベースに過度の電流が流れないようにするための電流制限抵抗であり、コンデンサーＣｆは、演算増幅器Ｕ１とトランジスタＱ１の組み合わせによる位相まわりにより発振現象が起こる場合の位相補償を行うための位相補償コンデンサである。演算増幅器Ｕ１の位相余裕が十分にあり、トランジスタＱ１の位相まわりに対しても発振する条件の帰還にならなければコンデンサＣｆは無くても良い。
【００３８】
トランジスタＱ１のベースには第２の電源７が抵抗Ｒ３を介して接続され、エミッタには第２の電源７がダイオードＤ２を介して接続され、コレクタは冷却ファン５の電源入力端子の一端に接続されており、これらの素子でエミッタ接地の増幅器を形成している。なお、冷却ファン５の電源入力端子の他端は接地されており、ダイオードＤ２は、そのカソードがトランジスタＱ１のエミッタに接続される向きで配置されている。ここで、抵抗Ｒ３はトランジスタＱ１のベースに加えるバイアス用であり、演算増幅器Ｕ１の出力がオープンにならなければ無くても構わない。また、ダイオードＤ２は、演算増幅器Ｕ１の出力電圧がトランジスタＱ１を完全にオフするベース電圧になるようにオフセットを加えるためであり、トランジスタＱ１の本来のベース−エミッタ間電圧に、ダイオードＤ２の順方向降下電圧を加えた値を、演算増幅器Ｕ１から見たトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧とすることにより、演算増幅器Ｕ１の出力電圧が第２の電源７の電圧＋Ｖ２より少し低い値でもトランジスタＱ１をオフできるようにするものである。よって、演算増幅器Ｕ１の出力が正電源端子に加えられた第２の電源７の電圧＋Ｖ２まで出力することが可能であるならば（Ｒａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌの演算増幅器であるならば）、ダイオードＤ２は無くても良いし、演算増幅器Ｕ１の最大出力電圧の特性によってはダイオードＤ２を増やす必要がある
【００３９】
そして、トランジスタＱ１のコレクタと演算増幅器Ｕ１の正相入力端子をつなぐように帰還回路４ａが接続されており、帰還回路４ａはトランジスタＱ１のコレクタ側から順に、ダイオードＤ１と抵抗ＲｆとツェナダイオードＤｚが直列に接続されている。なお、ダイオードＤ１はトランジスタＱ１の出力を演算増幅器Ｕ１の正相入力端子に帰還する方向が順方向となるように接続（ダイオードＤ１のアノードがトランジスタＱ１のコレクタに接続）されており、ツェナダイオードＤｚはそのアノードが演算増幅器Ｕ１の正相入力端子に接続されている。ＰＮＰ型トランジスタＱ１をエミッタ接地の増幅器として構成しているため、トランジスタＱ１のベース電圧を制御してこのトランジスタＱ１をオン／オフすることにより冷却ファン５へ供給する電源のオン／オフをするスイッチとして動作させると同時に、トランジスタＱ１がオン状態のときにその出力は反転増幅器と同じく位相が反転した増幅器として働く電流バッファとなる。よって、この増幅器の出力（トランジスタＱ１のコレクタからの出力）を帰還回路４ａで演算増幅器Ｕ１の正相入力端子に負帰還させることにより、増幅回路４は、演算増幅器Ｕ１とトランジスタＱ１を合わせて大出力電流タイプの反転増幅器として動作するため、トランジスタＱ１がオン状態で、冷却ファン５に電源が供給されているときは、温度検出器２の温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差に比例し、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｆで設定された増幅度で出力された電圧が冷却ファン５に供給される。
【００４０】
以上のように構成されたファン駆動制御回路１において、サーミスタＲｔの周囲温度が設定温度より低い場合は、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差が正となるため、演算増幅器Ｕ１の出力は高い電圧（正電源端子に印加された第２の電源７の出力電圧＋Ｖ２とほぼ等しいかそれより少し低い値）となりトランジスタＱ１のベースに印加されるため、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間の電位差が無くなり、トランジスタＱ１のベースに電流が流れず、トランジスタＱ１はオフの状態となる。そのため、エミッタ−コレクタ間にも電流が流れず、冷却ファン５に電源が供給さないため停止した状態となる（すなわち、第２の電源７と冷却ファン５が切断される）。なお、トランジスタＱ１がオフの状態のときは、帰還回路４ａにも電流が流れないため、帰還回路４ａを経由した負帰還が働かず、演算増幅器Ｕ１はいわゆるコンパレータとして動作するので、演算増幅器Ｕ１の出力は上述の高い電圧を維持する。また、帰還回路４ａのダイオードＤ１は、トランジスタＱ１がオフの状態のときに、このダイオードＤ１に逆方向電圧がかかるため基準電圧回路３から冷却ファン５に向かって流れようとする電流を阻止するため、基準電圧回路３からこの帰還回路４ａを経由して冷却ファン５に電源が供給されるのを防いでいる。また、このダイオードＤ１が無い場合に、帰還回路４ａに電流が流れると、基準電圧回路３の出力電圧Ｖｒｅｆが変動するため、基準電圧として利用することができなくなるので、ダイオードＤ１は、この基準電圧Ｖｒｅｆの変動を防ぐためにも挿入されている。
【００４１】
サーミスタＲｔの周囲温度が上昇し設定温度と等しくなると、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差が０Ｖとなるため、演算増幅器Ｕ１の出力電圧は下がり基準電圧Ｖｒｅｆと同じ電圧が出力される。このため、トランジスタＱ１のベース−エミッタ間に電位差が生じ、トランジスタＱ１のベースに電流が流れてオン状態となり、エミッタ−コレクタ間にも電流が流れて冷却ファン５に電源が供給される（すなわち、第２の電源７と冷却ファン５が接続される）。また、トランジスタＱ１がオン状態になると、ダイオードＤ１に順方向電圧が加わるため帰還回路４ａにも電流が流れ、増幅回路４は上述の通り反転増幅器として動作する。そのため、サーミスタＲｔの周囲温度が設定温度以上になり、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差が０Ｖまたは負となるときは、温度対応電圧Ｖｔと基準電圧Ｖｒｅｆの差に比例して増幅された電圧が冷却ファン５に供給されるため、サーミスタＲｔの周囲温度に比例した回転数で、冷却ファン５を動作させることができる。
【００４２】
なお、帰還回路４ａのツェナダイオードＤｚは、設定温度以上の時に冷却ファン５に印加される電圧の初期値を基準電圧Ｖｒｅｆより高くするためのものである。これは、帰還回路４ａの帰還方向と逆方向にツェナダイオードＤｚが接続されているため、帰還回路４ａに電流が流れ出す電圧は、冷却ファン５に印加される電圧が基準電圧ＶｒｅｆよりもツェナダイオードＤｚの降伏電圧（ツェナ電圧）の分だけ高い値となるときだからである。そのため、ツェナダイオードＤｚは、冷却ファン５の動作範囲の仕様が各種設定上、基準電圧Ｖｒｅｆでは低すぎる場合に付加するものであり、基準電圧Ｖｒｅｆが冷却ファン５の動作範囲内であれば、無くても良い。
【００４３】
増幅回路４を構成するトランジスタＱ１は、ＰＮＰタイプを使用しているが、これは、冷却ファン５への供給電圧を上げて動作範囲を広くするためである。このファン駆動制御回路１においてトランジスタＱ１にＮＰＮタイプのものを使用することも可能であるが、この場合、冷却ファン５へ供給される電圧は、トランジスタＱ１のベースに印加される電圧（演算増幅器Ｕ１の出力電圧）からトランジスタＱ１のベース−エミッタ間電圧だけ低い電圧までしか供給されない。しかし、本実施例のようにＰＮＰタイプのものを使用した場合に冷却ファン５へ供給される電圧は、ダイオードＤ２が不要なＲａｉｌ−ｔｏ−Ｒａｉｌの演算増幅器Ｕ１を使用した場合、第２の電源７の電圧＋Ｖ２からコレクタ−エミッタ間飽和電圧を引いた大きさの電圧まで供給することができ、冷却ファン５の動作範囲を広くすることができる。
【００４４】
以上のように、本第１実施例に係るファン駆動制御回路１は、冷却ファン５の駆動制御をきめ細かく行うことができるため、冷却ファン５の静粛性および省エネルギー性が向上するとともに、このファン駆動制御回路１を構成する部品はいずれも一般に広く普及している入手が容易なアナログ素子であり、回路構成も簡単であるため、安価に製造することが可能である。
【００４５】
【第２実施例】
図５は本発明に係るファン駆動制御回路の第２実施例を示す回路図である。第２実施例におけるファン駆動制御回路１ａは、第１実施例のファン駆動制御回路１を基本回路として、この基本回路であるファン駆動制御回路１の基準電圧回路３にヒステリシス回路３ｂを加え、合わせてスイッチ回路８を加えた構成となっている。よって、第１実施例と同じ、温度検出回路２、増幅回路４および帰還回路４ａについての説明は省略する。なお、ファン駆動制御回路１ａにおいて、冷却ファン５に並列に接続された抵抗ＲＩは、冷却ファン５が接続されていない時に、冷却ファン５への電源供給端が確実に接地されるように挿入しているものであり、基本回路には不要であり省いても良い。
【００４６】
ヒステリシス回路３ｂは、ＮＰＮ型トランジスタＱ２と抵抗Ｒｈ，Ｒ５，Ｒ６とから構成されており、抵抗Ｒ５，Ｒ６を直列に接続し、Ｒ５の一端をトランジスタＱ１のコレクタに接続し、Ｒ６の一端を接地し、抵抗Ｒ５，Ｒ６の接続点をトランジスタＱ２のベースに接続している。そして、トランジスタＱ２のコレクタを抵抗Ｒｈを介して基準電圧回路３の抵抗Ｒ２と並列になるように、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の接続点（出力端）３ａに接続しており、さらに、トランジスタＱ２のエミッタを接地している。
【００４７】
このような構成によると、第１実施例で説明した通り、サーミスタＲｔの周囲温度が設定温度より低い時は、トランジスタＱ１はオフ状態であるため、冷却ファン５に電源は供給されておらず、ヒステリシス回路３ｂのトランジスタＱ２のベースにも電圧は印加されないため、トランジスタＱ２のベース−エミッタ間の電位差は無いため、ベース電流は流れない。そのため、トランジスタＱ２はオフ状態であり、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間に電流が流れないため、抵抗Ｒｈには電流がながれず、よって、基準電圧回路３は抵抗Ｒ１，Ｒ２で分圧され、抵抗Ｒ２の電圧を基準電圧Ｖｒｅｆとして出力する。
【００４８】
そして、サーミスタＲｔの周囲温度が上昇して設定温度以上になると、トランジスタＱ１がオン状態となるため、冷却ファン５に電源が供給され、それによりトランジスタＱ２のベース−エミッタ間に電位差が生じ、抵抗Ｒ５を介してトランジスタＱ２のベースに電流が流れ込みトランジスタＱ２がオン状態となる。なお、抵抗Ｒ６はトランジスタＱ２のベース保護のために使われているが、回路動作としては無くても可能である。トランジスタＱ２がオン状態になると、トランジスタＱ２のコレクタ−エミッタ間に電流が流れ、その結果第１の電源６から抵抗Ｒ１を介して抵抗Ｒｈに電流が流れる。抵抗Ｒｈは基準電圧回路３の抵抗Ｒ２と並列に接続されているため、抵抗Ｒｈで補正された基準電圧Ｖｒｅｆは、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２，Ｒｈで分圧されて、抵抗Ｒ２，Ｒｈの並列回路の電圧となるが、並列に接続された抵抗Ｒ２，Ｒｈの合成抵抗は抵抗Ｒ２より小さい値となるため、補正された基準電圧Ｖｒｅｆは補正される前の基準電圧Ｖｒｅｆより低い値となる。基準電圧Ｖｒｅｆが低くなるということは、冷却ファン５に電源供給を停止する設定温度が低くなるということを意味する。なお、トランジスタＱ２は、上述のように冷却ファン５に電源が供給されたときに、抵抗Ｒｈに電流を流すスイッチとして動作するものであるため、他の構成素子を利用して実現することも可能である。
【００４９】
図５に丸数字１〜４の順番でサーミスタＲｔの周囲温度を上下させた時の冷却ファン５への供給電圧の関係を表した図を示す。このように、温度が上昇して冷却ファン５に電源が供給される時の温度は抵抗Ｒ１，Ｒ２に決まる基準電圧となるが、冷却ファン５に電源が供給されると、抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒｈで決まる基準電圧となるため設定温度が下がり、温度と冷却ファン５に供給される電圧の関係はヒステリシスループを形成する。なお、冷却ファン５に供給される電圧は第２の電源７から供給される出力電圧＋Ｖ２であるため、それ以上の電圧を冷却ファン５に印加することはできない（実際にはダイオードＤ２やトランジスタＱ１等により電圧降下があるため、電圧＋Ｖ２よりも小さい値となる）。
【００５０】
本第２実施例に係るファン駆動制御回路１ａが搭載された電子機器に電源が投入されてサーミスタＲｔの周囲温度が上がり設定温度に達すると、冷却ファン５に電源が供給されて冷却ファン５が駆動されるため空気の流れが発生し、サーミスタＲｔの周囲温度が下がる。このヒステリシス回路３ｂが無い場合、サーミスタＲｔの周囲温度が下がるとすぐに冷却ファン５が停止し、また周囲温度が上昇するというのを繰り返すことがあるため、設定温度近傍では冷却ファン５に供給される電源のオン／オフが頻繁に発生し、動作が不安定となり、ファン駆動制御回路１ａや冷却ファン５の寿命を短くしたり、消費電力が増加するという問題が発生する可能性がある。一方、ヒステリシス回路３ｂが搭載されている場合、設定温度に達して冷却ファン５の電源が投入されると、設定温度が下がるため、サーミスタＲｔの周囲温度が多少変化する程度では冷却ファン５の電源がオン／オフ動作を繰り返すことはなく、安定した動作を行うことができる。
【００５１】
同様に、周囲温度が下がり冷却ファン５への電源供給が止まると、ヒステリシス回路３ｂのトランジスタＱ２はオフ状態となり、設定温度は元の値（基準電圧回路３の抵抗Ｒ１，Ｒ２で決まる値）になるため、電源が切断された温度の近傍で冷却ファン５の電源のオン／オフを繰り返すことはない。このヒステリシス回路３ｂの利点は、正帰還となる端子に帰還させて温度検出回路２の出力に影響を与えるように構成するのではなく、負帰還側にヒステリシス回路３ｂを加えて第１実施例で示した基本回路に影響を与えることなく機能を追加できることにある。このように構成すれば、温度検出回路２の出力である温度対応電圧ＶｔはサーミスタＲｔの抵抗値の変化にのみ対応して出力されるため、この出力を他の回路にも問題なく利用することが可能となる。
【００５２】
なお、トランジスタ（Ｐチャネル型ＭＯＳＦＥＴ）Ｑ３，抵抗Ｒ７，Ｒ８およびスイッチ８ａで構成されたスイッチ回路８は、冷却ファン５に供給する電源を第２の電源７から直接供給するための回路であり、緊急時等の動作として必要であれば追加するものである。スイッチ回路８のトランジスタＱ３は、第２の電源７にそのソースが接続されており（サブストレートはソースに接続）、トランジスタＱ１のコレクタが接続されている冷却ファン５の電源入力端子にトランジスタＱ３のドレインが接続されている。また、抵抗Ｒ７，Ｒ８が直列で接続されており、抵抗Ｒ７の一端が第２の電源７に接続され、抵抗Ｒ８の一端がスイッチ７ａに接続され、抵抗Ｒ７，Ｒ８の接続点がトランジスタＱ３のゲートに接続されている。緊急時やトランジスタＱ１を制御して冷却ファン５に供給される電圧を制御する必要が無い場合に、スイッチ８ａをオンにすると、第２の電源７の電圧＋Ｖ２が抵抗Ｒ７，Ｒ８で分圧され、抵抗Ｒ８の電圧がトランジスタＱ３のゲートに印加されるため、トランジスタＱ３がオン状態となり、冷却ファン５に直接第２の電源７が供給される。なお、トランジスタＱ１がＰＮＰタイプであることから、スイッチ回路８によりトランジスタＱ１に印加される電圧による逆耐圧等を考慮する必要はない。
【００５３】
以上より、第１実施例と同様に、本第２実施例に係るファン駆動制御回路１０は、冷却ファン５の駆動をきめ細かく制御できるとともに、サーミスタＲｔの周辺温度が設定温度近傍であっても、基準電圧回路３にヒステリシス回路３ｂを加えることにより、安定して動作させることができる。また、ファン駆動制御回路１０を構成する部品も一般に広く普及したアナログ素子で構成されて、回路構成も簡単であるため、安価に製造することができる。
【００５４】
なお、上述の第１及び第２実施例においては、第１および第２の電源６，７をそれぞれ個別の電源としているが、同一の電源から供給することも可能である。但し、冷却ファン５の回転によるノイズは周波数成分が低く、且つ、大きな値であるため、ファン駆動制御回路１を安定して動作させるためには、温度検出回路２や基準電圧回路３に供給される第１の電源６は、安定化回路等を経由したノイズの無い電源として分離することが好ましい。
【００５５】
また、第１及び第２の電源６，７を同一の電源から供給する場合、図７に示すように三端子レギュレータＵ２を接続して、第１の電源６へ冷却ファン５のノイズが印加しないようにすることも可能である。三端子レギュレータＵ２は入力電圧や出力電流が変化してもその出力電圧を一定に保つように作用する素子であり、図７（Ａ）は第１実施例で示したファン駆動制御回路１に三端子レギュレータＵ２を接続して構成したファン駆動制御回路１ｂの例であり、図７（Ｂ）は第２実施例で示したファン駆動制御回路１ａに三端子レギュレータＵ２を接続して構成したファン駆動制御回路１ｃの例である。いずれの場合においても、冷却ファン５に供給する電源である第２の電源７を三端子レギュレータのＩＮ端子に接続し、第１の電源６を三端子レギュレータＵ２のＯＵＴ端子に接続し、ＧＮＤ端子を接地しており、電源は第２の電源７から供給する構成としている。三端子レギュレータは安価に入手可能であり、本発明に係るファン駆動制御回路を安価に製造することが可能である。
【００５６】
従来、このような冷却ファンの制御をする場合、比較的高価なセンサー付きファンユニットを使用していたが、第１実施例または第２実施例に示すような本発明に係るファン駆動制御回路を利用することにより、通常の冷却ファンと組み合わせることで実現できるため、コスト、入手性等で有利である。
【００５７】
【発明の効果】
本発明に係るファン駆動制御回路は、周囲温度に対応してその抵抗値が変化する温度検出素子を有して構成され、この温度検出素子の抵抗値に対応した温度対応電圧を出力する温度検出回路と、設定温度に対応した基準電圧を出力する基準電圧回路と、温度対応電圧と基準電圧の差を比較して増幅する増幅回路とから構成される。そして、この増幅回路が温度対応電圧と基準電圧を比較してその差を増幅する演算増幅器と、この演算増幅器の出力を増幅するトランジスタと、このトランジスタの出力を演算増幅器の入力に負帰還する帰還回路とを有し、この帰還回路に帰還する方向が順方向となるように接続された整流器を有するように構成することにより、温度検出素子の周囲温度が設定温度より低い時はファンを停止させ、設定温度以上の時はファンを駆動し、且つ、その温度に比例してファンの回転速度を制御することができる。そのため、ファンの駆動制御をきめ細かくすることで、静粛性および省エネルギー性を向上することができ、また、回路構成が簡単で、一般に広く普及しているアナログ素子を利用できるため入手も容易であり、安価に提供することが可能となる。
【００５８】
また、ファンに電源が供給された時に、基準電圧回路から出力される基準電圧を下げることで設定温度をさげるヒステリシス回路を基準電圧回路に加えることにより、ファンの電源をオン／オフする時のファン駆動制御回路の動作をより安定したものとすることができる。もちろん、このヒステリシス回路を加えたファン駆動制御回路も回路構成が簡単で、一般に広く普及しているアナログ素子で構成することができるため入手も容易であり、安価に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るファン駆動制御回路の第１実施例の回路図である。
【図２】本発明に係るファン駆動制御回路を搭載する基板を示す図である。
【図３】本発明に係るファン駆動制御回路が搭載されたファンユニットの構成例であり、（Ａ）はファンユニットの平面図であり、（Ｂ）はこのファンユニットをラックに実装した場合の図である。
【図４】温度検出回路の動作を説明する図である、（Ａ）は本発明に係る温度検出回路の回路図であり、（Ｂ）はその等価回路である。
【図５】本発明に係るファン駆動制御回路の第２実施例の回路図である。
【図６】本発明に係るファン駆動制御回路の第２実施例において、温度を変化させたときのファン供給電圧の変化を示すグラフである。
【図７】本発明に係るファン駆動制御回路に同一の電源を供給した場合の回路図であり、（Ａ）は第１実施例に三端子レギュレータを加えた場合を示す回路図であり、（Ｂ）は第２実施例に三端子レギュレータを加えた場合を示す回路図である。
【図８】温度によりファンの回転速度を変化させる従来のファン駆動制御回路の回路図である。
【図９】温度によりファンの電源をオン／オフする従来のファン駆動制御回路の回路図である。
【図１０】温度によりファンの回転速度を低速／高速の２段階に切り替える従来のファン駆動制御回路の回路図である。
【符号の説明】
１ファン駆動制御回路
２温度検出回路
３基準電圧回路
３ｂヒステリシス回路
４増幅回路
４ａ帰還回路
５冷却ファン（ファン）
Ｒｔサーミスタ（温度検出素子）
Ｄ１ダイオード（整流器）
Ｕ１演算増幅器
Ｑ１トランジスタ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a fan drive control circuit for a cooling fan used for heat generation countermeasures for electronic devices and the like.
[0002]
[Prior art]
With the advancement of information and communication technology, electronic devices using electronic circuits are used in all fields, but the amount of electric power used by electronic circuits is increasing with the improvement of processing capability. Low power consumption electronic elements and central processing units are being researched and developed, but as electronic devices become smaller and more dense, it is necessary to take measures against heat generated by electronic circuits to suppress the temperature rise of electronic devices. This is a very important problem for stable operation.
[0003]
Cooling fans are used as means for suppressing the heat generation of electronic devices, and many are operated with a DC voltage. Cooling fans rotate the propeller with a DC motor to create an air flow, circulate the air inside and outside the electronic equipment to exhaust heat, or generate heat due to high power consumption (central processing unit, etc.) The air is directly blown and cooled, but noise and vibration such as rotating sound and wind noise due to the rotation of the propeller are generated. Conventionally, many electronic devices have been installed in dedicated machine rooms, so this noise and vibration were not a problem. However, due to the widespread use of personal computers (hereinafter referred to as “PCs”) and communication devices, It has been installed in offices and homes, and noise and vibration countermeasures are required.
[0004]
Further, along with the downsizing of devices, portable electronic devices (for example, notebook personal computers) that are carried and used are increasing, and these electronic devices are configured to be driven by a battery. In this portable electronic device, a cooling fan is also used, and battery power is consumed by driving the cooling fan. However, since the battery can only store a limited amount of power, it is necessary to effectively use the battery power and extend the driving time. Therefore, the power consumption of the electronic circuit that constitutes the portable electronic device including the cooling fan. It is important to suppress this.
[0005]
  A cooling fan that operates with direct current voltage controls the speed of the propeller (rotation speed) when the voltage is controlled.AppliedIt has a property of changing in proportion to the generated voltage (when the rotational speed changes, the air volume generated by this propeller also changes in proportion thereto). For this reason, as a method to improve the quietness (suppress driving noise, wind noise and vibration) and energy saving (suppress power consumption) of the cooling fan using this property, it is supplied according to the temperature state inside the electronic equipment. A fan drive control circuit has been used in which the rotation speed of the cooling fan propeller is changed by controlling the voltage to be controlled or stopped when not necessary (see, for example, Non-Patent Document 1). Hereinafter, a conventional example of the fan drive control circuit will be described with reference to FIGS.
[0006]
FIG. 8 shows an example of the fan drive control circuit 50 that controls the voltage supplied to the cooling fan according to the temperature detected by the temperature detector to change the rotation speed of the propeller of the cooling fan 54. The fan drive control circuit 50 includes a temperature detector 51 that outputs a temperature-corresponding voltage Vt corresponding to the ambient temperature, a reference voltage circuit 52 that outputs a reference voltage Vref corresponding to a set temperature, a temperature-corresponding voltage Vt and a reference voltage Vref. And a first power supply 55 having an output voltage of + V1, and a second power supply 56 having an output voltage of + V2. Has been.
[0007]
The temperature detector 51 is configured such that the temperature-corresponding voltage Vt is low when the temperature is low, and the temperature-corresponding voltage Vt increases as the temperature rises. The reference voltage circuit 52 is configured in such a manner that the resistor R51 and the resistor R52 are connected in series in this order from the first power supply 55, and one end of the resistor R52 is grounded. The voltage + V1 of the first power supply 55 is supplied to the resistors R51, R51, The voltage is divided by R52, and the voltage of the resistor R52 is output as the reference voltage Vref corresponding to the set temperature from the output terminal at the connection point of the resistors R51 and R52.
[0008]
The amplifier circuit 53 includes an operational amplifier U51, an NPN transistor Q51, and resistors Rf50, R53, and R54. In the operational amplifier U51, the second power supply 56 is connected to the positive power supply terminal, the negative power supply terminal is grounded, and the output terminal is connected to the base of the transistor Q51 via the resistor R54. The transistor Q51 constitutes a grounded-emitter amplifier circuit in which the second power supply 56 is applied to the base by the resistor R53, and the collector is connected to the second power supply 56. Note that negative feedback is provided from the emitter of the transistor Q51 to the negative phase input terminal of the operational amplifier U51 via the resistor Rf. The temperature detector 51 is connected to the positive phase input terminal of the operational amplifier U51, the output terminal of the reference voltage circuit 52 is connected to the negative phase input terminal, and one end of the power supply terminal of the cooling fan 54 is connected to the emitter of the transistor Q51. And the other end of the power supply terminal of the cooling fan 54 is grounded.
[0009]
Since the transistor Q51 functions as an amplifier circuit for a current buffer for supplying the output of the amplifier circuit 53 as a driving power source for the cooling fan 54, a sufficient current output for the operational amplifier U51 to drive the cooling fan 54 is provided. If so, the amplifier circuit composed of the transistor Q51 and the resistor R53 and the operational amplifier U51 and the resistor R54 connecting the amplifier circuit are unnecessary. Therefore, the amplifier circuit 53 combines the operational amplifier U51 and the transistor Q51 to constitute a large output current type inverting amplifier, and supplies a voltage proportional to the change from the reference voltage Vref of the temperature-corresponding voltage Vt to the cooling fan 54. is doing.
[0010]
  According to such a configuration, the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref is amplified by the amplifier circuit 53 and supplied to the cooling fan 54, so that it is supplied to the cooling fan 54 in accordance with the ambient temperature of the temperature detector 51. Therefore, the rotation speed of the cooling fan 54 is controlled. Here, the resistors R51, R52, and Rf50 are connected to the cooling fan 54.AppliedIs used for setting a gain with respect to the offset of the applied voltage and a change in the temperature-corresponding voltage Vt output from the temperature detector 51, and the resistor R54 constituting the amplifier circuit 53 does not supply an excessive current to the base of the transistor Q51. At the same time, it is a current limiting resistor for limiting excessive current from flowing into the output of the operational amplifier U51.
[0011]
FIG. 9 shows a fan drive control circuit 60 that turns on / off the power supplied to the cooling fan 64 based on the temperature detected by the temperature detector 61. The fan drive control circuit 60 includes a temperature detector 61 that outputs a temperature-corresponding voltage Vt corresponding to the ambient temperature, a reference voltage circuit 62 that outputs a reference voltage Vref corresponding to a set temperature, a temperature-corresponding voltage Vt and a reference voltage Vref. And a power supply control circuit 63 for turning on / off the power supplied to the cooling fan 64, a first power supply 65 with an output voltage of + V1, and a second power supply 66 with an output voltage of + V2. . The temperature detector 61 and the reference voltage circuit 62 have the same configuration and operation as the temperature detector 51 and the reference voltage circuit 52 described above.
[0012]
The power supply control circuit 63 includes a comparator U61, a PNP transistor Q61, resistors R63 and R64, and a diode D62. In the comparator U61, the second power supply 66 is connected to the positive power supply terminal, the negative power supply terminal is grounded, and the output terminal is connected to the base of the transistor Q61 via the resistor R64. The transistor Q61 has a second power source 66 connected to the base by a resistor R63, and a second diode via a diode D62 whose emitter is connected in the forward direction (the emitter of the transistor Q61 is connected to the cathode of the diode D62). Is connected to a power source 66, and constitutes a collector grounded amplifier circuit. The output terminal of the reference voltage circuit 62 is connected to the positive phase input terminal of the comparator U61 of the power supply control circuit 63, the temperature detector 61 is connected to the negative phase input terminal, and the power supply of the cooling fan 64 is connected to the collector of the transistor Q61. One end of the supply terminal is connected, and the other end of the power supply terminal of the cooling fan 64 is grounded.
[0013]
  According to such a configuration, when the temperature-corresponding voltage Vt of the temperature detector 61 is lower than the reference voltage Vref (when the temperature is low), the output of the comparator U61 is a high voltage (at the positive power supply terminal).AppliedThe voltage + V2 of the second power supply 66 is approximately equal to or slightly lower than the voltage + V2 of the second power supply 66) and becomes the base of the transistor Q61.AppliedTherefore, the base current does not flow and the transistor Q61 is turned off, so that no current flows between the emitter and the collector, and no power is supplied to the cooling fan 64. Further, when the temperature-corresponding voltage Vt of the temperature detector 61 is equal to or higher than the reference voltage Vref (when the temperature is high), the output of the comparator U61 becomes a low voltage (almost 0 V because the negative power supply terminal is grounded). At the base of transistor Q61AppliedTherefore, the base current flows and the transistor Q61 is turned on, so that a current flows between the emitter and the collector, and power is supplied to the cooling fan 64. Thus, the transistor Q61 functions as a switch for turning on / off the power supplied to the cooling fan 64 by the output of the comparator U61.
[0014]
The resistor R64 is a current limiting resistor that prevents excessive current from flowing through the output of the comparator U61 and the base of the transistor Q61. Further, the resistor R63 may be omitted if the output of the comparator U1 is not open. The diode D62 is for adding an offset so that the output voltage of the comparator U61 becomes a base voltage that completely turns off the transistor Q61. The forward drop voltage of the diode D62 is added to the original base-emitter voltage of the transistor Q61. By using the added value as the base-emitter voltage of the transistor Q61 viewed from the comparator U61, the transistor Q61 can be completely turned off even when the output voltage of the comparator U61 is slightly lower than the output voltage + V2 of the second power supply 66. It is what you do. Therefore, if it is possible to output the output of the comparator U61 up to the output voltage + V2 of the second power supply 66 applied to the positive power supply terminal (if it is a Rail-to-Rail comparator), there is no diode D62. Alternatively, depending on the maximum output voltage characteristic of the comparator U61, it is necessary to increase the diode D62.
[0015]
FIG. 10 shows a fan drive control circuit 70 that controls the rotational speed of the cooling fan 74 in two stages of low-speed rotation and high-speed rotation based on the temperature detected by the temperature detector 71. The fan drive control circuit 70 includes a temperature detector 71 that outputs a temperature-corresponding voltage Vt corresponding to the ambient temperature, a reference voltage circuit 72 that outputs a reference voltage Vref corresponding to a set temperature, a temperature-corresponding voltage Vt and a reference voltage Vref. And a power supply control circuit 73 for controlling the output voltage of the driving power supply of the cooling fan 74 in two stages, a first power supply 75 having an output voltage of + V1, and a second power supply 76 having an output voltage of + V2. Has been. The temperature detector 71 and the reference voltage circuit 72 have the same configuration and operation as the temperature detector 51 and the reference voltage circuit 52 described above.
[0016]
The power supply control circuit 73 includes a comparator U71, a PNP transistor Q71, resistors R73 and R74, a diode D72, and a Zener diode Dz70. In the comparator U71, the second power supply 76 is connected to the positive power supply terminal, the negative power supply terminal is grounded, and the output terminal is connected to the base of the transistor Q71 via the resistor R74. The transistor Q71 has a second power source 76 applied to the base by a resistor R73, and the second through a diode D2 whose emitter is connected in the forward direction (the emitter of the transistor Q71 is connected to the cathode of the diode D2). Is connected to a power source 76, and constitutes a grounded amplifier circuit. A Zener diode Dz70 is connected between the collector and emitter of the transistor Q71 so that the collector side becomes the anode. The output terminal of the reference voltage circuit 72 is connected to the positive phase input terminal of the comparator U71 of the power supply control circuit 73, the temperature detector 71 is connected to the negative phase input terminal, and the power supply of the cooling fan 74 is connected to the collector of the transistor Q71. One end of the input terminal is connected, and the other end of the power input terminal of the cooling fan 74 is grounded.
[0017]
  According to such a configuration, the relationship between the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref and the on / off state of the transistor Q71 is the same as that of the fan drive control circuit 60 described above. Therefore, when the temperature-corresponding voltage Vt is lower than the reference voltage Vref, the transistor Q71 is in an off state, and the cooling fan 74 is lower than the voltage + V2 of the second power supply 76 by the voltage drop of the diode D72 and the Zener diode Dz70. VoltageAppliedBecause it is, it rotates at a low speed. On the other hand, when the temperature-corresponding voltage Vt is equal to or higher than the reference voltage Vref, the transistor Q71 is on and the cooling fan 74 is turned on.AppliedThe voltage to be applied is a voltage lower than the voltage + V2 of the second power source 76 by the sum of the voltage drop of the diode D72 and the emitter-collector voltage of the transistor Q71, but when the transistor Q1 is in the on state, the emitter-collector voltage is Since it is small (ideally 0V), the cooling fan 74 rotates at a high speed. The uses of the resistors R73 and R74 are the same as in the above-described conventional example.
[0018]
[Non-Patent Document 1]
Intel Corporation, “NLX Electrical Design Suggestions Version 1.2”, USA, July 1998, p. 27
[0019]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional fan drive control circuit using the analog element, the fan drive control circuit 50 shown in FIG. 8 operates to change the rotation speed of the cooling fan in proportion to the temperature. The fan drive control circuit 60 shown in FIG. 10 operates to turn on / off the supply voltage to the cooling fan corresponding to the temperature, or the fan drive control circuit 70 shown in FIG. Since only the operation of switching the rotation speed of the fan in two stages of low speed and high speed is performed, there is only a circuit that performs any one of the operations, and fine control of the cooling fan cannot be performed. There is also a method of controlling the cooling fan in detail by configuring a fan drive control circuit with a digital circuit, but there is also a problem that the application range is limited because the circuit is complicated and the manufacturing cost increases.
[0020]
However, with the spread of electronic equipment, there is a growing demand for improvements in the cooling fan's quietness and energy savings, and it is necessary to turn off the power when cooling fan cooling is not necessary, and when necessary. It is necessary to provide a fan drive control circuit that performs control so as to perform a minimum operation at a low cost.
[0021]
The present invention has been made in view of such problems, and provides a fan drive control circuit that improves the quietness and energy saving of the cooling fan at a low cost by finely controlling the drive of the cooling fan. Objective.
[0022]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, a fan drive control circuit according to the present invention has a temperature detection element (for example, the thermistor Rt in the embodiment) whose resistance value changes in accordance with the ambient temperature. A temperature detection circuit that outputs a temperature-corresponding voltage corresponding to the resistance value, a reference voltage circuit that outputs a reference voltage corresponding to the set temperature, a temperature-corresponding voltage and a reference voltageWhenAnd an amplifier circuit that amplifies the difference andDepending on outputFan (for example, cooling fan 5 in the embodiment)Is what drivesThe amplifier circuitThe output terminal of the temperature detection circuit and the output terminal of the reference voltage circuit are connected to the input terminals.Temperature response voltage and reference voltageWhenCompareThen, the difference is amplified and output from the output terminalAn operational amplifier toThe base is connected to the output terminal of the operational amplifier, the emitter is connected to the power source (for example, the second power source 7 in the embodiment), and the collector is connected to the fan.A transistor,A diode having an anode connected to the collector of the transistor and a cathode connected to the input terminal of the operational amplifier (for example, the diode D1 in the embodiment);TransistorFrom the collectorThe output of the operational amplifierInput terminalAnd a feedback circuit for negative feedback.
[0023]
  With such a configuration, the output of the operational amplifier turns off the transistor when the ambient temperature is lower than the set temperature.Disconnect the power supply and fan.WithSince the reverse voltage is applied to the diode and the feedback circuit is turned off, the output of the operational amplifier keeps the transistor off.. When the ambient temperature is higher than the set temperature, the operational amplifier output turns on the transistor.Connect the power supply and fanWithdiodeThe forward voltage isAppliedFeedback circuit is onBy beingNegative feedback worksKiThe fan circuit is proportional to the ambient temperature by the amplifier circuit.Applied voltageTherefore, the fan can be driven at a rotational speed proportional to the ambient temperature. Therefore, if the ambient temperature is low and it is not necessary to drive the fan, turn off the power supply and stop the fan. If the ambient temperature rises and the fan needs to be driven, supply power to the fan and And the rotation speed of the fan is controlled by adjusting the supply voltage so as to obtain an air volume corresponding to the temperature, so that silence and energy saving by driving the fan can be improved.
[0024]
  In addition,The reference voltage circuitPower supply to fan by amplifier circuitFrom powerIt is preferable to have a hysteresis circuit that lowers the set temperature by lowering the reference voltage when is supplied.According to such a configuration, the set temperature drops at the moment when the ambient temperature rises and the power is supplied to the fan. Can be supplied.
[0025]
  The feedback circuit preferably includes a Zener diode having a cathode connected to the cathode of the diode and an anode connected to the input terminal between the diode and the input terminal of the operational amplifier. With such a configuration, the voltage applied to the fan can be higher than the reference voltage by the breakdown voltage of the Zener diode, so even if the fan operating range specification is higher than the reference voltage, this fan Can be operated.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, the fan unit 12 to which the fan drive control circuit according to the present invention is applied will be described with reference to FIGS. FIG. 2 shows a board 10 on which a fan drive control circuit according to the present invention is mounted, a cooling fan 5 and a power cable 11 connected to the board 10. A fan drive control circuit, which will be described later, is mounted on the substrate 10, and only the thermistor Rt is shown in FIG. The board 10 is provided with a socket 10a for connecting to the power supply terminal 5a of the cooling fan 5 and a socket 10b for connecting to the terminal 11a of the power cable 11. In this embodiment, the thermistor Rt is arranged on the substrate 10, but it is also possible to arrange the thermistor Rt by pulling out leads to other measurement points.
[0027]
FIG. 3 shows a case where the board 10 on which the fan drive control circuit according to the present invention is mounted is mounted on the fan unit 12. As shown in FIG. 3 (A), the fan unit 12 has a substrate 10, a cooling fan 5 and a power cable 11 arranged integrally. As shown in FIG. 3 (B), the fan unit 12 is mounted on a rack 13, for example. used. In FIG. 3A, the power cable 11 is provided with a unit attaching / detaching connector 11b, and when mounted on a rack or the like, power is supplied from the unit attaching / detaching connector 11b to the fan unit 12. FIG. 3B shows a case where four sets of fan units 12 (12 a to 12 d) are mounted on the rack 13. In the present embodiment, the case where the fan drive control circuit according to the present invention is applied to the fan unit 12 to be mounted on the rack 13 has been described, but the present invention is not limited to this form.
[0028]
【Example】
Next, an embodiment of the fan drive control circuit will be described with reference to the drawings.
[0029]
[First embodiment]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a configuration of a first embodiment of a fan drive control circuit according to the present invention. The fan drive control circuit 1 includes a temperature detection circuit 2 that outputs a temperature-corresponding voltage Vt corresponding to the ambient temperature, a reference voltage circuit 3 that outputs a reference voltage Vref corresponding to a set temperature, a temperature-corresponding voltage Vt and a reference voltage Vref. And a first power source 6 having an output voltage + V1 and a second power source 7 having an output voltage + V2, and the output of the amplifier circuit 4 is cooled as a power source. It is supplied to the fan 5.
[0030]
The temperature detection circuit 2 is configured by connecting a thermistor Rt and a resistor Rb in series, one end of the thermistor Rt is connected to the first power supply 6, one end of the resistor Rb is grounded, and the thermistor Rt and the resistor Rb are connected. Is connected to the output terminal 2a, and the voltage of the resistor Rb is output from the output terminal 2a as a temperature-corresponding voltage Vt corresponding to the ambient temperature of the thermistor. A thermistor is a semiconductor made by combining several oxides of manganese, cobalt, etc. and baking at a high temperature of about 1500 ° C. The temperature of the thermistor is measured using the property that the resistance value of this semiconductor changes greatly with temperature. An element used in a circuit or the like. In general, a negative resistance thermistor whose resistance value decreases with increasing temperature is used, and it can be handled in the same manner as a resistor and is easy to handle.
[0031]
Here, the temperature-corresponding voltage Vt output from the temperature detection circuit 2 will be described with reference to FIG. 4A is the same as the temperature detection circuit 2 shown in FIG. 1, and the output voltage Vs when the output terminal 2a of the temperature detection circuit 2 is opened and the resistance Rs of the circuit viewed from the output terminal 2a. Is expressed by the following equations (1) and (2).
[0032]
[Expression 1]
Vs = + V1 · Rb / (Rt + Rb) (1)
Rs = Rt · Rb / (Rt + Rb) (2)
[0033]
Therefore, according to Thevenin's theorem, the temperature detection circuit 2 in FIG. 4A can be replaced with the equivalent circuit 2 ′ in FIG. 4B. When the above-described negative resistance thermistor is used as the thermistor Rt, the temperature is When the temperature rises, the resistance value of the thermistor Rt falls and Vs rises according to the equation (1). Therefore, the temperature detection circuit 2 can be obtained in which the temperature corresponding voltage Vt rises when the temperature rises. If the thermistor Rt and the resistor Rb of the temperature detection circuit 2 are interchanged, the temperature-corresponding voltage Vt can be decreased when the temperature rises, and a fan drive control circuit corresponding to the temperature detection circuit having such a configuration can be realized. Needless to say. In this embodiment, the thermistor Rt is used to configure the temperature detection circuit 2. However, the present invention is not limited to this element, and an element or output whose resistance value changes according to a change in temperature. Any circuit that changes voltage can be used as the temperature detection circuit 2.
[0034]
The reference voltage circuit 3 is configured by connecting a resistor R1 and a resistor R2 in series, one end of the resistor R1 is connected to the first power source 6, one end of the resistor R2 is grounded, and the resistors R1, R2 Is connected to the output terminal 3a. The voltage + V1 of the first power supply 6 is divided by the resistors R1 and R2, and the voltage of the resistor R2 is output from the output terminal 3a as the reference voltage Vref. The voltage Vr when the output terminal 3a of the reference voltage circuit 3 is opened and the resistance Rr viewed from the output terminal 3a are expressed by the following equations (3) and (4). It can be replaced with an equivalent circuit by Vr and resistor Rr (not shown).
[0035]
[Expression 2]
Vr = + V1 · R2 / (R1 + R2) (3)
Rr = R1 · R2 / (R1 + R2) (4)
[0036]
The reference voltage Vref output from the reference voltage circuit 3 is a voltage corresponding to the temperature at which the cooling fan 5 is started or stopped in the fan drive control circuit 1. In the following, it is referred to as “set temperature”) by adjusting the values of the resistors R1 and R2 so that the temperature corresponding voltage Vt of the temperature detection circuit 2 and the reference voltage Vref have the same value.
[0037]
The amplifier circuit 4 includes an operational amplifier U1, a PNP transistor Q1, resistors Rf, R3, R4, a capacitor Cf, diodes D1, D2, and a Zener diode Dz. The operational amplifier U1 has a positive power supply terminal connected to the second power supply 7 and a negative power supply terminal grounded. The output terminal 3a of the reference voltage circuit 3 is connected to the positive phase input terminal of the operational amplifier U1, the output terminal 2a of the temperature detection circuit 2 is connected to the negative phase input terminal, and the output terminal is connected to the resistor R4. To the base of the transistor Q1. A capacitor Cf is connected by connecting the negative phase input terminal and the output terminal of the operational amplifier U1. Here, the resistor R4 is a current limiting resistor for preventing an excessive current from flowing through the output terminal of the operational amplifier U1 and the base of the transistor Q1, and the capacitor Cf has a phase around by a combination of the operational amplifier U1 and the transistor Q1. This is a phase compensation capacitor for performing phase compensation when an oscillation phenomenon occurs. The operational amplifier U1 has a sufficient phase margin, and the capacitor Cf may be omitted as long as the feedback does not result in oscillation around the phase of the transistor Q1.
[0038]
  A second power supply 7 is connected to the base of the transistor Q1 via a resistor R3, a second power supply 7 is connected to the emitter via a diode D2, and a collector is connected to one end of a power supply input terminal of the cooling fan 5. And with these elementsEmitterA grounded amplifier is formed. The other end of the power input terminal of the cooling fan 5 is grounded, and the diode D2 is arranged in such a direction that its cathode is connected to the emitter of the transistor Q1. Here, the resistor R3 is for bias applied to the base of the transistor Q1, and may be omitted if the output of the operational amplifier U1 is not open. The diode D2 is for adding an offset so that the output voltage of the operational amplifier U1 becomes a base voltage for completely turning off the transistor Q1, and the forward direction of the diode D2 is added to the original base-emitter voltage of the transistor Q1. By adding the voltage drop to the base-emitter voltage of the transistor Q1 viewed from the operational amplifier U1, the transistor Q1 can be turned on even when the output voltage of the operational amplifier U1 is slightly lower than the voltage + V2 of the second power supply 7. It can be turned off. Therefore, if the output of the operational amplifier U1 can output up to the voltage + V2 of the second power supply 7 applied to the positive power supply terminal (if it is a Rail-to-Rail operational amplifier), the diode D2 The diode D2 may need to be increased depending on the characteristics of the maximum output voltage of the operational amplifier U1.
[0039]
  The feedback circuit 4a is connected so as to connect the collector of the transistor Q1 and the positive phase input terminal of the operational amplifier U1. The feedback circuit 4a includes a diode D1, a resistor Rf, and a Zener diode Dz in order from the collector side of the transistor Q1. Connected in series. The diode D1 is connected so that the direction in which the output of the transistor Q1 is fed back to the positive phase input terminal of the operational amplifier U1 is the forward direction (the anode of the diode D1 is connected to the collector of the transistor Q1). Has an anode connected to the positive phase input terminal of the operational amplifier U1. PNP transistor Q1EmitterSince it is configured as a grounded amplifier, by operating the base voltage of the transistor Q1 to turn on / off the transistor Q1, the transistor Q1 is operated as a switch for turning on / off the power supplied to the cooling fan 5, and at the same time When Q1 is in the on state, its output is a current buffer that acts as an amplifier whose phase is inverted, similar to an inverting amplifier. Accordingly, the amplifier circuit 4 (the output from the collector of the transistor Q1) is negatively fed back to the positive phase input terminal of the operational amplifier U1 by the feedback circuit 4a, so that the amplifier circuit 4 has a large combination of the operational amplifier U1 and the transistor Q1. Since it operates as an output current type inverting amplifier, when the transistor Q1 is on and power is supplied to the cooling fan 5, it is proportional to the difference between the temperature-corresponding voltage Vt of the temperature detector 2 and the reference voltage Vref. The voltage output with the amplification set by the resistors R1, R2, and Rf is supplied to the cooling fan 5.
[0040]
  In the fan drive control circuit 1 configured as described above, when the ambient temperature of the thermistor Rt is lower than the set temperature, the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref is positive, so the output of the operational amplifier U1 is high. Voltage (positive power supply terminalAppliedOutput voltage + V2 of the second power supply 7 that is approximately equal to or slightly lower than the output voltage + V2 of the second power source 7) and the base of the transistor Q1AppliedTherefore, the potential difference between the base and emitter of the transistor Q1 disappears, no current flows through the base of the transistor Q1, and the transistor Q1 is turned off. For this reason, no current flows between the emitter and the collector, and power is not supplied to the cooling fan 5, so that it is stopped.(That is, the second power supply 7 and the cooling fan 5 are disconnected). When the transistor Q1 is in an off state, no current flows through the feedback circuit 4a, so negative feedback via the feedback circuit 4a does not work, and the operational amplifier U1 operates as a so-called comparator. The output maintains the high voltage described above. Further, the diode D1 of the feedback circuit 4a prevents a current from flowing from the reference voltage circuit 3 toward the cooling fan 5 because a reverse voltage is applied to the diode D1 when the transistor Q1 is off. The power supply from the reference voltage circuit 3 to the cooling fan 5 via the feedback circuit 4a is prevented. Further, in the absence of the diode D1, when a current flows through the feedback circuit 4a, the output voltage Vref of the reference voltage circuit 3 fluctuates and cannot be used as a reference voltage. It is also inserted to prevent fluctuations in Vref.
[0041]
  When the ambient temperature of the thermistor Rt rises and becomes equal to the set temperature, the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref becomes 0V, so that the output voltage of the operational amplifier U1 decreases and the same voltage as the reference voltage Vref is output. For this reason, a potential difference is generated between the base and emitter of the transistor Q1, a current flows through the base of the transistor Q1 to turn on, and a current also flows between the emitter and collector to supply power to the cooling fan 5.(That is, the second power source 7 and the cooling fan 5 are connected). When the transistor Q1 is turned on, a forward voltage is applied to the diode D1, so that a current also flows through the feedback circuit 4a, and the amplifier circuit 4 operates as an inverting amplifier as described above. Therefore, when the ambient temperature of the thermistor Rt is equal to or higher than the set temperature and the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref is 0 V or negative, the temperature is amplified in proportion to the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref. Since the voltage is supplied to the cooling fan 5, the cooling fan 5 can be operated at a rotational speed proportional to the ambient temperature of the thermistor Rt.
[0042]
  The Zener diode Dz of the feedback circuit 4a is connected to the cooling fan 5 when the temperature is higher than the set temperature.AppliedThis is to make the initial value of the applied voltage higher than the reference voltage Vref. This is because the Zener diode Dz is connected in the direction opposite to the feedback direction of the feedback circuit 4a, and the voltage at which current flows to the feedback circuit 4a is applied to the cooling fan 5.AppliedThis is because the applied voltage is higher than the reference voltage Vref by the breakdown voltage (zener voltage) of the Zener diode Dz. Therefore, the Zener diode Dz is added when the specification of the operating range of the cooling fan 5 is too low for the reference voltage Vref due to various settings. If the reference voltage Vref is within the operating range of the cooling fan 5, there is no May be.
[0043]
  The transistor Q1 constituting the amplifier circuit 4 uses a PNP type, which is for increasing the supply voltage to the cooling fan 5 to widen the operating range. In this fan drive control circuit 1, an NPN type transistor can be used as the transistor Q1, but in this case, the voltage supplied to the cooling fan 5 is applied to the base of the transistor Q1.AppliedThe voltage from the applied voltage (the output voltage of the operational amplifier U1) to a voltage lower by the base-emitter voltage of the transistor Q1 is supplied. However, when a PNP type is used as in this embodiment, the voltage supplied to the cooling fan 5 is the second power supply when the Rail-to-Rail operational amplifier U1 that does not require the diode D2 is used. 7 to the voltage obtained by subtracting the collector-emitter saturation voltage from the voltage + V2, and the operating range of the cooling fan 5 can be widened.
[0044]
As described above, since the fan drive control circuit 1 according to the first embodiment can finely control the drive of the cooling fan 5, the quietness and energy saving performance of the cooling fan 5 are improved, and this fan drive is performed. All of the components constituting the control circuit 1 are generally widely available analog elements that are easily available, and the circuit configuration is simple, so that they can be manufactured at low cost.
[0045]
[Second embodiment]
FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the fan drive control circuit according to the present invention. The fan drive control circuit 1a according to the second embodiment has the fan drive control circuit 1 according to the first embodiment as a basic circuit, and a hysteresis circuit 3b is added to the reference voltage circuit 3 of the fan drive control circuit 1 as the basic circuit. The switch circuit 8 is added. Therefore, the description of the temperature detection circuit 2, the amplifier circuit 4, and the feedback circuit 4a which are the same as those in the first embodiment is omitted. In the fan drive control circuit 1a, the resistor RI connected in parallel to the cooling fan 5 is inserted so that the power supply end to the cooling fan 5 is securely grounded when the cooling fan 5 is not connected. The basic circuit is unnecessary and may be omitted.
[0046]
The hysteresis circuit 3b includes an NPN transistor Q2 and resistors Rh, R5, and R6. The resistors R5 and R6 are connected in series, one end of R5 is connected to the collector of the transistor Q1, and one end of R6 is grounded. The connection point of the resistors R5 and R6 is connected to the base of the transistor Q2. The collector of the transistor Q2 is connected to the connection point (output terminal) 3a of the resistor R1 and the resistor R2 so as to be in parallel with the resistor R2 of the reference voltage circuit 3 via the resistor Rh. The emitter is grounded.
[0047]
  According to such a configuration, as described in the first embodiment, when the ambient temperature of the thermistor Rt is lower than the set temperature, the transistor Q1 is in an off state, so that no power is supplied to the cooling fan 5, The voltage is also applied to the base of the transistor Q2 of the hysteresis circuit 3b.AppliedSince there is no potential difference between the base and emitter of the transistor Q2, no base current flows. Therefore, the transistor Q2 is in the off state, and no current flows between the collector and the emitter of the transistor Q2, so that no current flows through the resistor Rh. Therefore, the reference voltage circuit 3 is divided by the resistors R1 and R2, and the resistor Rh The voltage of R2 is output as the reference voltage Vref.
[0048]
When the ambient temperature of the thermistor Rt rises and exceeds the set temperature, the transistor Q1 is turned on, so that power is supplied to the cooling fan 5, thereby generating a potential difference between the base and emitter of the transistor Q2, and resistance. A current flows into the base of the transistor Q2 via R5, and the transistor Q2 is turned on. Note that the resistor R6 is used for protecting the base of the transistor Q2, but it is not necessary for the circuit operation. When the transistor Q2 is turned on, a current flows between the collector and the emitter of the transistor Q2, and as a result, a current flows from the first power supply 6 to the resistor Rh via the resistor R1. Since the resistor Rh is connected in parallel with the resistor R2 of the reference voltage circuit 3, the reference voltage Vref corrected by the resistor Rh is divided by the resistor R1, the resistors R2 and Rh, and a parallel circuit of the resistors R2 and Rh. However, since the combined resistance of the resistors R2 and Rh connected in parallel has a value smaller than that of the resistor R2, the corrected reference voltage Vref is lower than the reference voltage Vref before correction. Lowering the reference voltage Vref means lowering the set temperature at which power supply to the cooling fan 5 is stopped. Note that the transistor Q2 operates as a switch that causes a current to flow through the resistor Rh when power is supplied to the cooling fan 5 as described above. Therefore, the transistor Q2 can also be realized using other components. It is.
[0049]
  In FIG.Round numbers 1-4The figure showing the relationship of the supply voltage to the cooling fan 5 when raising and lowering the ambient temperature of the thermistor Rt in this order is shown. Thus, the temperature when the temperature rises and the power is supplied to the cooling fan 5 becomes the reference voltage determined by the resistors R1 and R2, but when the power is supplied to the cooling fan 5, the resistors R1, R2, and R2 are supplied. Since the reference voltage is determined by Rh, the set temperature isFallingThe relationship between the temperature and the voltage supplied to the cooling fan 5 forms a hysteresis loop. Since the voltage supplied to the cooling fan 5 is the output voltage + V2 supplied from the second power supply 7, a voltage higher than that is supplied to the cooling fan 5.Applied(In reality, there is a voltage drop due to the diode D2, the transistor Q1, etc., so the value is smaller than the voltage + V2.)
[0050]
When power is turned on to the electronic device on which the fan drive control circuit 1a according to the second embodiment is mounted and the ambient temperature of the thermistor Rt rises and reaches a set temperature, power is supplied to the cooling fan 5 and the cooling fan 5 Since it is driven, an air flow is generated, and the ambient temperature of the thermistor Rt is lowered. Without this hysteresis circuit 3b, the cooling fan 5 may stop as soon as the ambient temperature of the thermistor Rt decreases, and the ambient temperature may increase repeatedly, so that it is supplied to the cooling fan 5 near the set temperature. The power supply is frequently turned on / off, the operation becomes unstable, and there is a possibility that the life of the fan drive control circuit 1a and the cooling fan 5 is shortened and the power consumption is increased. On the other hand, when the hysteresis circuit 3b is mounted, the set temperature decreases when the temperature reaches the set temperature and the cooling fan 5 is turned on. Does not repeat the on / off operation, and can perform a stable operation.
[0051]
Similarly, when the ambient temperature drops and the power supply to the cooling fan 5 stops, the transistor Q2 of the hysteresis circuit 3b is turned off, and the set temperature becomes the original value (value determined by the resistors R1 and R2 of the reference voltage circuit 3). Therefore, the power supply of the cooling fan 5 is not repeatedly turned on / off in the vicinity of the temperature at which the power supply is cut off. The advantage of the hysteresis circuit 3b is that the hysteresis circuit 3b is added to the negative feedback side instead of being configured to affect the output of the temperature detection circuit 2 by feeding back to the terminal that becomes the positive feedback. The function can be added without affecting the basic circuit shown. With this configuration, the temperature-corresponding voltage Vt, which is the output of the temperature detection circuit 2, is output only corresponding to the change in the resistance value of the thermistor Rt, so that this output can be used for other circuits without any problem. Is possible.
[0052]
  The switch circuit 8 including a transistor (P-channel MOSFET) Q3, resistors R7 and R8, and a switch 8a is a circuit for directly supplying power supplied to the cooling fan 5 from the second power supply 7. It is added if necessary as an emergency operation. The source of the transistor Q3 of the switch circuit 8 is connected to the second power supply 7 (the substrate is connected to the source), and the power supply input terminal of the cooling fan 5 to which the collector of the transistor Q1 is connected is connected to the power supply input terminal of the transistor Q3. The drain is connected. The resistors R7 and R8 are connected in series, one end of the resistor R7 is connected to the second power supply 7, one end of the resistor R8 is connected to the switch 7a, and the connection point between the resistors R7 and R8 is the transistor Q3. Connected to the gate. When the switch 8a is turned on in an emergency or when it is not necessary to control the voltage supplied to the cooling fan 5 by controlling the transistor Q1, the voltage + V2 of the second power source 7 is divided by the resistors R7 and R8. The voltage of the resistor R8 is applied to the gate of the transistor Q3.AppliedTherefore, the transistor Q3 is turned on, and the second power supply 7 is directly supplied to the cooling fan 5. Since the transistor Q1 is a PNP type, the switch circuit 8 switches the transistor Q1 to the transistor Q1.AppliedThere is no need to consider the reverse breakdown voltage due to the applied voltage.
[0053]
As described above, similarly to the first embodiment, the fan drive control circuit 10 according to the second embodiment can finely control the driving of the cooling fan 5, and even if the ambient temperature of the thermistor Rt is near the set temperature, By adding the hysteresis circuit 3b to the reference voltage circuit 3, it is possible to operate stably. In addition, since the components constituting the fan drive control circuit 10 are generally composed of widely used analog elements and the circuit configuration is simple, the fan drive control circuit 10 can be manufactured at low cost.
[0054]
In the first and second embodiments described above, the first and second power sources 6 and 7 are separate power sources, but can be supplied from the same power source. However, since the noise due to the rotation of the cooling fan 5 has a low frequency component and a large value, the noise is supplied to the temperature detection circuit 2 and the reference voltage circuit 3 in order to operate the fan drive control circuit 1 stably. The first power source 6 is preferably separated as a noise-free power source via a stabilization circuit or the like.
[0055]
  When the first and second power sources 6 and 7 are supplied from the same power source, a three-terminal regulator U2 is connected as shown in FIG.AppliedIt is also possible not to do so. The three-terminal regulator U2 is an element that acts to keep the output voltage constant even when the input voltage or the output current changes. FIG. 7A shows the fan drive control circuit 1 shown in the first embodiment. FIG. 7B shows an example of a fan drive control circuit 1b configured by connecting a terminal regulator U2, and FIG. 7B shows a fan drive configured by connecting a three-terminal regulator U2 to the fan drive control circuit 1a shown in the second embodiment. It is an example of the control circuit 1c. In any case, the second power supply 7 as a power supply to be supplied to the cooling fan 5 is connected to the IN terminal of the three-terminal regulator, the first power supply 6 is connected to the OUT terminal of the three-terminal regulator U2, and the GND terminal Is grounded, and power is supplied from the second power source 7. The three-terminal regulator is available at low cost, and the fan drive control circuit according to the present invention can be manufactured at low cost.
[0056]
Conventionally, when controlling such a cooling fan, a relatively expensive fan unit with a sensor has been used. However, the fan drive control circuit according to the present invention as shown in the first embodiment or the second embodiment is used. Since it can be realized by combining with a normal cooling fan, it is advantageous in terms of cost, availability, and the like.
[0057]
【The invention's effect】
The fan drive control circuit according to the present invention includes a temperature detection element whose resistance value changes according to the ambient temperature, and outputs a temperature-corresponding voltage corresponding to the resistance value of the temperature detection element. The circuit includes a reference voltage circuit that outputs a reference voltage corresponding to the set temperature, and an amplifier circuit that compares and amplifies the difference between the temperature-corresponding voltage and the reference voltage. The amplifier circuit compares the temperature-corresponding voltage with a reference voltage and amplifies the difference, a transistor that amplifies the output of the operational amplifier, and a feedback that negatively feeds back the output of the transistor to the input of the operational amplifier. And a rectifier connected so that the direction of feedback to the feedback circuit is the forward direction, the fan is stopped when the ambient temperature of the temperature detection element is lower than the set temperature. When the temperature is equal to or higher than the set temperature, the fan is driven, and the rotation speed of the fan can be controlled in proportion to the temperature. Therefore, by finely controlling the drive control of the fan, quietness and energy saving can be improved, the circuit configuration is simple, and analog elements that are generally widely used can be used, so it is easy to obtain, It can be provided at low cost.
[0058]
In addition, when power is supplied to the fan, the fan is turned on / off by adding a hysteresis circuit that reduces the set temperature by lowering the reference voltage output from the reference voltage circuit to the reference voltage circuit. The operation of the drive control circuit can be made more stable. Of course, the fan drive control circuit to which this hysteresis circuit has been added has a simple circuit configuration and can be easily obtained because it can be configured by analog elements that are generally widely used, and can be provided at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a first embodiment of a fan drive control circuit according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a board on which a fan drive control circuit according to the present invention is mounted.
FIG. 3 is a configuration example of a fan unit equipped with a fan drive control circuit according to the present invention, (A) is a plan view of the fan unit, and (B) is a case where the fan unit is mounted on a rack. FIG.
4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the temperature detection circuit. FIG. 4A is a circuit diagram of the temperature detection circuit according to the present invention, and FIG. 4B is an equivalent circuit thereof.
FIG. 5 is a circuit diagram of a second embodiment of the fan drive control circuit according to the present invention.
FIG. 6 is a graph showing a change in fan supply voltage when the temperature is changed in the second embodiment of the fan drive control circuit according to the present invention;
7 is a circuit diagram when the same power is supplied to the fan drive control circuit according to the present invention, and FIG. 7A is a circuit diagram showing a case where a three-terminal regulator is added to the first embodiment; B) is a circuit diagram showing a case where a three-terminal regulator is added to the second embodiment.
FIG. 8 is a circuit diagram of a conventional fan drive control circuit that changes the rotational speed of the fan according to temperature.
FIG. 9 is a circuit diagram of a conventional fan drive control circuit for turning on / off a fan according to temperature.
FIG. 10 is a circuit diagram of a conventional fan drive control circuit that switches the rotational speed of the fan to two stages of low speed and high speed depending on the temperature.
[Explanation of symbols]
1 Fan drive control circuit
2 Temperature detection circuit
3 Reference voltage circuit
3b Hysteresis circuit
4 Amplifier circuit
4a Feedback circuit
5 Cooling fan (fan)
Rt thermistor (temperature detection element)
D1 Diode (rectifier)
U1 operational amplifier
Q1 transistor

Claims

A temperature detection circuit that has a temperature detection element whose resistance value changes corresponding to the ambient temperature and outputs a temperature corresponding voltage corresponding to the resistance value of the temperature detection element, and a reference that outputs a reference voltage corresponding to the set temperature a voltage circuit, is composed of an amplifying circuit for amplifying the difference by comparing the reference voltage and the temperature-dependent voltage, a fan drive control circuit for driving the fan by the output of the amplifier circuit,
The amplifier circuit is
Is connected to the output terminal of the output end and the reference voltage circuit of the temperature detection circuit to the input terminal, an operational amplifier for outputting from the output terminal to amplify the difference by comparing the reference voltage and the temperature-dependent voltage,
A PNP type transistor having a base connected to the output terminal of the operational amplifier, an emitter connected to a power source, and a collector connected to the fan ;
A feedback having a diode having an anode connected to the collector of the transistor and a cathode connected to the input terminal of the operational amplifier, and negatively feeding back an output from the collector of the transistor to the input terminal of the operational amplifier Circuit and
When the ambient temperature is lower than the set temperature, the output of the operational amplifier turns off the transistor to disconnect the power source and the fan, and a reverse voltage is applied to the diode to turn off the feedback circuit. Therefore, the state where the output of the operational amplifier keeps the transistor off,
When the ambient temperature is equal to or higher than the set temperature, the output of the operational amplifier turns on the transistor to connect the power supply and the fan, and a forward voltage is applied to the diode to turn on the feedback circuit. -out negative feedback work by being, fan drive control circuit, characterized in that changing the voltage applied to the fan in proportion to the ambient temperature by the amplifier circuit.

The said reference voltage circuit has a hysteresis circuit which lowers | hangs the said reference voltage and reduces the said preset temperature, when the electric power is supplied to the said fan from the said power supply by the said amplifier circuit. Fan drive control circuit.

The feedback circuit includes a Zener diode having a cathode connected to the cathode of the diode and an anode connected to the input terminal between the diode and the input terminal of the operational amplifier. 3. The fan drive control circuit according to 1 or 2.