JP3773245B2 - Fan drive control circuit - Google Patents
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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
[0007]
The
[0008]
The
[0009]
Since the transistor Q51 functions as an amplifier circuit for a current buffer for supplying the output of the
[0010]
According to such a configuration, the difference between the temperature-corresponding voltage Vt and the reference voltage Vref is amplified by the
[0011]
FIG. 9 shows a fan
[0012]
The power
[0013]
According to such a configuration, when the temperature-corresponding voltage Vt of the
[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
[0015]
FIG. 10 shows a fan
[0016]
The power
[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
[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
[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
[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
[0027]
FIG. 3 shows a case where the
[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
[0030]
The
[0031]
Here, the temperature-corresponding voltage Vt output from the
[0032]
[Expression 1]
Vs = + V1 · Rb / (Rt + Rb) (1)
Rs = Rt · Rb / (Rt + Rb) (2)
[0033]
Therefore, according to Thevenin's theorem, the
[0034]
The
[0035]
[Expression 2]
Vr = + V1 · R2 / (R1 + R2) (3)
Rr = R1 · R2 / (R1 + R2) (4)
[0036]
The reference voltage Vref output from the
[0037]
The
[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
[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
[0040]
In the fan
[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
[0042]
The Zener diode Dz of the feedback circuit 4a is connected to the cooling
[0043]
The transistor Q1 constituting the
[0044]
As described above, since the fan
[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
[0046]
The
[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
[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
[0049]
In FIG.Round numbers 1-4The figure showing the relationship of the supply voltage to the cooling
[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
[0051]
Similarly, when the ambient temperature drops and the power supply to the cooling
[0052]
The
[0053]
As described above, similarly to the first embodiment, the fan
[0054]
In the first and second embodiments described above, the first and
[0055]
When the first and
[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 (3)
前記増幅回路が、
入力端子に前記温度検出回路の出力端および前記基準電圧回路の出力端が接続され、前記温度対応電圧と前記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、
前記演算増幅器の前記出力端子にベースが接続され、電源にエミッタが接続され、前記ファンにコレクタが接続されたPNPタイプのトランジスタと、
前記トランジスタの前記コレクタにアノードが接続され、前記演算増幅器の前記入力端子にカソードが接続されたダイオードを有し、前記トランジスタの前記コレクタからの出力を前記演算増幅器の前記入力端子に負帰還する帰還回路とから構成され、
前記周囲温度が前記設定温度より低い場合は、前記演算増幅器の出力が前記トランジスタをオフして前記電源と前記ファンとを切断するとともに、前記ダイオードに逆方向電圧が印加されて前記帰還回路がオフされるため、前記演算増幅器の出力が前記トランジスタをオフしている状態を維持し、
前記周囲温度が前記設定温度以上の場合は、前記演算増幅器の出力が前記トランジスタをオンして前記電源と前記ファンとを接続するとともに、前記ダイオードに順方向電圧が印加されて前記帰還回路がオンされることにより負帰還が働き、前記増幅回路により前記周囲温度に比例して前記ファンに印加される電圧を変化させることを特徴とするファン駆動制御回路。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.
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