JP4783716B2 - ファンシステム - Google Patents

Description

本発明は、ファンシステムに関し、特にサーモエレメントを備えるファンシステムに関する。

一般に、大型の電子システムには全てファンシステムが備えられて、電子システムが正常な動作温度を維持して、正常に運転できるようにしている。そして、ファンシステム自身もまた、動作温度（Operating Temperature）のような、特定の使用規格を有する。
図１に示したのは、従来のファンシステム１のブロック図である。ファンシステム１は、ファンモジュール１１及び起動モジュール１２を備える。このうち、起動モジュール１２はファンモジュール１１を起動させて放熱を行う。

しかしながら、ファンシステム１の動作温度が高すぎたり、低すぎたりすると、ファンシステム１自身が破損する場合がある。

上述の問題に鑑み、従来のファンシステム１においては、通常、アナログ式コントロールチップ１３を採用して、ファンシステム１の置かれている環境の環境温度を感知することによって、間接的にファンシステム１の動作温度を感知し、動作温度が高すぎたり、低すぎたりした場合には、自動的にファンシステム１の動作を停止して、保護するようになっている。

しかしながら、アナログ式コントロールチップ１３は高価であるため、これを備えた従来のファンシステム１は、全体の生産コストが高くなるという欠点がある。また、アナログ式コントロールチップ１３は、ソフトスタート（soft-start）の機能を持たない。

そこで、本発明は、サーモエレメントを用いてファンシステムの動作温度を間接的に感知することによって、動作温度が高すぎたり、低すぎたりした場合に、ファンモジュールの動作を停止して、ファンシステムを保護することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係るファンシステムは、電子システムの内部に備えられたファンシステムであって、ファンモジュールと、ファンモジュールに電気的に接続され、ファンモジュールを起動させる起動モジュールと、ファンモジュール自身の動作温度に連関する電子システムの内部の温度である環境温度に応じたセンサー信号を発生させるサーモエレメントと、環境温度がファンモジュールを破損させることなく動作させ得る上限温度である第一設定温度よりも高い場合に、起動モジュールをコントロールしてファンモジュールをＯＦＦにする第一コントロールユニットと、環境温度がファンモジュールを破損させることなく動作させ得る下限温度である第二設定温度よりも低い場合に、起動モジュールをコントロールしてファンモジュールをＯＦＦにする第二コントロールユニットとを備える。このうち、第一コントロールユニットは、起動モジュールに電気的に接続された第一スイッチと、第一入力端子、第二入力端子、及び出力端子を備え、第一入力端子が前記第一設定温度に関係する第一リファレンス信号を受け、第二入力端子がセンサー信号を受け、出力端子が第一スイッチに電気的に接続されることで、第一スイッチをコントロールする第一コンパレーターとを備えている。また、第二コントロールユニットは、起動モジュールに電気的に接続された第二スイッチと、第一入力端子、第二入力端子、及び出力端子を備え、第一入力端子がセンサー信号を受け、第二入力端子が前記第二設定温度に関係する第二リファレンス信号を受け、出力端子が第二スイッチに電気的に接続されることで、第二スイッチをコントロールする第二コンパレーターとを備えている。

本発明のファンシステムによれば、サーモエレメントで環境温度を感知することによって間接的にファンシステムの動作温度を感知し、動作温度が高すぎる場合と、低すぎる場合のいずれの場合においても、ファンモジュールをＯＦＦにすることでファンシステムを破損等から保護することができる。また、本発明のファンシステムは、アナログ式コントロールチップを使用しないので、全体の生産コストを低く抑えつつ、ファンシステムの正常な動作を維持することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明のファンシステムの好適な実施例について説明する。

まず、図２を参照して、本発明の好適な実施例のファンシステムについて説明する。ファンシステム２は、電子システム（図には示されていない）の内部に備えられて、放熱を行う。

ファンシステム２は、ファンモジュール２１、起動モジュール２２、コントロールモジュール２３及びサーモエレメント２４を備える。このうち、ファンモジュール２１はファンを有する。放熱が必要な程度に応じて、ファンモジュール２１は複数のファンを有し、放熱効果が高められる。

起動モジュール２２はファンモジュール２１に電気的に接続され、ファンモジュール２１を駆動する。サーモエレメント２４は、環境温度に応じたセンサー信号Ｖ_ｔ（例えば、電圧値）を発生させる。本実施例において、サーモエレメント２４は、負の温度係数を持つサーミスタである。サーモエレメント２４が感知する環境温度は電子システム内の環境温度である。通常、電子機器の動作温度と、その電子機器周辺の温度（環境温度）は相互に連関するので、本発明において、環境温度を感知することと、動作温度を感知することは実質的に等価である。負の温度係数を持つサーミスタ自身の特性により、例えば、電子システム内部の温度が上がると、サーモエレメント２４の抵抗値が小さくなり、センサー信号Ｖ_ｔの電圧値はそれに伴って下がる。逆に、電子システム内部の環境温度が下がると、サーモエレメント２４の抵抗値が大きくなり、センサー信号Ｖ_ｔの電圧値はそれに伴って上がる。

コントロールモジュール２３は、センサー信号Ｖ_ｔを受け、それによって起動モジュール２２をコントロールする。環境温度が第一設定温度より高い場合、及び第二設定温度より低い場合に、コントロールモジュール２３が起動モジュール２２をコントロールし、ファンモジュール２１をＯＦＦにして、異常な環境温度下で動作されることによって、ファンシステム２が破損するのを防ぐ。本実施例において、第一設定温度と第二設定温度は、ファンシステム２自身の使用規格によって決まる。第一設定温度は、ファンシステム２の上限動作温度であり、第二設定温度は、ファンシステム２の下限動作温度であり、例えば、第一設定温度は７０℃、第二設定温度は−４０℃である。

次に、図３を参照すると、コントロールモジュール２３は、第一コントロールユニット２３１及び第二コントロールユニット２３２を備える。このうち、第一コントロールユニット２３１は、主に第一スイッチＱ_１及び第一コンパレーターＵ_１を備え、第二コントロールユニット２３２は、主に第二スイッチＱ_２及び第二コンパレーターＵ_２を備える。

第一スイッチＱ_１及び第二スイッチＱ_２は、トランジスタあるいはその他のスイッチ機能を持つ電子素子である。本実施例において、第一スイッチＱ_１及び第二スイッチＱ_２は、ＮＭＯＳトランジスタである。

第一コントロールユニット２３１に関して、第一スイッチＱ_１のドレインは起動モジュール２２に電気的に接続され、起動モジュール２２をコントロールするとともに、第一スイッチＱ_１のソースは接地されている。

第一コンパレーターＵ_１は、第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１、第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２及び出力端子ｏｕｔｐｕｔを備える。本実施例において、第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１は非反転入力端子であり、第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２は反転入力端子である。

第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１は、第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１を受ける。第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１は、少なくとも２個の抵抗器からなる分圧回路によって生成される電圧で、その電圧値は、抵抗値を変化させることによって、調節することが可能である。本実施例において、第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１は、ファンシステム２の上限動作温度の判定に用いられる。第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２は、抵抗器を介してセンサー信号Ｖ_ｔを受け、出力端子ｏｕｔｐｕｔは抵抗器を介して第一スイッチＱ_１のゲートに電気的に接続されて、第一スイッチＱ_１をコントロールする。説明を簡単にするために、第一コンパレーターＵ_１の電圧利得を１とし、センサー信号Ｖ_ｔが第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１より低い場合、出力端子ｏｕｔｐｕｔは正の電圧を出力して、第一スイッチＱ_１をＯＮにすることで、起動モジュール２２をコントロールして、ファンモジュール２１をＯＦＦにする。

また、本実施例では、第一コンパレーターＵ_１の第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２と出力端子ｏｕｔｐｕｔを、抵抗器Ｒ_１を介して電気的に接続することで、出力端子ｏｕｔｐｕｔの電圧をフィードバックしている。これにより、精度良くセンサー信号Ｖ_ｔと第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１の比較を行うことができ、例えば、第一設定温度が７０℃の場合に、第一コンパレーターＵ_１は、環境温度が正確に７０℃の時に、起動モジュール２２をコントロールして、ファンモジュール２１をＯＦＦにすることが可能である。

一方、第二コントロールユニット２３２に関して、第二スイッチＱ_２のドレインは、起動モジュール２２に電気的に接続され、起動モジュール２２をコントロールするとともに、第二スイッチＱ_２のソースは接地されている。

第二コンパレーターＵ_２は、第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１、第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２及び出力端子ｏｕｔｐｕｔを備える。本実施例において、第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１は非反転入力端子であり、第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２は反転入力端子である。

第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１は、抵抗器を介してセンサー信号Ｖ_ｔを受け、第二入力端子ｉｎｐｕｔ_２は、第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２を受ける。第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２は、少なくとも２個の抵抗器からなる分圧回路によって生成される電圧で、その電圧値は、抵抗値を変化させることによって調節することが可能である。本実施例において、第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２は、ファンシステム２の下限動作温度の判定に用いられる。出力端子ｏｕｔｐｕｔは抵抗器を介して第二スイッチＱ_２のゲートに電気的に接続されて、第二スイッチＱ_２をコントロールする。説明を簡単にするために、第二コンパレーターＵ_２の電圧利得を１とし、センサー信号Ｖ_ｔが第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２より高い場合、出力端子ｏｕｔｐｕｔは正の電圧を出力して、第二スイッチＱ_２をＯＮにすることで、起動モジュール２２をコントロールして、ファンモジュール２１をＯＦＦにする。また、第一入力端子ｉｎｐｕｔ_１と出力端子ｏｕｔｐｕｔは、抵抗器Ｒ_２を介して電気的に接続されている。抵抗器Ｒ_２は、上述の抵抗器Ｒ_１と同様の役割を果たす。

以上のように、センサー信号Ｖ_ｔが第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１よりも低いと判定された場合、及び第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２よりも高いと判定された場合に、第一コンパレーターＵ_１、または第二コンパレーターＵ_２の出力端子ｏｕｔｐｕｔは正の電圧を出力することとで、起動モジュール２２をコントロールし、ファンモジュール２１をＯＦＦにする。

本実施例における起動モジュール２２は、第三スイッチＱ_３、第四スイッチＱ_４、少なくとも１個のコンデンサーＣ、少なくとも１個の抵抗器Ｒ_３及び複数のダイオードＤ_１、Ｄ_２を備える。このうち、第三スイッチＱ_３及び第四スイッチＱ_４はトランジスタあるいはその他のスイッチ機能を持つ電子素子である。本実施例において、第三スイッチＱ_３はＰＭＯＳトランジスタであり、第四スイッチＱ_４はＮＭＯＳトランジスタである。

第三スイッチＱ_３のソースは、ダイオードＤ_１、Ｄ_２に電気的に接続される。そして、第三スイッチＱ_３のドレインはファンモジュール２１に電気的に接続され、ファンモジュール２１を駆動する。第三スイッチＱ_３のゲートは、抵抗器を介してダイオードＤ_３の一端に接続され、ダイオードＤ_３の他端は第四スイッチＱ_４のドレインに電気的に接続される。コンデンサーＣの一端は第三スイッチＱ_３のソースに電気的に接続され、コンデンサーＣの他端はダイオードＤ_３の一端に電気的に接続される。ダイオードＤ_３の一端には、さらに、抵抗器Ｒ_３の一端が電気的に接続され、抵抗器Ｒ_３の他端は接地されている。また、ダイオードＤ_１、Ｄ_２は、ショットキー・ダイオード（Schottky Diodes）で、電流の逆流を防ぐ。第四スイッチＱ_４のゲートは、第一スイッチＱ_１のドレイン及び第二スイッチＱ_２のドレインに電気的に接続される。

ファンシステム２の動作は以下の通りである。電子システムの内部温度（環境温度）が第一設定温度と第二設定温度の間（正常動作温度範囲内）である場合、サーモエレメント２４によって発生するセンサー信号Ｖ_ｔは、第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１より高く、第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２より低い。このため、第一スイッチＱ_１及び第二スイッチＱ_２はＯＦＦし、第四スイッチＱ_４はＯＮしている。

この場合において、例えば、ファンシステム２が電子システムに接続される等して、起動モジュール２２に入力電圧Ｖ_ｉｎが印加されると、コンデンサーＣが充電を開始する。そして、コンデンサーＣの両端の電圧値が第三スイッチＱ_３の起動電圧に達すると、第三スイッチＱ_３はＯＮになり、ファンモジュール２１を起動させて放熱を開始する。ここで注意すべきなのは、コンデンサーＣと抵抗器Ｒ_３の充電回路によって、ファンモジュール２１に印加される電流は、比較的緩やかに増していくので、このファンシステム２はソフトスタート効果を有するということである。

電子システムの内部温度が第一設定温度より高くなると、センサー信号Ｖ_ｔは第一リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ１より低くなる。このため、第一スイッチＱ_１がＯＮになり、第四スイッチＱ_４がＯＦＦになり、さらに第三スイッチＱ_３がＯＦＦになる。こうして、ファンモジュール２１はＯＦＦになり、ファンシステム２は高すぎる環境温度から保護される。

同様に、電子システム内部の温度が第二設定温度より低くなると、センサー信号Ｖ_ｔは第二リファレンス信号Ｖ_ｒｅｆ２より高くなる。このため、第二スイッチＱ_２がＯＮになり、第四スイッチＱ_４がＯＦＦになり、さらに第三スイッチＱ_３がＯＦＦになる。こうして、ファンモジュール２１はＯＦＦになり、ファンシステム２は低すぎる環境温度から保護される。以上のように、ファンシステム２は、サーモエレメント２４が感知した電子システムの内部温度（環境温度）が上限動作温度より高いか、あるいは、下限動作温度より低いかを監視するとともに、異常時には強制的にファンモジュール２１をＯＦＦすることで、ファンシステム２が破損するのを防いでいる。

以上のように、本発明のファンシステムによれば、サーモエレメントを用いてファンシステムの動作温度を感知することによって、動作温度が高すぎたり、低すぎたりした場合に、ファンモジュールをＯＦＦにしてファンシステムを保護することができる。また、本発明のファンシステムは、アナログ式コントロールチップを使用せずに、サーモエレメントを使用して動作温度を感知するので、従来の技術に比べ、全体の生産コストを低く抑えつつ、ファンシステムの正常な動作を確保することができる。

以上、本発明の実施例につき図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施例に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本発明に含まれる。

従来のファンシステムを示すブロック図である。 本発明の好適な実施例のファンシステムを示すブロック図である。 本発明の好適な実施例のファンシステムの回路図である。

符号の説明

１ ファンシステム
１１ ファンモジュール
１２ 起動モジュール
１３ アナログ式コントロールチップ
２ ファンシステム
２１ ファンモジュール
２２ 起動モジュール
２３ コントロールモジュール
２３１ 第一コントロールユニット
２３２ 第二コントロールユニット
２４ サーモエレメント
Ｖ_ｔ センサー信号
Ｖ_ｉｎ 入力電圧
Ｑ_１ 第一スイッチ
Ｑ_２ 第二スイッチ
Ｑ_３ 第三スイッチ
Ｑ_４ 第四スイッチ
Ｕ_１ 第一コンパレーター
Ｕ_２ 第二コンパレーター
Ｖ_ｒｅｆ１ 第一リファレンス信号
Ｖ_ｒｅｆ２ 第二リファレンス信号
ｉｎｐｕｔ_１ 第一入力端子
ｉｎｐｕｔ_２ 第二入力端子
ｏｕｔｐｕｔ 出力端子
Ｒ_１〜Ｒ_３ 抵抗器
Ｄ_１、Ｄ_２ ダイオード
Ｃ コンデンサー
Ｓ ソース
Ｇ ゲート
Ｄ ドレイン

Claims (8)

1. 電子システムの内部に備えられたファンシステムであって、
   ファンモジュールと、
   前記ファンモジュールに電気的に接続され、前記ファンモジュールを起動させる起動モジュールと、
   前記ファンモジュール自身の動作温度に連関する前記電子システムの内部の温度である環境温度に応じたセンサー信号を発生させるサーモエレメントと、
   前記サーモエレメントに電気的に接続されて前記センサー信号を受け、前記環境温度が前記ファンモジュールを破損させることなく動作させ得る上限温度である第一設定温度よりも高い場合に、前記起動モジュールをコントロールして前記ファンモジュールをＯＦＦにする第一コントロールユニットと、
   前記サーモエレメントに電気的に接続されて前記センサー信号を受け、前記環境温度が前記ファンモジュールを破損させることなく動作させ得る下限温度である第二設定温度よりも低い場合に、前記起動モジュールをコントロールして前記ファンモジュールをＯＦＦにする第二コントロールユニットと、
   を備え、
   前記第一コントロールユニットは、前記起動モジュールに電気的に接続された第一スイッチと、第一入力端子、第二入力端子、及び出力端子を備え、前記第一入力端子が前記第一設定温度に関係する第一リファレンス信号を受け、前記第二入力端子が前記センサー信号を受け、前記出力端子が前記第一スイッチに電気的に接続されることで、前記第一スイッチをコントロールする第一コンパレーターとを備え、
   前記第二コントロールユニットは、前記起動モジュールに電気的に接続された第二スイッチと、第一入力端子、第二入力端子、及び出力端子を備え、前記第一入力端子が前記センサー信号を受け、前記第二入力端子が前記第二設定温度に関係する第二リファレンス信号を受け、前記出力端子が前記第二スイッチに電気的に接続されることで、前記第二スイッチをコントロールする第二コンパレーターとを備える、
   ことを特徴とするファンシステム。
2. 前記第一スイッチ及び前記第二スイッチがトランジスタであることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
3. 前記第一コンパレーター及び前記第二コンパレーターの前記第一入力端子は非反転入力端子で、前記第一コンパレーター及び前記第二コンパレーターの前記第二入力端子は反転入力端子であることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
4. 前記第一コンパレーターの前記第二入力端子及び前記出力端子は抵抗器を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
5. 前記第二コンパレーターの前記第一入力端子及び前記出力端子は抵抗器を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
6. 前記起動モジュールは、
   一端が前記ファンモジュールに電気的に接続され、前記ファンモジュールをコントロールする第三スイッチと、
   前記第三スイッチに電気的に接続され、前記第三スイッチをコントロールする第四スイッチと、
   一端が前記第三スイッチに電気的に接続されるコンデンサーと、
   前記コンデンサーの他端に電気的に接続される抵抗器と、
   一端が入力電圧を受けるとともに、他端が前記第三スイッチに電気的に接続される少なくとも１個のダイオードと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。
7. 前記第三スイッチ及び前記第四スイッチがトランジスタであることを特徴とする請求項６に記載のファンシステム。
8. 前記サーモエレメントがサーミスタであることを特徴とする請求項１に記載のファンシステム。

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