KR100473268B1 - 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 장비에서 발생되는 열을 감지하여 최적의 온도 조건에 되도록 팬 속도를 펄스폭변조 방식으로 제어하는 제어장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 제어장치는, 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성수단; 기준 전압으로부터 삼각파를 생성하는 삼각파 생성수단; 냉각대상 장비의 온도를 감지하여 전압값으로 변환하는 온도 감지수단; 온도 감지수단의 출력 전압과 삼각파 생성수단에 의해 생성된 삼각파를 비교하여 제어전압을 출력하는 비교수단; 비교수단에서 출력되는 제어전압에 따라 냉각장비의 구동전압을 조절하는 제어수단을 포함하여 구성된다. 상기 구성의 결과, 소음 방지, 팬 수명 연장, 소모전력 감소 등의 효과가 있다.

Description

온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치 {Apparatus for controlling cooling fan speed depending upon temperature of device}

본 발명은 팬 트래이 유니트(Fan Tray Unit)의 팬 속도 제어장치와 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 장비에서 발생되는 열을 감지하여 최적의 온도 조건에 되도록 팬 속도를 제어하기에 적당하도록 하기 위한 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치와 그 방법에 관한 것이다.

일반적으로 통신시스템 등과 같이 발열되는 소자를 포함하는 장비는 과열을 방지하고 회로 소자를 보호하기 위하여 냉각팬을 이용한다. 다수개의 냉각팬이 배치된 팬 트래이 유니트를 사용하기도 한다.

도1은 일반적인 팬 트래이 유니트의 구조도이다.

도1에 도시된 유니트는 팬 트래이 유니트내에 팬(111)을 설치하여 단순히 각 입력에 대한 48V 또는 24V용 팬(111)을 병렬로 연결시켜 전원(120)을 공급하여 작동시키는 구조로 되어 있다. 유니트는 일예로, 4개의 모듈(110)로 구성되고, 각 모듈(110)에는 3개의 팬(111)이 있으며, 각 모듈(110)마다 입력전원(120)이 공급되고, 모듈(110)내 각 팬(111)은 입력전원(120)에 대하여 병렬로 연결된다.

통신시스템의 경우, 팬 트래이 유니트는 시스템 장비의 하단에 설치된다. 장비내 각 보드에서 발생되는 열을 효과적으로 냉각시키기 위하여 팬 트래이 유니트내에 여러 개의 팬을 장착하여 일정한 방향으로 팬(111)을 가동시켜 공기를 강제 순환시킴으로써 열교환이 이루어지도록 한다.

이때 발생되는 팬(111)의 송풍력으로 보드의 열을 강제 냉각시킨다. 팬 트래이 유니트 내부에 팬(111)이 모듈화 되어 있고, 각 모듈(110)에 팬 전원(120)이 병렬로 접속되어 있는 구조로 되어 있으며, 장비 가동과 동시에 팬 트래이 유니트에 전원이 공급된다. 이처럼 병렬로 연결된 팬(111)에 전원이 공급됨과 동시에 각 팬(111)이 작동되어 팬 트래이 유니트의 냉각 기능이 구동된다.

도2는 종래기술에 따른 팬 트래이 유니트내 팬 전원이 병렬로 공급되는 구조를 보인 것이다.

그런데 종래의 팬 트래이 유니트는 팬에 전원이 인가됨과 동시에 작동이 되는 구조로 되어 있으며, 장비내의 온도의 증감의 상태와 관계없이 항상 팬의 최대의 속도로 작동된다. 즉, 정격전원 인가시 장비의 발열상태와 무관하게 팬의 속도가 일정하게 작동하는 방식인데, 최대 속도로 작동됨으로 인해 팬 구동에 따른 소음이 크고 전력소모가 많은 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 장비에서 발생되는 열을 감지하여 최적의 온도 조건에 되도록 팬 속도를 펄스폭변조(Pulse Width Modulation, PWM) 방식으로 제어하기에 적당하도록 하기 위한 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치와 그 제어방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치는, 냉각장비의 구동을 위한 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성수단과; 상기 기준전압 생성수단의 출력전압을 이용하여 구형파를 생성하는 제1연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기로부터 출력된 구형파를 이용하여 삼각파를 생성하는 적분기를 포함하는 삼각파 생성수단과; 상기 냉각장비의 주변온도를 감지하여 전압값으로 변환하는 온도 감지수단과; 상기 온도 감지수단의 일단이 반전단자가 접속되고, 상기 삼각파 생성수단의 출력단이 비반전단자에 접속된 연산증폭기로 이루어져 양입력전압을 비교하고 그 결과에 따른 제어전압을 출력하는 비교수단과; 상기 비교수단의 출력단에 게이트단이 접속되고, 냉각장비의 전원입력단에 드레인단이 연결되며, 접지에 소오스단이 연결된 트랜지스터를 포함하는 제어수단을 이루어진 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치를 제공한다.

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본 발명에 의한 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어방법은, 기준전압을 이용하여 삼각파를 생성하는 삼각파 생성단계와; 냉각 대상의 온도를 감지하고, 상기 온도에 따라서 전압을 출력하는 온도 감지단계와; 상기 온도 감지단계에 의해서 출력된 전압과 상기 삼각파 생성단계의 삼각파전압을 비교하여, 상기 온도 감지단계에서 출력된 전압보다 큰 삼각파전압만을 제어전압으로 출력하는 것을 특징으로 하는 비교단계와; 상기 비교단계의 제어전압에 따라 냉각장비의 구동전압을 조절하는 제어단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어방법은, 상기 삼각파 생성단계는, 상기 기준전압을 이용하여 구형파를 생성한 후, 상기 구형파를 이용하여 삼각파를 생성하는 것을 특징으로 한다.

다음은 첨부한 도면을 기초로 하여 본 발명에 의한 바람직한 실시예를 설명한다.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치의 블록도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 도면 부호 (10)은 기준전압부이다. 상기 기준전압부(10)는 기준 전압(Reference Voltage,본 실시예에서는 6V이다)을 생성한다. 상기 기준전압부(10)에는 삼각파 발생부(20)가 연결되어 있다. 상기 삼각파 발생부(20)는 상기 기준 전압을 기준으로 삼각파를 생성한다. 즉, 본 실시예에서 처럼 기준전압을 6V로 하는 경우 상기 삼각파의 진폭은 6V가 된다.

그리고, 상기 삼각파 발생부(20)에는 비교기(30)의 일단자가 연결된다. 상기 비교기(30)의 타단자에는 온도감지부(40)가 연결된다. 상기 온도감지부(40)는 냉각 대상 장비의 주위 온도를 감지하여 전압값으로 변환한다. 그리고, 상기 비교기(30)는 온도감지부(40)의 출력 전압과 삼각파 발생부(20)에 의해 생성된 삼각파 전압를 비교하여 제어전압을 출력한다.

상기 비교기(30)에는 제어부(50)가 연결된다. 상기 제어부(50)는 상기 비교기(30)에서 출력되는 제어전압에 따라 팬(1)의 구동전압을 조절한다.

다음은 도4를 기초로 하여 본 발명의 실시예에 의한 구체적인 회로 소자에 대하여 설명한다.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 팬 트래이 유니트내 팬의 펄스진폭변조 제어회로의 상세도이다. 도4에 도시된 바와 같이, 기준 전압부(10)는 전압분배기(Vcc,R1,R2)와 연산증폭기(12)로 구성되고, 상기 전압분배기(Vcc,R1,R2)는 연산증폭기(12)의 비반전단자에 연결된다.

그리고, 상기 기준 전압부(10)에 연결되는 삼각파 발생부(20)는, 연산증폭기(22)와 적분기(23){연산증폭기(24)와 커패시터(C1)로 구성}를 포함하여 구성된다.

상기 연산증폭기(22)는 연산증폭기(12)에 의해 생성된 기준전압을 구형파로 변환시키고, 상기 적분기(23)는 상기 구형파를 삼각파로 변환시킨다.

상기 연산증폭기(22)의 반전단자는 연산증폭기(12)의 출력단자에 연결된다. 그리고, 상기 연산증폭기(24)의 비반전단자는 연산증폭기(12)의 출력단자에 연결되고, 연산증폭기(24)의 반전단자는 연산증폭기(22)의 출력단자에 연결된다.

상기 삼각파 발생부(20)에 연결되는 비교기(30)는 연산증폭기로 구현되며, 상기 비교기(30)의 비반전단자에 상기 연산증폭기(24)의 출력단자가 연결된다.

그리고, 상기 비교기(30)의 반전단자에는 온도감지부(40)가 연결되며, 온도감지부(40)는 온도 증가시 저항이 감소되는 부특성써미스터로 구현된다.

상기 비교기(30)에 연결되는 제어부(50)는 전계효과트랜지스터(Field Effect Transistor, 이하 FET라 한다)로 구현된다. 상기 FET의 게이트단자는 상기 비교기(30)의 출력단자에 연결되고, FET의 드레인단자는 팬(1)의 구동전원(Vcc)에 연결된다.

그리고, 상기 FET(50)와 구동전원(Vcc)과의 사이에 있는 다이오드(D1)는 팬(1) 내부 코일에 축적된 에너지를 효과적으로 흘려 보내는 플라이휠 다이오드(Flywheel Diode)로서 커패시터(C2)와 함께 FET(50)를 보호하는 역할을 한다.

그리고, 팬(1)의 정격전압 Vcc는 종래와 같이 24V 또는 48V가 되지만, 기타의 정격전압도 가능하다.

다음은 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명인 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치에 의한 냉각팬 제어방법의 바람직한 실시예에 대하여 설명한다.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어방법의 순서도이다.

상기 기준전압부(10)의 연산증폭기(12)의 비반전단자에 접속된 저항 R1과 R2간의 분배비에 의해 6V의 기준전압을 생성한다. 상기 기준전압은 상기 연산증폭기(12)에 의해 증폭된 후, 상기 삼각파 발생부(20)의 연산증폭기(22)의 반전단자로, 그리고 연산증폭기(24)의 비반전단자로 각각 공급된다. 상기 6V의 기준 전압을 상기 연산증폭기(22,24)로 각각 공급하는 이유는 파형 발생시 파형의 진폭을 설정하기 위함이다(제610단계).

그리고, 상기 삼각파 발생부(20)의 연산증폭기(22)는, 상기 제610단계에 의해 공급된 6V의 기준 전압을 기반으로 구형파(Square Wave)를 생성한다(제612단계). 그리고, 상기 연산증폭기(22)에 의해 생성된 구형파는 적분기(23)를 통과하면서 삼각파로 변환된다(제614단계).

한편, 온도 감지부(40)가 저항 R6과 함께 사용되어서 냉각대상이 되는 장비의 주위 온도를 감지한다(제616단계). 상기 온도 감지부(40)는 감지된 온도에 따라서 일정 전압을 출력하며 이 전압을 슬라이싱전압(Slicing Voltage)이라고 한다. 이는 상기 삼각파 전압을 슬라이싱한다는 의미를 내포하고 있는 것이다(제618단계).

상기와 같이 생성된 삼각파 파형과 슬라이싱전압은, 비교기(30)의 비반전단자와 반전단자로 각각 입력된다. 그리고, 상기 비교기(30)는 삼각파전압과 슬라이싱전압의 크기를 비교한다. 상기 삼각파전압과 슬라이싱전압의 비교 결과 슬라이싱전압보다 큰 값을 가지는 삼각파 전압값만을 비교기(30)의 출력단자로 출력시킨다(제620단계).

상기 제620단계에 의한 비교기(30)에서 출력된 전압은 상기 FET(50)의 게이트단자로 입력된다. 그리고, 상기 FET(50)는 게이트단자로 입력된 전압을 제어변수로 하여 드레인단자로 출력되는 전압(제어전압)을 제어함으로써 제어전압을 생성한다(제622단계).

그리고, 상기 FET(50)에 의해 출력된 제어전압에 의해 팬(1)이 구동하게 된다(제624단계).

다음은 도6을 기초로하여 펄스폭변조(PWM) 제어과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명한다.

도6은 팬을 구동시키기 위한 펄스폭변조 제어시의 제어전압을 보인 것이다.

장비내 온도가 높아 졌을 경우, 온도 감지부(40)내 부특성써미스터의 내부 저항이 감소되어 비교기(30)의 부입력측 전위를 증가시키게 되므로, 비교기(30)에서 도5의 ⓐ 제어전압과 같이 펄스폭변조 제어 없이 하이 레벨의 전압이 제어용 FET(50)의 게이트단자에 인가된다.

ⓐ 제어전압과 같이 하이 레벨의 전압이 인가되면, 제어용 FET(50)는 게이트 전압에 의해 구동되어 정격전압 Vcc를 드레인단자에 접속된 팬(1)으로 공급하게 된다. 따라서 제어 초기에는 팬(1)이 최대의 속도로 되어 장비내 보드를 냉각시키기 시작한다.

일예로 통신시스템의 운용중 전부하가 걸리면 전체 소자가 작동을 하게 됨으로써 소자 발열에 의해 장비 전체의 온도가 올라가게 되고, 통화 호가 감소되어 부하가 줄면 가입자 제어 소자들의 작동수가 줄어들어 소자에 의한 발열량이 감소하고 온도가 내려간다.

냉각이 지속되어 장비내의 온도가 낮아지는 경우, 온도 감지부(40)의 부특성써미스터에서는 내부저항이 증가하게 되며, 도6의 ⓒ 상태의 제어전압이 제어부(50)의 FET 게이트단자에 걸리게 된다. ⓒ 제어전압이 되면, FET(50)의 게이트단자에 인가되는 평균 전압값이 ⓐ 제어전압의 약 1/5로 줄게 되어 FET(50)은 팬 구동전압은 정격전압 Vcc의 1/5만큼으로 제어된다. 이처럼 장비내의 온도에 의한 팬 속도 제어가 이루어져 팬(1)의 속도가 느려지게 되는 것이다.

도6에서 펄스폭변조 제어는 온도 감지부(40)에 의해 주위 온도가 감지되면, 비교기(30)를 이용하여 삼각파 발생부(20)에서 출력되는 삼각파 파형과 비교한다. 도5의 (a)를 참조하여 비교기(30)의 출력전압을 설명하면, 온도가 최대로 높을 경우에는 ⓐ 상태로 되며, 발열량이 상당하나 온도가 최대치에 미치지 못할 경우에는 ⓑ 상태로 되며, 온도가 낮을 경우에는 ⓒ 상태로 된다.

도5의 (b)는 온도 감지부(40)내 부특성써미스터에 의해 검지한 온도가 비교기(30)에 의해 비교된 후, 비교기(30)의 제어전압을 인가받게 되는 FET(50)의 출력 파형을 보인 것이다. 팬(1) 구동시 ⓐ, ⓑ, ⓒ에서 보는 것과 같이 팬(1)에 공급되는 전압의 폭을 가변적으로 변경시켜 팬(1)의 속도를 제어한다. 예를 들어, ⓐ 상태에서는 정격전압 Vcc의 100%, ⓑ 상태에서는 정격전압 Vcc의 80%, ⓒ 상태에서는 정격전압 Vcc의 20% 정도가 팬(1)에 인가되도록 제어한다.

이처럼 본 실시예는 기준 전압으로부터 삼각파형을 생성하고, 장비내 온도에 따른 전압값을 검출하여 상기 삼각파형과 비교하고, 상기 비교 결과에 따른 팬 구동전압을 제어하는 것이다.

이상 설명한 실시예는 본 발명의 다양한 변화, 변경 및 균등물의 범위에 속한다. 따라서 실시예에 대한 기재내용으로 본 발명이 한정되지 않는다.

본 발명의 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치에 따르면, 팬 트래이 유니트에 사용되고 있는 팬을 장비내의 온도에 따라 가변적으로 작동시킴으로써 소음 방지, 팬 수명 연장, 소모전력 감소 등의 효과가 있다.

도1은 일반적인 팬 트래이 유니트의 구조도.

도2는 종래기술에 따른 팬 전원 공급 구조도.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치의 블록도.

도4는 본 발명의 실시예에 따른 팬 트래이 유니트내 펄스진폭변조 제어회로의 상세도.

도5는 본 발명의 실시예에 따른 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어방법의 순서도.

도6은 본 발명의 실시예에 따른 펄스진폭변조 제어전압선도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 팬 10 : 기준 전압부

20 : 삼각파 발생부 30 : 비교기

40 : 온도 감지부 50 : 제어부

12, 22, 24, 30 : 연산증폭기

Claims (5)

1. 냉각장비의 구동을 위한 기준 전압을 생성하는 기준전압 생성수단과;

   상기 기준전압 생성수단의 출력전압을 이용하여 구형파를 생성하는 제1연산증폭기와, 상기 제1연산증폭기로부터 출력된 구형파를 이용하여 삼각파를 생성하는 적분기를 포함하는 삼각파 생성수단과;

   상기 냉각장비의 주변온도를 감지하여 전압값으로 변환하는 온도 감지수단과;

   상기 온도 감지수단의 일단이 반전단자가 접속되고, 상기 삼각파 생성수단의 출력단이 비반전단자에 접속된 연산증폭기로 이루어져 양입력전압을 비교하고 그 결과에 따른 제어전압을 출력하는 비교수단과;

   상기 비교수단의 출력단에 게이트단이 접속되고, 냉각장비의 전원입력단에 드레인단이 연결되며, 접지에 소오스단이 연결된 트랜지스터를 포함하는 제어수단을 이루어진 것을 특징으로 하는 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치.
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5. 제1항에 있어서, 상기 제어수단은 게이트 단자가 상기 비교수단의 출력단에 접속되고, 드레인 단자가 냉각장비의 전원입력단에 접속되며, 소스 단자는 접지된 필드효과트랜지스터인 것을 특징으로 하는 온도감지를 이용한 냉각팬 속도 제어장치.