KR100598404B1

KR100598404B1 - 냉각팬 제어회로

Info

Publication number: KR100598404B1
Application number: KR1020040097687A
Authority: KR
Inventors: 이병전
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2004-11-25
Filing date: 2004-11-25
Publication date: 2006-07-07
Also published as: CN1779588A; CN100458632C; US7256562B2; KR20060058749A; US20060109627A1

Abstract

본 발명은 냉각팬 제어회로에 관한 것이다. 본 발명에 따른 냉각팬 제어회로는 입력전원을 조절하여 냉각팬의 구동을 제어하는 것으로서, 주위 온도를 감지하는 온도감지부와, 상기 입력전원에 기초한 소정의 제어전원에 의해 상기 냉각팬을 구동하는 구동전원을 조절하여 출력하는 전원조절부와, 감지된 주위 온도의 변동에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 비례전원부와, 상기 감지된 주위 온도가 소정 수준 이하일 경우 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 고정전원부를 포함한다. 이에 의하여 주위 온도 변동을 감지하여 냉각팬을 저소음으로 동작시키며, 주위 온도 변동에 비례하여 냉각팬의 회전 속도를 비례적으로 제어하여 냉각팬의 동작에 따른 소음을 줄일 수 있다.

Description

냉각팬 제어회로{Control circuit of cooling fan}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로의 개략적 블록도,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로의 회로구성도,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬의 동작상태 그래프,

도 4는 종래의 냉각팬 제어회로의 회로구성도,

도 5는 종래의 냉각팬 제어회로의 동작상태 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 냉각팬 20 : 온도감지부

30 : 비례전원부 40 : 고정전원부

50 : 전원조절부

본 발명은 냉각팬 제어회로에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 주위 온도 변동을 감지하여 냉각팬의 회전 속도를 제어할 수 있도록 한 냉각팬 제어회로에 관한 것이다.

컴퓨터와 같은 정보처리기기, OA기기, 가전제품, 전원장치 등의 각종 전기/ 전자기기에는 기기의 작동에 의해 발생되는 열을 냉각하기 위하여 냉각팬이 사용되고 있다. 통상 냉각팬을 구동하는 팬모터의 회전수나 풍량 등은 기기의 예상되는 사용 온도를 고려하여 정해진다. 이에 따라 기기의 작동시 냉각팬이 일정한 구동속도로 설계되는 경우 냉각효율이 저하하거나 소음을 유발하는 것이 일반적이었다.

이를 보완하기 위하여 도 4에 도시한 종래의 냉각팬 제어회로는 온도 변동에 따라 냉각팬의 구동속도를 가변할 수 있도록 설계되어 있다.

도 4의 종래 냉각팬 제어회로는 주위 온도를 감지하는 서미스터(TH1)와 온도보상저항(R1, R2)으로 이루어진 온도감지부와, 온도변화에 따른 변화하는 감지전압과 소정의 기준전압을 비반전단자와 반전단자로 입력받아 비교하는 비교기(COM1, COM2)와, 비교기의 출력에 따라 입력전압을 냉각팬(FAN)으로 인가하는 스위칭부(TR)로 구성된다.

이에 의하여 종래 냉각팬 제어회로는 기기 작동 후 온도 변동에 따라 서미스터(TH1)의 저항치가 변하더라도 일정한 온도(t1)에 도달하기까지는 냉각팬(FAN)이 소정의 회전수(a)로 저속으로 구동한다. 즉 온도감지부에서 감지된 주위 온도가 일정한 수준(본 도면에서는 도 5의 t1)에 이르기까지는 각 비교기(COM1, COM2)의 동작이 차단되어 스위칭부(TR)는 디스에이블(오프) 상태를 유지하므로, 입력전원(+Vcc)은 출력저항(R5)을 거쳐 일정한 분배전압이 냉각팬(FAN)으로 공급되어 소정의 회전수(a)를 유지한다.

이후 주위 온도가 일정한 제1수준(t1)에 도달하면, 온도감지부의 서미스터(TH1)의 저항값이 저하하여 비교기1(COM1)에 비반전단자로 입력되는 감지전압 즉 온도보상저항(R1, R2)의 직렬합성에 분배되는 분배전압은 반전단자로 입력되는 저항(R4)에 분배되는 기준전압과 대비하여 상승된다. 이에 따라 비교기1(COM1)이 동작하여 스위칭소자(TR)의 베이스전류가 증가하여 컬렉터단자로부터 출력되는 1차 출력전압이 냉각팬(FAN)의 구동전원으로 공급된다. 이때 1차 출력전압은 출력저항(R5)에 의한 분배전압보다 더 높은 전압이 공급되므로 종전보다 증가된 소정의 회전수(b)를 유지한다.

그리고 주위 온도가 더 상승하여 다른 제2수준(t2)에 도달하면, 비교기2(COM2)에 입력되는 감지전압은 온도보상저항(R2)에 분배되는 분배전압이 제1수준(t1) 일 때보다 상승된다. 이에 따라 비교기2(COM2)가 동작하여 스위칭부(TR)의 베이스전류가 더 높이 증가하여 컬렉터단자로부터 1차 출력전압보다 더 높은 2차 출력전압이 출력되어 냉각팬(FAN)으로 공급된다. 이에 따라 비교기2(COM2)가 동작함에 따라 비교기1(COM1)의 동작시보다 더 높은 2차 출력전압에 의해 냉각팬(FAN)의 회전수는 종전의 회전수(b)보다 더 증가된 소정의 회전수(c)를 유지한다.

그러나 도 4와 같은 냉각팬 제어회로는 주위 온도의 변동에 따라 냉각팬의 회전수를 가변제어는 가능하지만, 도 5의 그래프에 나타난 바와 같이 온도 수준의 변동에 따라 냉각팬(FAN)으로 공급되는 출력전압이 급격하게 변동하여 회전수가 (a)에서 (b)로, (b)에서 (c)로 단계별로 급격하게 변동함에 따라 높은 소음이 발생한다.

따라서 본 발명의 목적은 주위 온도 변동을 감지하여 냉각팬을 저소음으로 동작할 수 있고, 주위 온도 변동에 비례하여 냉각팬의 회전 속도를 비례적으로 제어하여 냉각팬의 동작에 따른 소음을 줄일 수 있는 냉각팬 제어회로를 제공하는 것이다.

상기의 목적은, 본 발명에 따라, 입력전원을 조절하여 냉각팬의 구동을 제어하는 냉각팬 제어회로에 있어서, 주위 온도를 감지하는 온도감지부와, 상기 입력전원에 기초한 소정의 제어전원에 의해 상기 냉각팬을 구동하는 구동전원을 조절하여 출력하는 전원조절부와, 감지된 주위 온도의 변동에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 비례전원부와, 상기 감지된 주위 온도가 소정 수준 이하일 경우 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 고정전원부를 포함하는 냉각팬 제어회로에 의하여 달성된다.

여기서, 상기 비례전원부는, 감지된 주위 온도가 소정 수준 이상일 경우 온도 변동에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가할 수 있다.

그리고 상기 고정전원부는, 상기 비례전원부와 상기 냉각팬 사이의 지로에 마련되어, 소정의 옵셋입력전압에 기초하여 상기 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 제1비교기를 포함할 수 있다.

또한 상기 온도감지부는, 상기 입력전원에 접속되어 온도 변동을 감지하는 서미스터와, 상기 서미스터와 직렬접속되어 온도 변동에 따른 보상전압을 제공하는 보상저항을 포함하고; 상기 비례전원부는, 상기 입력전원과 상기 전원조절부 사이의 지로에 마련되며, 상기 온도감지부와 병렬로 마련되어 소정의 기준전압을 제공 하는 상호 직렬접속되는 한 쌍의 분압저항과, 상기 온도감지부의 온도변동에 따른 보상전압과 상기 기준전압을 비교하여 그 편차에 따른 편차전압에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 제2비교기를 포함하여 구성할 수 있다.

여기서, 상기 기준전압은 상기 옵셋입력전압 이상의 레벨로 설정되게 구성할 수 있다.

한편, 상기 전원조절부는, 상기 입력전원에 접속되는 입력단과, 상기 냉각팬으로 상기 구동전원을 출력하는 출력단과, 상기 제어전원이 인가되는 제어단을 갖는 스위칭소자를 포함하여 구성할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로의 개략적인 구성을 나타낸 블록도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로(1)는 입력전원을 조절하여 냉각팬(10)의 구동을 제어하는 것으로서, 주위 온도를 감지하는 온도감지부(20)와, 감지된 주위 온도의 변동에 비례하는 제어전원을 인가하는 비례전원부(30)와, 감지된 주위 온도가 소정 수준 이하일 경우 고정레벨의 제어전원을 인가하는 고정전원부(40)와, 입력전원에 기초하여 비례전원부(30)와 고정전원부(40)로부터 인가되는 소정의 제어전원에 의해 냉각팬(10)을 구동하는 구동전원을 조절하여 출력하는 전원조절부(50)를 포함한다. 여기서 냉각팬(10)을 구동하기 위한 구동모터는 별도로 도시하지 아니한다.

고정전원부(40)는, 비례전원부(30)와 냉각팬(10) 사이의 지로에 마련되어, 소정의 옵셋입력전압에 기초하여 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부(50)로 인가하는 제1비교기(COM1)를 포함할 수 있다(도 2 참조). 즉 고정전원부(40)는 온도감지부(10)에서 감지되는 연속적인 온도 증감과 무관하게 일정한 구동전원이 전원조절부(50)로부터 출력되어 냉각팬(10)을 소정의 고정된 회전수로 유지되도록 한다.

한편, 비례전원부(30)는 감지된 주위 온도가 소정 수준 이상일 경우 온도 변동에 비례하는 제어전원을 전원조절부(50)로 인가하도록 구성된다. 즉 감지온도가 제1수준(T1)에 도달하기까지의 온도구간('A'구간; 도 3 참조)에서는 고정전원부(40)에서 인가되는 제어전원에 의해 전원조절부(50)로부터 출력되는 제1구동전원이 일정한 저전압수준을 유지하여 냉각팬(10)은 저소음 모드로 동작한다.

그리고 감지된 주위 온도가 제1수준(T1)보다 상승하여 비례적으로 증가하는 구간('B'구간; 도 3 참조)에서는 비례전원부(30)에서 인가되는 제어전원에 의해 전원조절부(50)로부터 출력되는 제2구동전원이 온도 변동에 대하여 비례적으로 증가되어 냉각팬(10)의 회전수도 비례적으로 증가한다. 이에 따라 종래와 같이 온도 변동에 따라 냉각팬(10)의 회전수가 급격하게 단계적으로 변동되지 않으므로 회전수의 급상승에 따른 소음 발생을 줄이게 된다.

한편 도 3의 그래프에서 감지된 주위 온도가 'B'구간보다 더 상승하는 경우는 냉각팬(10)의 회전수가 일정하게 유지되는데, 이는 냉각팬(10)이 설치된 기기의 설계치에 따른 최고 온도 수준과 최고의 구동전원으로 동작하는 것으로 예시한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로(1)에서 각 구성부를 구체화한 도 2의 회로도를 참조하여 설명한다.

먼저 온도감지부(20)는 입력전원(+Vcc)에 접속되어 온도 변동을 감지하는 서미스터(TH1)와, 일단이 서미스터(TH1)와 직렬접속되고 타단이 그라운드에 접속되어 온도 변동에 따른 보상전압을 제공하는 보상저항(R1)을 포함한다. 여기서 서미스터(TH1)는 감지되는 온도와 저항값이 반비례하는 부성 온도 특성(negative temperature coefficient;NTC)을 갖는 서미스터로 구성될 수 있다. 이에 따라 서미스터(TH1)에서 감지되는 온도가 증가함에 따라 서미스터(TH1)의 저항값이 감소되므로, 서미스터(TH1)와 직렬연결된 보상저항(R1)에 분배되는 보상전압은 증가하게 된다.

그리고 비례전원부(30)는 입력전원(+Vcc)과 전원조절부(50) 사이의 지로에 마련되어 온도감지부(10)부터의 보상전압을 입력받도록 구성된다. 즉 비례전원부(30)는 온도감지부(10)의 서미스터(TH1) 및 보상저항(R1)과 병렬로 마련되어 소정의 기준전압을 제공하도록 상호 직렬접속되어 있는 한 쌍의 분압저항(R2, R3)과, 온도감지부(10)의 서미스터(TH1)와 보상저항(R1)간의 분배점에 비반전단자가 접속되고 한 쌍의 분압저항(R2, R3) 사이의 분배점에 반전단자가 접속되는 제2비교기(COM2)를 포함한다. 그리고 제2비교기(COM2)의 기준전압이 인가되는 반전단자와 후술하는 스위칭소자(TR)의 출력단 사이에는 귀환저항(R5)이 기준전압의 분압저항(R3)과 병렬로 접속되어 있다.

여기서 제2비교기(COM2)는 온도감지부(10)의 온도변동에 따른 보상전압과 분압저항(R2, R3)에 의한 기준전압을 각각 입력받고 이를 비교하여 그 편차에 따른 편차전압에 비례하는 제어전원을 전원조절부(50)로 인가한다. 또 제2비교기(COM2)는 특성상 비반전단자로 입력되는 감지전압이 소정 레벨에 도달한 이후, 즉 서미스터(TH1)에서 감지된 온도가 소정의 제1수준(T1)에 도달한 이후에 동작하여 온도변동의 연속적인 증감에 비례하여 연속적으로 증감하는 제어전원을 출력하도록 설계된다.

또한, 고정전원부(40)의 제1비교기(COM1)는 출력측이 후술하는 스위칭소자(TR)의 제어단에 접속된다. 그리고 제1비교기(COM1)의 입력측 반전단자는 기준전압을 제공하기 위한 한쌍의 분배저항(R7, R8)의 분배점에 접속되고, 비반전단자로는 소정의 옵셋입력전압(+Vs)이 옵셋저항(R6)을 거쳐 인가된다. 또한 제1비교기(COM1)의 비반전단자측에는 노이즈 억제를 위한 커패시터(C4)와 과도한 전압 역류를 방지하기 위한 제너다이오드(D1)가 그라운드를 거쳐 접속되어 있다.

이에 따라 냉각팬 제어회로(1)의 온도감지부(10)에서 감지된 온도가 'A'구간내에 있는 경우, 비례전원부(30)가 동작하지 아니한다. 그러면 고정전원부(40)는 제1비교기(COM1)로 입력되는 옵셋입력전압(+Vs)에 기초한 일정한 제어전원에 의해 전원조절부(50)에 마련된 스위칭소자(TR)의 베이스전류를 일정값으로 유지하여 스위칭소자(TR)를 거쳐 냉각팬(10)에 제공되는 구동전원이 일정한 전압레벨로 유지되어 정속 회전되도록 한다. 이때 냉각팬(10)에 인가되는 구동전원의 전압레벨은 제1비교기(COM1)의 비반단전단자에 접속된 분배저항(R7, R8)의 직렬합성저항에 분배되는 분배전압과 등가전압을 갖는다.

여기서, 제1비교기(COM1)에 입력되는 옵셋입력전압(Vs)은 제2비교기(COM2)의 비반전단자로 제공되는 분압저항(R3)에 의한 기준전압보다 동일하거나 더 낮은 전압레벨로 설정되게 구성할 수 있다. 또한 제1비교기(COM1)에 입력되는 옵셋입력전압(Vs)이 제2비교기(COM2)의 비반전단자로 제공되는 분압저항(R3)에 의한 기준전압보다 더 높은 전압레벨로 설정되게 구성할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 냉각팬 제어회로(1)에서 전원조절부(50)는 입력전원(+Vcc)과 냉각팬(10)의 일측 입력단자 사이에 접속되는 스위칭소자(TR)를 포함한다. 여기서 전원조절부(50)의 스위칭소자(TR)의 제어단에는 베이스전류를 제한하는 전류제한저항(R4)이 접속된다.

이때 스위칭소자(TR)는 입력전원(+Vcc)과 연결된 에미터단자는 입력단으로, 냉각팬(10)과 연결된 컬렉터단자는 출력단으로, 고정전원부(40)의 제1비교기(COM1)의 출력측 및 비례전원부(30)의 제2비교기(COM2)의 출력측과 연결된 베이스단자는 제어전원이 인가되는 제어단으로 각각 제공한다.

이에 따라 도 2에서 PNP타입으로 예시한 스위칭소자(TR)는 제어단에서 베이스전류의 증감을 제어함에 따라 입력단인 에미터단자로부터 입력되는 입력전압(+Vcc)에 의해 출력단인 컬렉터단자로부터 출력전압이 비례적으로 증감되어 냉각팬(10)의 구동전원으로 제공하게 된다.

즉 전원조절부(50)는 소정 제1수준(T1) 온도에 도달시까지는 고정전원부(40)에서 제공되는 제어전원에 의하여 냉각팬(10)으로 일정한 레벨의 구동전원을 제공한다. 그리고 온도감지부(10)의 서미스터(TH1)에서 감지된 온도가 제1수준(T1)보다 증가하여 소정의 제2수준(T2) 온도에 도달하기까지, 연속적으로 증감하는 온도변동 에 비례하여 비례전원부(40)에서 제공되는 제어전원에 의하여 냉각팬(10)의 연속적으로 비례하여 증감되는 구동전원을 제공한다.

앞의 실시예에서 전원조절부(40)를 구성하는 스위칭소자(TR)가 PNP타입인 것으로 예시하였으나, NPN타입으로도 구성할 수 있다. 이 경우 온도감지부(10)의 감지전압과 기준전압이 입력되는 제2비교기(COM2)와 고정전압을 제공하는 제1비교기(COM1)의 각 입력단자의 극성을 서로 다르게 구성할 수 있다.

그리고 각 비교기(COM1, COM2)는 OP앰프 또는 이와 등가수단을 이용하여 구현할 수 있다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

상술과 같이 본 발명에 따른 냉각팬 제어회로는, 주위 온도 변동을 감지하여 소정 온도까지는 냉각팬을 일정한 회전수로 저소음으로 동작시키며, 소정 온도 이상에서는 주위 온도 변동에 비례하여 냉각팬의 회전 속도를 비례적으로 제어하여 냉각팬의 동작에 따른 소음을 줄일 수 있다.

Claims

입력전원을 조절하여 냉각팬의 구동을 제어하는 냉각팬 제어회로에 있어서,

주위 온도를 감지하는 온도감지부와,

상기 입력전원에 연결되어 상기 냉각팬을 구동하는 구동전원을 조절하여 출력하는 전원조절부와,

상기 감지된 주위 온도의 변동에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 비례전원부와,

상기 감지된 주위 온도가 소정 수준 이하일 경우 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 고정전원부를 포함하는 냉각팬 제어회로.
제1항에 있어서,

상기 비례전원부는, 감지된 주위 온도가 소정 수준 이상일 경우 온도 변동에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 냉각팬 제어회로.
제1항에 있어서,

상기 고정전원부는, 상기 비례전원부와 상기 냉각팬 사이의 지로에 마련되어, 옵셋입력전압(Vs)에 기초하여 상기 고정레벨의 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 제1비교기(COM1)를 포함하는 냉각팬 제어회로.
제3항에 있어서,

상기 온도감지부는, 상기 입력전원에 접속되어 온도 변동을 감지하는 서미스터(TH1)와, 상기 서미스터와 직렬접속되어 온도 변동에 따른 보상전압을 제공하는 보상저항(R1)을 포함하고;

상기 비례전원부는, 상기 입력전원과 상기 전원조절부 사이의 지로에 마련되며, 상기 온도감지부와 병렬로 마련되어 기준전압을 제공하는 상호 직렬접속되는 한 쌍의 분압저항(R2, R3)과, 상기 온도감지부의 온도변동에 따른 보상전압과 상기 기준전압을 비교하여 그 편차에 따른 편차전압에 비례하는 제어전원을 상기 전원조절부로 인가하는 제2비교기(COM2)를 포함하는 냉각팬 제어회로.
제4항에 있어서,

상기 기준전압은 상기 옵셋입력전압 이상의 레벨로 설정되는 냉각팬 제어회로.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 전원조절부는, 상기 입력전원에 접속되는 입력단과, 상기 냉각팬으로 상기 구동전원을 출력하는 출력단과, 상기 제어전원이 인가되는 제어단을 갖는 스위칭소자(TR)를 포함하는 냉각팬 제어회로.