KR100672516B1

KR100672516B1 - 냉각팬의 가변 제어장치

Info

Publication number: KR100672516B1
Application number: KR1020050012064A
Authority: KR
Inventors: 장환수
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2005-02-14
Filing date: 2005-02-14
Publication date: 2007-01-24
Also published as: KR20060091180A

Abstract

본 발명은 히트 싱크(Heat Sink)의 온도에 따라 팬모터(Fan Motor)의 속도를 선형적으로 가변 제어하도록 한 냉각팬의 가변 제어장치에 관한 것으로, 컨트롤박스 내의 PCB 및 파워소자 냉각을 위한 히트싱크(Heat Sink)와, 히트싱크를 강제 대류시키기 위한 냉각팬을 구비한 전자제품의 냉각장치에 있어서, 상기 히트싱크에 설치되어 히트싱크의 온도에 따라 내부 저항이 가변하는 온도센서; 상기 온도센서와 직렬로 연결되어 히트싱크의 온도상승에 따라 상기 냉각팬의 회전속도가 선형적으로 증가하도록 온도센서의 내부저항에 따른 구동전류를 인가받아 상기 냉각팬을 구동하는 팬 모터; 상기 팬 모터의 구동을 위한 제어신호를 출력하는 마이컴; 그리고, 상기 마이컴에서 출력된 제어신호에 따라 상기 팬 모터의 구동을 스위칭하기 위한 스위칭부로 구성된다.

따라서, 본 발명은 전력소자의 온도 상승에 따라 선형적으로 팬 모터의 회전속도를 증가시키는 냉각장치를 구현함으로써 전자제품의 방열특성을 극대화시킬 수 있다.

히트싱크/냉각팬/팬모터/회전속도(RPM)/팬 소음

Description

냉각팬의 가변 제어장치{Apparatus for Variable Controlling of The Cooling-fan}

도 1은 종래 기술에 따른 냉각팬의 제어장치를 나타낸 회로 구성도

도 2는 본 발명에 따른 냉각팬의 가변 제어장치를 나타낸 회로 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10: 마이컴 20: 팬 모터

30: 온도센서

Q11: 트랜지스터

본 발명은 냉각팬 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트 싱크(Heat Sink)의 온도에 따라 팬모터(Fan Motor)의 속도를 선형적으로 가변 제어하도록 한 냉각팬의 가변 제어장치에 관한 것이다.

최근 들어, 소형화 및 고신뢰성이 요구되는 전자기기, 즉 컴퓨터 등과 같은 전자기기에는 고성능을 이루기 위한 CPU(Central Processing Unit)나 IC와 같이 전기적인 신호로 동작하는 집적회로패키지가 사용되고 있으며, 이 집적회로패키지에 서 발생되는 열은 성능을 저하시키는 직접적인 원인이 되므로 자연대류 또는 강제대류를 통해 방열시키고 있다.

일예로, 컴퓨터의 성능 증가에 비례하여 CPU(Central Processing Unit)의 발열량이 꾸준히 증가되어 과거의 66MHz 486급 CPU의 발열량은 4W 정도였으나 근래에 주로 보급되는 1000MHz급의 경우에는 16~28W 정도에 달하고 있다.

이에 반하여 컴퓨터의 전체적인 크기는 점점 더 작아지는 추세이므로 CPU의 열적 환경은 아주 열악한 상황에 처하게 되어 여타의 부품온도에 비하여 CPU의 온도가 상대적으로 상당히 높아지는 CPU의 고온화(hot-spot)에 따른 문제가 발생되고 있다.

또한, 가전제품 시장이 절전형 제품으로 움직이면서 소비전력 저감을 위해 인버터 방식으로 제품의 패턴이 바뀌는 추세이다.

인버터 방식의 제품은 콤프레서나 모터 등의 구동을 제어하는 PCB의 파워소자에 많은 전류가 흐르게 되어, 이 열을 충분히 방출시켜주지 않을 경우 소자의 파손이나 오작동 등의 문제를 야기시킴에 따라 소자 냉각을 위하여 냉각장치를 부착하게 된다.

따라서, 각종 전기/전자 부품의 열을 효율적으로 방열하는 방안에 대한 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이러한 열을 방열시키는 수단으로 팬모터에 의한 강제대류 냉각방식인 냉각팬 장치가 주로 사용되고 있다.

여기서, 상기 냉각팬 장치는 크게 히트싱크(Heat Sink)와 팬모터(Fan Motor)로 구성되며, 히트싱크는 열전도율이 우수한 재질로 제작되어 집적회로패키지나 CPU로부터의 열을 전달받아 대기 중으로 신속하게 방열시키는 방열구조를 갖는다.

한편, 냉각 팬은 히트싱크의 상부면 측에 일체로 고정되는 것으로 팬모터의 구동력을 받아 송풍을 일으킬 수 있도록 회전체에 블레이드가 일체로 형성된다.

이러한 팬모터는 히트싱크를 강제대류 시킴으로써 히트싱크의 방열 특성을 더욱 향상시키게 된다.

도 1을 참조하여, 종래의 냉각팬 구동장치를 설명하면 냉각팬(미도시)에 구동력을 전달하기 위한 팬 모터(2)와, 상기 팬 모터(2)를 구동하기 위한 마이컴(1)으로 구성된다.

이때, 상기 마이컴(1)의 제어신호에 따라 온(On)/오프(Off)되어 팬 모터(2)를 구동하기 위한 스위칭 소자인 트랜지스터(Q1)를 포함하여 구성한다.

상기 트랜지스터(Q1)는 npn 타입으로, 마이컴(1)의 제어신호 출력포트(P)에 베이스(Base)가 연결되고, 상기 팬모터(2)의 일단에 콜렉터(Collector)가 연결되며 접지단자에 에미터(Emitter)가 연결 구성된다.

그리고, 상기 팬모터(2)의 타단에 정전압(+12V) 공급단자가 연결되고 상기 팬모터와 병렬로 역전압 보호용 다이오드(D)가 연결된다.

상기 역전압 보호용 다이오드(D)는 캐소드(Cathod)에 정전압 공급단자가 연결되고 애노드(Anode)에 트랜지스터의 콜렉터가 연결되어 마이컴(1)으로의 역전압 입력을 방지한다.

이러한 구성에 의해, 마이컴에서 출력된 하이(High) 레벨(5V)의 제어신호에 따라 트랜지스터(Q1)가 턴온(Turn On)되면 도시한 전류 방향에 따라 전류가 흐르게 되어 팬 모터(2)가 구동하게 된다.

이때, 상기 팬 모터(2)는 마이컴(1)의 제어에 의해 항상 일정한 전압을 공급받기 때문에 항상 정속도를 출력하게 된다.

그러나, 종래의 경우 마이컴(1)의 제어에 의해 팬 모터(2)의 동작이 이루어지는데 팬 모터가 일정한 속도를 가지고 연속적으로 구동하게 되므로 제품이 조용한 상태에서는 팬 소음이 상대적으로 크게 느껴진다.

또한, 히트싱크의 온도와 상관없이 팬 모터를 일정한 속도로 동작하게 되므로 온도 상승시 신속한 냉각효과를 기대할 수 없었다.

그리고, 팬 모터가 정속으로 연속적인 회전을 수행하게 되므로 팬 모터 자체의 온도가 상승하게 될 뿐 아니라 이로 인해 히트싱크에 열적 스트레스를 주게 되어 냉각팬 장치의 방열효과를 저하시키는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 히트싱크(Heat Sink)의 온도에 따라 팬 모터의 속도를 선형적으로 가변할 수 있는 냉각팬의 가변 제어장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 팬 모터로 인한 히트싱크의 열적 스트레스를 해소하여 냉각팬의 냉각 효율을 향상시킬 수 있는 냉각팬의 가변 제어장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 컨트롤박스 내의 PCB 및 파워소자 냉각을 위한 히트싱크(Heat Sink)와, 히트싱크를 강제 대류시키기 위한 냉각팬을 구비한 전자제품의 냉각장치에 있어서, 상기 히트싱크에 설치되어 히트싱크의 온도에 따라 내부 저항이 가변하는 온도센서; 상기 온도센서와 직렬로 연결되어 히트싱크의 온도상승에 따라 상기 냉각팬의 회전속도가 선형적으로 증가하도록 온도센서의 내부저항에 따른 구동전류를 인가받아 상기 냉각팬을 구동하는 팬 모터; 상기 팬 모터의 구동을 위한 제어신호를 출력하는 마이컴; 그리고, 상기 마이컴에서 출력된 제어신호에 따라 상기 팬 모터의 구동을 스위칭하기 위한 스위칭부로 구성되는 냉각팬의 가변 제어장치를 제공한다.

여기서, 상기 온도센서는 감지되는 온도 레벨이 클수록 내부저항이 내려가는 NTC 타입의 온도센서를 이용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 스위칭부는 상기 마이컴에서 출력된 제어신호에 따라 온(On)/오프(Off) 되는 npn 타입의 트랜지스터로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 팬 모터, 온도 센서 및 트랜지스터는 직렬로 연결 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 팬 모터는 일단이 전원단자에 연결되고 타단이 상기 온도센서의 일단에 연결 구성되고, 상기 트랜지스터는 베이스(Base)가 마이컴의 제어신호 출력포트에 연결되고 콜렉터(Collector)가 상기 온도센서의 타단에 연결되며 에미터(Emitter)가 접지단자에 연결 구성되는 것이 바람직하다.

따라서, 본 발명에 의하면 히트싱크의 온도 상승에 따라 팬 모터(Fan Motor)의 회전속도(RPM)를 선형적으로 가변하여 냉각팬 장치의 냉각효율을 향상시킬 수 있다.

이하 상기의 목적을 구체적으로 실현할 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 2를 참조하여, 본 발명에 따른 냉각팬의 가변 제어장치를 설명하면 다음과 같다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각팬의 가변 제어장치는 컨트롤박스 내의 PCB 및 파워소자 냉각을 위한 히트싱크(Heat Sink)(미도시)와, 히트싱크를 강제 대류시키기 위한 냉각팬(미도시)을 구비한 전자제품의 냉각장치에 있어서, 상기 히트싱크에 설치되어 상기 히트싱크의 온도에 따라 내부 저항이 가변하는 온도센서(30); 상기 온도센서(30)와 직렬로 연결되어 상기 온도센서(30)의 내부저항에 상응하는 회전속도로 상기 냉각팬을 구동하기 위한 팬 모터(20); 상기 팬 모터(20)를 구동하기 위한 제어신호를 출력하는 마이컴(10); 그리고, 상기 마이컴(10)에서 출력된 제어신호에 따라 상기 팬 모터(20)의 구동을 스위칭하기 위한 스위칭부(Q11)로 구성된다.

여기서, 상기 온도센서(30)는 컨트롤박스 내 전력소자의 히트 싱크에 장착되어 히트싱크의 주변온도에 따라 내부 저항이 가변하는 구성이다.

그리고, 상기 온도센서(30)는 히트싱크의 온도가 상승할수록 내부 저항값이 내려가는 NTC 타입을 적용한 온도센서를 이용해야 한다.

예를 들어, 상기 온도센서(30)는 -10℃ ~ 24℃에서 팬 모터(20)에 연결된 전원(+Vcc)을 고려하여 팬 모터(20)를 기동시킬 수 있는 스펙(Spec)을 적용해야만 한다.

그리고, 상기 팬 모터(20)의 구동을 스위칭하기 위한 스위칭부는 npn 타입의 트랜지스터(Q11)로 구성된 것이다.

보다 상세하게, 상기 팬 모터(20)는 일단이 소정의 정전압(+Vcc)을 공급하는 전원단자에 연결되고, 타단이 상기 온도센서(30)의 일단에 직렬로 연결된다.

그리고, 상기 마이컴(10)은 상기 팬 모터(20)의 구동을 제어하기 위한 제어신호를 출력하는 출력포트가 필요하다.

그리고, 상기 스위칭부인 트랜지스터(Q11)는 마이컴(10)의 제어신호 출력포트에 베이스(Base)가 연결되고 상기 온도센서(30)의 타단에 콜렉터(Collector)가 연결되며 접지단자에 에미터(Emitter)가 연결된다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각팬 가변 제어장치의 동작 및 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 시스템 전반을 제어하는 마이컴(10)은 제품 구동이 개시되거나 냉각장치의 구동이 요구되면 하이(High)(5V) 레벨의 제어신호를 출력한다.

이때, 상기 마이컴(10)에서 출력된 하이 레벨의 제어신호에 따라 트랜지스터(Q11)가 턴온(Turn On)되어 팬 모터(20)의 양단에 +Vcc 전압에 상응하는 전류가 도통되어 팬 모터(20)가 구동하게 된다.

즉, 상기 트랜지스터(Q11)가 턴온 되면 전원단자에서 공급된 소정의 정전압(+Vcc)이 온도센서(30)의 내부 저항에 의해 강하되고 이에 따라 상기 팬 모터(20)에 흐르는 전류가 온도 센서(30)의 내부 저항을 거쳐 도시된 방향('전류')에 따라 흐르게 된다.

여기서, 제품이 구동하는 동안 히트싱크가 장착된 전력소자의 주변온도가 상승하게 되는데, 상기 히트싱크의 주변온도가 상승함에 따라 상기 팬 모터(20)와 직렬로 연결된 온도센서(30)의 내부 저항값이 점차적으로 작아지게 된다.

상기 온도 센서(30)의 내부 저항값이 작아지게 되면 상기 팬 모터(20)에 흐르는 전류가 증가하게 되고, 이러한 전류의 증가로 인해 팬 모터(20)의 회전속도(RPM)가 선형적으로 증가한다.

따라서, 상기 전력소자의 온도가 낮은 환경에서는 온도 센서(30)의 내부 저항이 상대적으로 큰 값을 갖게 되므로 팬 모터(20)에 흐르는 전류가 감소하여 상기 팬 모터(20)의 회전속도가 감소한다.

한편, 상기 전력소자의 온도가 상승하는 환경에서는 온도센서(30)의 내부 저항이 점자척으로 작아지게 되므로 팬 모터(20)에 흐르는 전류가 선형적으로 증가하게 되어 상기 팬 모터(20)의 회전속도가 증가한다.

본 발명은, 주변온도가 높을수록 저항 값이 내려가는 온도센서(30)를 상기 팬 모터(20)와 직렬로 구성하여 히트싱크의 온도 상승에 따라 선형적으로 팬 모터(20)의 회전속도가 증가하는 냉각장치를 실현할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가지 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속한다.

상기에서 설명한 본 발명에 따른 냉각팬의 가변 제어장치의 효과를 설명하면 다음과 같다.

첫째, 전력소자의 온도 상승에 따라 선형적으로 팬 모터의 회전속도를 증가시키는 냉각장치를 구현함으로써 전자제품의 방열특성을 극대화시킬 수 있다.

둘째, 전력소자의 온도에 따라 자동으로 팬 모터의 속도를 가변함으로써 소음에 대한 사용자의 감성불만을 해소하여 제품 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

Claims

컨트롤박스 내의 PCB 및 파워소자 냉각을 위한 히트싱크(Heat Sink)와, 히트싱크를 강제 대류시키기 위한 냉각팬을 구비한 전자제품의 냉각장치에 있어서,

상기 히트싱크에 설치되어 히트싱크의 온도에 따라 반비례적으로 내부 저항이 가변하는 온도센서;

상기 온도센서와 직렬로 연결되어 히트싱크의 온도상승에 따라 상기 냉각팬의 회전속도가 선형적으로 증가하도록 온도센서의 내부저항에 따른 구동전류를 인가받아 상기 냉각팬을 구동하는 팬 모터;

상기 팬 모터의 구동을 위한 제어신호를 출력하는 마이컴; 그리고,

상기 마이컴에서 출력된 제어신호에 따라 상기 팬 모터의 구동을 스위칭하기 위한 스위칭부로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각팬의 가변 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 온도센서는 감지되는 온도 레벨이 클수록 내부저항이 내려가는 NTC 타입의 온도센서를 이용하는 것을 특징으로 하는 냉각팬의 가변 제어장치.
제 1 항에 있어서,

상기 스위칭부는

상기 마이컴에서 출력된 제어신호에 따라 온(On)/오프(Off) 되는 npn 타입의 트랜지스터로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각팬의 가변 제어장치.
제 3 항에 있어서,

상기 팬 모터, 온도 센서 및 트랜지스터는 직렬로 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각팬의 가변 제어장치.
제 3 항에 있어서,

상기 팬 모터는 일단이 전원단자에 연결되고 타단이 상기 온도센서의 일단에 연결 구성되고,

상기 트랜지스터는 베이스(Base)가 마이컴의 제어신호 출력포트에 연결되고 콜렉터(Collector)가 상기 온도센서의 타단에 연결되며 에미터(Emitter)가 접지단자에 연결 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각팬의 가변 제어장치.