WO2014040468A1 - 一种散热风扇控制装置及电子设备 - Google Patents

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刘发举
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中兴通讯股份有限公司
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    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • H05K7/20009—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating using a gaseous coolant in electronic enclosures
    • H05K7/20209—Thermal management, e.g. fan control
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    • G06F1/16—Constructional details or arrangements
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B15/00—Systems controlled by a computer
    • G05B15/02—Systems controlled by a computer electric

Definitions

  • the invention relates to the technical field of electronic circuits, in particular to a cooling fan control device and an electronic device. Background technique
  • the cooling fan control device usually controls the speed of the fan directly through the control signal when the fan is adjusted and monitored. This is directly connected directly to the fan through the control signal, and there are considerable hidden dangers and deficiencies. When the device is unstable or faulty, it cannot control the fan effectively. This will cause the fan status to be uncontrollable. For example, stop or slow speed can not meet the heat dissipation of the device, which may cause overheating of important chips in the device. Summary of the invention
  • the object of the present invention is to provide a cooling fan control device for the problem that the reliability of the speed control of the fan of the heat dissipation fan control device is poor in the prior art.
  • the cooling fan control device comprises: a first signal output end and a second signal output end of a control system for speed control and fan monitoring of a fan, respectively, and a first signal input end and a second signal of the protection module
  • the signal input end is connected, and the protection module further comprises a control signal output end for outputting a fan speed control signal to the fan, the first signal is a normal indication signal of the control system, and the second signal is a fan speed control signal output by the control system, wherein
  • the protection module control signal output end outputs the fan speed control signal provided by the control system. Otherwise, the protection module outputs its preset fan speed control signal to make the fan run stably.
  • the third signal input end of the control system is connected to the third signal output end of the protection module, the protection module further includes a third signal input end, and the third signal is a fan speed signal, wherein when the control system operates normally, the indication signal is normal.
  • the protection module has its third signal output and its third letter The input is internally connected.
  • the third signal input end of the control system is connected to the third signal output end of the protection module, the protection module further includes a third signal input end, and the third signal is a fan speed signal, wherein when the control system runs normally, the indication signal is not Normally, the protection module disconnects its third signal output from its third signal input.
  • the fourth signal input end of the control system is connected to the fourth signal output end of the protection module, and the fourth signal is the protection module response response feedback signal, wherein when the control system runs normally, the normal indication signal is normal, the fourth signal of the protection module
  • the output output protection module responds to the feedback signal to the control system, informing the control system that the fan operation control is controlled by the control system.
  • the method further includes an isolation module, wherein the control signal input end of the isolation module is connected to the control signal output end of the protection module, and the fan speed control signal output by the protection module is input by the control signal input end of the isolation module, and is provided in the isolation module.
  • the first optocoupler is output by the isolation module control signal output.
  • the third signal output end of the isolation module is connected to the third signal input end of the protection module, the third signal is input by the third signal input end of the isolation module, and the second optical coupling provided in the isolation module is separated by the isolation module.
  • the isolation module is further provided with a peripheral pull-up pull-down resistor matched to the first optocoupler and the second optocoupler.
  • the protection module is an integrated circuit chip or a programmable logic device.
  • the present invention also provides an electronic device comprising a fan and the aforementioned device, the fan speed control signal outputted by the device being coupled to the fan.
  • the fan is a four-wire speed regulating fan or a three-wire speed regulating fan.
  • the controller when the protection module is not operating normally, the controller outputs a preset fan speed control signal to stabilize the fan, thereby enhancing the reliability of the fan speed control and improving the reliability of the cooling fan. stability.
  • FIG. 1 is a structural diagram of a device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a fan isolation protection design provided by an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a flowchart of a method provided by an embodiment of the present invention. Preferred embodiment of the invention
  • the cooling fan control device in the electronic device includes a control system 10 and a protection module 20, and the cooling fan control device may be a separate board and module.
  • the control system 10 performs speed control and fan monitoring on the fan.
  • the control system 10 includes an output terminal 11 and an output terminal 12.
  • the protection module 20 includes an input terminal 21 and an input terminal 22.
  • the output terminal 11 and the output terminal 12 are respectively connected to the input terminal 21 and the input terminal 22, and the control system 10 operates a normal indication signal from The output terminal 11 outputs to the input terminal 21, and the fan speed control signal PWM03 outputted by the control system 10 is output from the output terminal 12 to the input terminal 21.
  • the protection module 20 further includes a control signal output terminal 25, and the protection module 20 passes through the control signal output terminal. 25 output fan speed control signal to the fan, wherein when the control system runs normally, the control signal output terminal 25 outputs the fan speed control signal output by the control system, otherwise the fan speed preset by itself is output.
  • the control signal keeps the fan running stably.
  • the control system controls the fan to be cut off, and the fan speed control signal preset by the protection module is outputted to stabilize the fan, thereby enhancing the speed control capability of the fan. Improve system reliability.
  • the control system 10 further includes an input end 13.
  • the protection module 20 further includes an output end 23.
  • the input end 13 of the control system 10 is connected to the output end 23 of the protection module, and the output end 23 of the protection module 20 outputs a fan speed signal FG03 to the input end 13 of the control system 10.
  • the protection module 20 further includes an input end 26, and the fan speed sent by the fan end The signal is input by the input terminal 26, wherein when the control system is operating normally, the protection signal is normal, the protection module communicates its output terminal 23 with its input terminal 26 such that the fan speed signal sent by the fan terminal is directly fed back to the control system 10.
  • the protection module can also disconnect the output end 23 and the input end 26 thereof, so that the fan speed signal sent by the fan end is directly fed back to the protection module 20.
  • the input 14 of the control system 10 is connected to the output 24 of the protection module, and the protection module answers
  • the response feedback signal is output from the output terminal 24 to the input terminal 14 of the control system 10, wherein when the control system is operating normally, the output signal 24 outputs the protection module response response feedback signal to the control system to inform the control system Fan control is controlled by the control system.
  • the control signal input terminal 35 of the isolation module 30 is connected to the control signal output terminal 25 of the protection module 20, and the fan speed control signal PWM02 output by the protection module 20 is input by the control signal input terminal 35 of the isolation module 30, and is provided in the isolation module 30.
  • the first optocoupler 33 is outputted by the control signal output terminal 31 of the isolation module 30 to obtain a fan speed control signal PWM01 that has been isolated by the optocoupler.
  • the output end 36 of the isolation module 30 is connected to the input end 26 of the protection module, and the fan speed signal FG01 sent by the fan end is input from the input end 32 of the isolation module 30.
  • the second optocoupler 34 disposed in the isolation module is provided by the isolation module 30.
  • the output 36 is output such that the output 36 of the isolation module 30 outputs the optically isolated fan speed signal FG02.
  • the isolation module 30 is also provided with a peripheral pull-up pull-down resistor 37 that is matched to the first optocoupler 33 and the second optocoupler 34.
  • the isolation module provides electrical isolation of the fan, greatly enhancing the immunity to interference.
  • the basic structure of the electronic device includes a fan 40, including a fan 40 and the aforementioned cooling fan control device, and the fan speed control signal outputted by the device is connected to the fan.
  • the solution of this embodiment enables the fan and the device control system to form two independent systems without direct electrical connection, and the cooling fan control device is unstable or faulty when the device is powered on, and the control system cannot effectively control the fan system.
  • the protection module stabilizes the fan according to the state set in advance to meet the heat dissipation requirements of the device.
  • the control system returns to normal and can effectively control and monitor the fan
  • the protection module is notified to switch to the normal mode, and the fan is controlled by the control system. And monitoring. It can be seen from the above that the reliability and anti-interference of the fan on the electronic device can be greatly increased by the above solution.
  • the embodiment of the invention further provides a method for controlling the speed control fan isolation, comprising: completely isolating the electrical connection on the control system by isolating the fan control signal and the fan speed signal, by adding protection control, The power-on is still unstable or faulty.
  • the protection module controls the fan.
  • the automatic switchover transfers the control of the fan to the control system.
  • the cooling fan control device adds a photocoupler optical coupler isolation module to a fan speed control signal such as PWM (Pulse Width Modulation). Isolation is performed, and fan speed monitoring signals such as FG (Frequency Generator) are isolated to achieve complete electrical isolation of the control system and the fan system.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • FG Frequency Generator
  • the protection module stabilizes the fan according to the preset state to meet the heat dissipation requirements of the device.
  • the protection module is notified to switch to the normal mode, and the fan is controlled and monitored by the control system.
  • the PWM controls the fan speed according to the output duty ratio
  • the FG specifically calculates the fan speed according to the fan feedback pulse frequency, and the fan outputs two high-to-low pulses one revolution.
  • the electronic device is provided with a variable speed fan system, a control system, an isolation module and a protection module.
  • the isolation system and the protection module electrically isolate the fan system and the control system, and through the protection module, when the control system is unstable or faulty, Control the fan system to ensure heat dissipation from the communication system.
  • Fan system Contains various fans on the device.
  • Control system It is mainly to control and monitor the speed of the fan; at the same time, output the normal operation information to inform the protection module.
  • Isolation module Complete electrical isolation of the fan system and control system, mainly through optocouplers.
  • Protection module When the device is unstable or faulty, the fan is controlled to meet the heat dissipation requirements of the device. When the control system returns to normal, the fan can be effectively controlled and monitored. The protection mode is turned off, and the fan speed PWM signal and fan speed are adjusted. The signal is connected to the control system, that is, the control is transferred to the control system, and the control system controls and monitors the fan.
  • the method for protecting the fan isolation includes the following steps:
  • Step A Power on the device (including the fan system and control system).
  • Step B Start the protection module.
  • the fan system is controlled by the protection module and works in the protection state.
  • Step C The control system initialization is completed (system startup is completed), and the protection module is notified by the control system running normal indication signal to prepare to control the fan system.
  • Step D The protection module outputs a response feedback signal to the control system for simultaneous path switching, and the control system controls the fan.
  • Step E. The protection module monitors the normal operation indication signal sent by the control system in real time. Once the system fails, the protection module is started in time and the path is switched.
  • the above steps are only the starting steps when the protection device is used, and the isolation module always works.
  • the present invention fully utilizes the existing interfaces and systems of the single board or the system, such as the control system and the fan system, and only adds the optocoupler isolation module and the protection module, which is very simple and convenient to implement.
  • the method of isolation protection has lower system requirements, is easy to implement, has low cost, and has universal significance, which reduces the difficulty of system development and improves the reliability of the system. There is no need to consider providing additional circuit interfaces in the system design, which increases the flexibility of system design.
  • the basic idea of the embodiment of the present invention is: using an optocoupler for electrical isolation and related logic control.
  • the protection module forcibly controls the fan to operate according to the preset condition of the protection device.
  • the heat dissipation needs of the system to achieve the purpose of protecting the device, and to make the circuit to achieve this function to be the simplest and most optimized.
  • the electronic device provided by the present invention is further described in detail below, and mainly includes: a fan system, including each fan in the communication system, and a fan 40 is illustrated in the figure.
  • a fan system including each fan in the communication system
  • a fan 40 is illustrated in the figure.
  • the speed fan has four lines of PWM speed control signal and FG fan speed feedback signal.
  • the fan speed is controlled by controlling the PWM signal, and the fan running status is monitored by the FG signal.
  • Other types of fans Can be referenced, such as three-wire speed control fan, that is, only fan power positive, power negative and PWM fan speed signal.
  • the fan speed feedback signal can be omitted, and the isolation protection function can be realized without the fan feedback signal.
  • the isolation module 30 includes an optocoupler 33 and an optocoupler 34 and a matching peripheral pull-up resistor 37.
  • the optocoupler is a unidirectional device, and one signal uses an optocoupler, that is, one fan has PWM and FG. The signal is to be isolated and transmitted by two optocouplers.
  • the pull-up resistor on the periphery mainly satisfies the level matching of the PWM and FG signals.
  • the protection module 20 the main function is to monitor the state of the control system in real time. Once the control system is unstable or fails, the connection between the PWM03 and FG03 signals of the control system and the isolation module 30 is disconnected, and the switching mode is switched by the protection module itself.
  • the output control signal PWM02 controls the fan, and monitors the FG02 fan speed signal.
  • the protection module 20 can pass a simple logic circuit, such as a PI3B16244 IC chip or a PLD (Programmable Logic Device). achieve.
  • the working principle of the protection module 20 is to monitor the "normal control signal of the control system" in real time.
  • the switching mode is controlled by the protection module itself to output the PW02 signal.
  • the FG02 signal is also detected by the protection module.
  • This process can be understood as a switch. Switching process.
  • Implementation method It is simple to use the "control system to run normal indication signal" to switch control. It can also be used as a trigger signal, which is automatically switched by the protection module.
  • the protection module can set a timing counting device, timing The counting device can be realized by logic.
  • the normal indication signal of the control system is used as the clearing control. When the system is abnormal, such as a crash, the signal is abnormal, and the timing counting device cannot be cleared. When the counting is full, the protection module is triggered to perform switching. .
  • the protection module When the real-time monitoring "control system operation normal indication signal" is normal, the protection module outputs "protection module response response feedback signal" to the control system, informing the control system that the fan can be normally controlled and detected, which can be understood as the fan control monitoring right. Handed over to the control system.
  • the control system 10 the main function is to speed control and fan monitoring of the fan in the normal mode, and inform the protection module of its own operating state.
  • FIG. 2 shows an example of the fan isolation protection design.
  • R1 ⁇ R8 are pull-up pull-up resistors.
  • the specific resistance value can be adjusted according to actual needs, such as 1 k ⁇ or 10 k ⁇
  • VCC and VDD are power supplies.
  • the power supply voltage can be selected according to the specific design circuit. For example, VCC uses +3.3 V power supply, VDD uses +5 V power supply, FAN POWER+ is the fan positive power supply, and FAN POWER- is the fan negative power supply.
  • the logic chip illustrated in the protection module 103 represents the "PI3B16244 chip or Programmable Logic Device (PLD)" described above.
  • the isolation module always works, and only the protection module startup process is described here.
  • the implementation process of the fan isolation protection method of this embodiment can be referred to FIG. 3, and mainly includes the following steps:
  • Step 201 The device is powered on, which can also be understood as the system startup.
  • Step 202 When the system is just powered on or just started, the control system has not been running normally.
  • the default fan is controlled by the protection module 30, that is, PWM03 and FG03 are in the off state, and are not connected to PWM02 and FG02 respectively.
  • Step 203 The protection module 30 detects "the normal operation indication signal of the control system", and determines whether the control system is operating normally. If it is normal, the process proceeds to step 204. If not, the process returns to step 202.
  • Step 204 The detection control system runs normally, and the protection module switches the switch, so that the PWM03 is connected to the PMW02, and the FG03 is connected to the FG02, that is, the fan state control and the monitoring signal are sent to the control system 104 for processing, and the control is notified by the "protection module response response feedback signal".
  • the system, the fan monitoring right is handed over, and the control system can monitor the fan normally.
  • Step 205 The control system 10 determines, according to the “protection module response response feedback signal”, that the fan can be normally adjusted and monitored, and the fan operating state is adjusted as needed. At the same time, the protection module 103 also monitors the "control system operation normal indication signal" in real time.
  • Step 206 The normal startup process ends, and when the protection module detects that the "control system operation normal indication signal" is abnormal, the process jumps to step 202.
  • the controller when the protection module is not operating normally, the controller outputs a preset fan speed control signal to stabilize the fan, thereby enhancing the reliability of the fan speed control and improving the reliability of the cooling fan. stability.

Abstract

一种散热风扇控制装置及电子设备，解决散热风扇控制装置中风扇的调速控制可靠性较差的问题。该装置包括控制系统及保护模块，保护模块包括向风扇输出风扇调速控制信号的控制信号输出端，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号，否则保护模块输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，由于保护模块在控制系统运行不正常时，输出自身预设的风扇调速控制信号，使风扇稳定运行，从而增强了风扇的调速控制可靠性提高了散热风扇系统的可靠性和稳定性。

Description

一种散热风扇控制装置及电子设备
技术领域
本发明涉及电子电路技术领域， 特别是指一种散热风扇控制装置及电子 设备。 背景技术
如今， 多数的电子设备如： 电脑、 通信设备等， 都安装有散热降温的风 扇， 以满足系统散热需求， 保证系统稳定工作。 目前， 散热风扇控制装置对 风扇调速和监测时通常都是通过控制信号直接对风扇进行调速控制， 这种直 接在电气上直接通过控制信号和风扇相连接， 存在相当大的隐患和不足， 当 设备刚上电工作不稳定或故障时， 无法有效对风扇进行控制， 会造成风扇状 态不可控， 如： 停转或低速转， 无法满足设备散热， 从而导致设备中重要芯 片过热损坏。 发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的， 散热风扇控制装置的风扇的调 速控制可靠性较差的问题， 提供一种散热风扇控制装置。
本发明所提供的散热风扇控制装置， 包括： 对风扇进行调速控制和风扇 监控的控制系统的第一信号输出端和第二信号输出端， 分别与保护模块的第 一信号输入端和第二信号输入端连接， 保护模块还包括向风扇输出风扇调速 控制信号的控制信号输出端， 第一信号为控制系统运行正常指示信号， 第二 信号为控制系统输出的风扇调速控制信号， 其中当控制系统运行正常指示信 号正常时 ,保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号 , 否则保护模块输出自身预设的风扇调速控制信号， 使风扇稳定运行。
优选地， 控制系统的第三信号输入端， 与保护模块的第三信号输出端连 接， 保护模块还包括第三信号输入端， 第三信号为风扇转速信号， 其中当控 制系统运行正常指示信号正常时， 保护模块将其第三信号输出端和其第三信 号输入端内部连通。
优选地， 控制系统的第三信号输入端， 与保护模块的第三信号输出端连 接， 保护模块还包括第三信号输入端， 第三信号为风扇转速信号， 其中当控 制系统运行正常指示信号不正常时， 保护模块将其第三信号输出端和其第三 信号输入端内部断开。
优选地， 控制系统的第四信号输入端， 与保护模块的第四信号输出端连 接， 第四信号为保护模块应答响应反馈信号， 其中当控制系统运行正常指示 信号正常时 , 保护模块第四信号输出端输出保护模块应答响应反馈信号给控 制系统， 告知控制系统风扇运行控制由控制系统控制。
优选地， 还包括隔离模块， 隔离模块的控制信号输入端与保护模块的控 制信号输出端连接， 保护模块输出的风扇调速控制信号由隔离模块的控制信 号输入端输入，经隔离模块内设的第一光耦由隔离模块控制信号输出端输出。
优选地 ,隔离模块的第三信号输出端与保护模块的第三信号输入端连接 , 第三信号由隔离模块的第三信号输入端输入， 经隔离模块内设的第二光耦由 隔离模块第三信号输出端输出。
优选地， 隔离模块还设置有与第一光耦和第二光耦相匹配的外围上拉下 拉电阻。
优选地， 保护模块为集成电路芯片或可编程逻辑器件。
本发明还提供一种电子设备， 包括风扇和前述的装置， 该装置输出的风 扇调速控制信号与风扇连接。
优选地， 风扇为四线调速风扇或三线调速风扇。
本发明实施例由于保护模块在控制系统运行不正常时， 输出自身预设的 风扇调速控制信号， 使风扇稳定运行， 从而增强了风扇的调速控制可靠性， 提高了散热风扇的可靠性和稳定性。 附图概述
图 1表示本发明实施例提供的装置结构图；
图 2表示本发明实施例提供的风扇隔离保护设计的示意图； 图 3表示本发明实施例提供的方法流程图。 本发明的较佳实施方式
下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供的电子设备， 如图 1所示， 该电子设备中的散热风扇 控制装置包括控制系统 10和保护模块 20, 散热风扇控制装置可以是独立的 板卡和模块。 其中控制系统 10对风扇进行调速控制和风扇监控。 控制系统 10包括输出端 11和输出端 12, 保护模块 20包括输入端 21和输入端 22, 输 出端 11和输出端 12分别和输入端 21和输入端 22连接，控制系统 10运行正 常指示信号从输出端 11输出到输入端 21 ,控制系统 10输出的风扇调速控制 信号 PWM03从输出端 12输出到输入端 21 , 保护模块 20还包括一个控制信 号输出端 25 ,保护模块 20通过控制信号输出端 25向风扇输出风扇调速控制 信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时，保护模块 20的控制信号输 出端 25输出控制系统输出的风扇调速控制信号，否则输出自身预设的风扇调 速控制信号， 使风扇稳定运行。 至此， 由于保护模块在控制系统运行不正常 时， 切断控制系统对风扇的控制， 同时输出保护模块自身预设的风扇调速控 制信号， 使风扇稳定运行， 从而增强了风扇的调速控制能力， 提高了系统可 靠性。
进一步， 本发明实施例方案还可以对风扇端发送的风扇转速信号加以监 控，控制系统 10还包括输入端 13 , 保护模块 20还包括输出端 23。控制系统 10输入端 13与保护模块的输出端 23连接，保护模块 20的输出端 23输出风 扇转速信号 FG03到控制系统 10输入端 13 , 保护模块 20还包括输入端 26, 风扇端发送的风扇转速信号由输入端 26输入，其中当控制系统运行正常指示 信号正常时， 保护模块将其输出端 23和其输入端 26内部连通， 使得风扇端 发送的风扇转速信号直接反馈到控制系统 10。 当然当控制系统运行正常指示 信号不正常时， 保护模块也可以将其输出端 23和其输入端 26内部断开， 使 得风扇端发送的风扇转速信号直接反馈到保护模块 20。
控制系统 10的输入端 14, 与保护模块的输出端 24连接， 保护模块应答 响应反馈信号由输出端 24输出到控制系统 10的输入端 14,其中当控制系统 运行正常指示信号正常时， 保护模块 20的输出端 24输出保护模块应答响应 反馈信号给控制系统， 告知控制系统目前风扇控制权由控制系统控制。
隔离模块 30的控制信号输入端 35与保护模块 20的控制信号输出端 25 连接， 保护模块 20输出的风扇调速控制信号 PWM02由隔离模块 30的控制 信号输入端 35输入， 经隔离模块 30内设的第一光耦 33由隔离模块 30的控 制信号输出端 31输出， 得到经过光耦隔离后的风扇调速控制信号 PWM01。 隔离模块 30的输出端 36与保护模块的输入端 26连接，风扇端发送的风扇转 速信号 FG01由隔离模块 30的输入端 32输入， 经隔离模块内设的第二光耦 34由隔离模块 30的输出端 36输出，这样隔离模块 30的输出端 36输出经光 电隔离的风扇转速信号 FG02。
隔离模块 30还设置有与第一光耦 33和第二光耦 34相匹配的外围上拉下 拉电阻 37。 隔离模块提供了风扇在电气上隔离， 极大的增强了抗干扰能力。
该电子设备基本结构包括风扇 40, 包括风扇 40和前述的散热风扇控制 装置， 该装置输出的风扇调速控制信号与风扇连接。
本实施例的方案能够使风扇和设备控制系统形成两个没有直接电气连接 的独立系统， 同时散热风扇控制装置， 在设备刚上电还不稳定或故障， 控制 系统无法有效的对风扇系统进行控制和监测时， 保护模块按照事先设置好的 状态使风扇稳定运行以满足设备散热需求， 待控制系统恢复正常可以有效控 制和监测风扇时， 通知保护模块切换到正常模式， 由控制系统对风扇进行控 制和监测。 由上可以看出通过上述方案， 可以极大增加了电子设备上风扇的 可靠性及抗干扰性。
本发明实施例还提供了一种调速风扇隔离保护方法， 包括： 通过对风扇 控制信号和风扇转速信号的隔离，达到和控制系统上电气连接上的完全隔离， 通过增加保护控制， 在设备刚上电还不稳定或故障， 控制系统无法有效的对 风扇系统进行控制和监测时， 由保护模块对风扇进行控制， 在系统恢复正常 时， 自动切换把风扇控制权移交给控制系统。
本发明实施例提供的散热风扇控制装置， 通过增加光耦 opticalcoupler 隔离模块，对风扇调速控制信号如 PWM(Pulse Width Modulation,脉宽调制） 进行隔离， 并对风扇转速监控信号如 FG(Frequency Generator, 频率发生器) 进行隔离， 从而达到控制系统和风扇系统的电气上的完全隔离。 通过保护模 块， 在设备刚上电还不稳定或故障时， 控制系统无法有效的对风扇系统进行 控制和监测， 保护模块按照事先设置好的状态使风扇稳定运行以满足设备散 热需求， 待控制系统恢复正常可以有效控制和监测风扇时， 通知保护模块切 换到正常模式， 由控制系统对风扇进行控制和监测。 其中， PWM根据输出 占空比控制风扇转速， FG具体而言就是根据风扇反馈脉冲频率计算出风扇 转速， 风扇转一周输出两个由高到低脉冲。
该电子设备设有可调速风扇系统、 控制系统、 隔离模块、 保护模块， 通 过隔离模块和保护模块对风扇系统和控制系统进行电气隔离， 并通过保护模 块， 在控制系统不稳定或故障时， 对风扇系统进行控制， 保证通信系统的散 热。
下面再对各个单元进行详细说明。
风扇系统： 包含设备上的各个风扇等。
控制系统： 主要是对风扇进行调速控制及监测； 同时输出运行正常信息 告知保护模块。
隔离模块： 完成风扇系统和控制系统电气上的完全隔离， 主要通过光耦 实现。
保护模块： 完成设备刚上电不稳定或故障时， 对风扇进行控制， 满足设 备散热要求， 待控制系统恢复正常可以有效控制和监测风扇时， 关闭保护模 式， 把风扇调速 PWM信号和风扇转速信号连通给控制系统， 即控制权移交 给控制系统， 由控制系统对风扇进行控制和监测。
对风扇隔离保护方法包括以下步骤：
步骤 A. 设备上电 （包括风扇系统和控制系统 ) 。
步骤 B. 启动保护模块， 风扇系统由保护模块控制， 工作在保护状态。 步骤 C. 控制系统初始化完成（系统启动完成）， 并通过控制系统运行正 常指示信号通知保护模块， 准备控制风扇系统。
步骤 D. 保护模块输出应答反馈信号给控制系统同时通路切换， 由控制 系统控制风扇。 步骤 E.保护模块实时监控控制系统送出的控制系统运行正常指示信号， 一旦系统出现故障时， 及时启动保护模块并切换通路。
以上步骤仅仅是对保护装置使用时的启动步骤， 隔离模块始终工作。 与现有技术相比较：本发明充分利用了单板或系统自身已有接口和系统， 如控制系统、 风扇系统， 仅仅增加了光耦隔离模块和保护模块， 实现起来非 常简单方便。 该隔离保护的方法对系统要求较低， 实现容易， 成本很低， 具 有普遍意义， 降低了系统开发的难度和提高了系统的可靠性。 系统设计中无 需考虑提供额外的电路接口， 从而提高了系统设计的灵活性。
本发明实施例的基本思想在于： 利用光耦进行电气隔离以及相关逻辑控 制， 在设备异常， 控制系统无法正常对风扇进行控制时， 保护模块对风扇进 行强制控制使其按照保护装置预置条件运行以满足系统散热需要从而达到保 护设备目的， 并且使实现该功能的电路达到最简单和最优化。
下面进一步详细的描述一下本发明提供的电子设备， 主要包括： 风扇系统， 包括通信系统中的各个风扇， 图中用一只风扇 40示意，按照 目前通用的四线调速风扇举例， 四线调速风扇共四根线除了电源和地以外， 还有 PWM调速信号和 FG风扇转速反馈信号两根线， 通过控制 PWM信号 进行风扇调速， 通过 FG信号对风扇运行状态进行监测， 其他类型风扇均可 参考实现， 例如三线调速风扇， 即只有风扇电源正、 电源负和 PWM风扇调 速信号。 风扇转速反馈信号可以不需要， 没有风扇反馈信号也可以实现隔离 保护功能。
隔离模块 30 , 包括光耦 33和光耦 34以及相匹配的外围上下拉电阻 37 , 需要说明的是， 光耦是单向器件， 一个信号要用一个光耦， 即一个风扇有 PWM和 FG 两个信号， 要用两个光耦隔离传递， 外围上下拉电阻主要满足 PWM和 FG信号的电平匹配。
保护模块 20, 主要作用是实时监测控制系统状态， 一旦控制系统不稳定 或发生故障时， 断开控制系统的 PWM03和 FG03信号和隔离模块 30的之间 的连接，同时切换工作模式由保护模块自身输出 控制信号 PWM02控制风扇 , 和对 FG02风扇转速信号进行监测， 保护模块 20可以通过简单的逻辑电路， 如 PI3B16244 IC芯片或 PLD(可编程逻辑器件， Programmable Logic Device ) 实现。
保护模块 20工作原理是实时监控 "控制系统运行正常指示信号" 。
当出现异常时， 断开 PW03和 PW02连接， 断开 FG03和 FG02连接， 同时切换模式由保护模块自身输出 PW02信号控制风扇， FG02信号也由保 护模块进行检测， 把这一过程可以理解为一个开关切换过程。 实现方法： 简 单一点可以直接用 "控制系统运行正常指示信号" 进行开关控制进行切换， 也可以把该信号作为一个触发信号， 由保护模块自动切换， 比如： 保护模块 可以设置一个定时计数装置， 定时计数装置可以由逻辑实现， 由控制系统运 行正常指示信号作为清零控制， 当系统异常比如死机时， 该信号异常， 无法 对定时计数装置清零， 则计数满时， 触发保护模块， 进行开关切换。
当实时监控 "控制系统运行正常指示信号" 正常时， 保护模块输出 "保 护模块应答响应反馈信号" 给控制系统， 告知控制系统可对风扇进行正常控 制和检测， 这可以理解为把风扇控制监测权利移交给控制系统。
控制系统 10, 主要作用是正常模式下对风扇进行调速控制和风扇监控， 同时把自身运行状态告知保护模块。
图 2给出了风扇隔离保护设计的实例示意图，其中 R1~R8为下拉上拉电 阻，具体电阻阻值大小可以根据实际需要调整，比如 1千欧姆或 10千欧姆等， VCC和 VDD为电源， 实际设计中可以根据具体设计电路选择电源电压， 比 如 VCC用 +3.3 V电源， VDD用 +5 V电源等、 FAN POWER+是风扇正电源、 FAN POWER-是风扇负电源。 保护模块 103中示意的逻辑芯片代表上文中说 明的 "PI3B16244芯片或可编程逻辑器件（ PLD , Programmable Logic Device )"。 结合图 2, 对保护模块中逻辑关系说明一下： 系统正常时 "控制系统运行正 常指示信号" 由高电平变为低电平时， 逻辑芯片内部开关闭合， 通路导通， 然后 "保护模块应答响应反馈信号" 在通路导通后， 有高电平变为低电平， 告知控制系统可以控制风扇系统，此时 PWM03连接 PMW02, FG03连接 FG02。 系统异常时， "控制系统运行正常指示信号" 为高电平， 此时开关断开， 通 路不导通。
下面来描述一下本发明隔离保护方法实施例。 在本实施例中， 隔离模块 始终起作用， 这里仅仅对保护模块启动流程进行描述。 这里， 本实施例的风扇隔离保护的方法实现流程可参照图 3所示， 主要 包括以下步骤：
步骤 201 , 设备上电， 也可以理解为系统启动。
步骤 202 , 系统刚上电或刚启动时， 此时控制系统还未正常运行， 默认 风扇由保护模块 30控制，即 PWM03和 FG03为断开状态，分别不与 PWM02 和 FG02相连接。
步骤 203 , 保护模块 30检测 "控制系统运行正常指示信号" ， 判断控制 系统是否运行正常？ 正常则进入步骤 204, 不正常则返回步骤 202。
步骤 204, 检测控制系统运行正常， 保护模块切换开关， 使 PWM03连 接 PMW02, FG03连接 FG02, 即把风扇状态控制和监测信号交由控制系统 104 处理， 同时通过 "保护模块应答响应反馈信号" 告知控制系统， 风扇监 控权移交， 可有控制系统正常对风扇进行监控。
步骤 205 , 控制系统 10根据 "保护模块应答响应反馈信号" 确定， 风扇 可以正常调速和监测， 根据需要对风扇运行状态进行调整。 同时， 保护模块 103也实时监测 "控制系统运行正常指示信号" 。
步骤 206 , 正常启动流程结束， 同时保护模块一旦检测 "控制系统运行 正常指示信号" 异常时， 跳至步骤 202。
最后应说明的是： 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进 行限制， 尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明， 本领域的普通技 术人员应当理解： 其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换， 而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的 ^"神和范围。 工业实用性
本发明实施例由于保护模块在控制系统运行不正常时， 输出自身预设的 风扇调速控制信号， 使风扇稳定运行， 从而增强了风扇的调速控制可靠性， 提高了散热风扇的可靠性和稳定性。

Claims

权 利 要 求 书
1. 一种散热风扇控制装置， 包括： 对风扇进行调速控制和风扇监控的控 制系统的第一信号输出端和第二信号输出端， 分别与保护模块的第一信号输 入端和第二信号输入端连接， 保护模块还包括向风扇输出风扇调速控制信号 的控制信号输出端， 第一信号为控制系统运行正常指示信号， 第二信号为控 制系统输出的风扇调速控制信号，其中当控制系统运行正常指示信号正常时， 保护模块控制信号输出端输出控制系统提供的风扇调速控制信号 , 否则保护 模块输出自身预设的风扇调速控制信号， 使风扇稳定运行。
2. 根据权利要求 1所述的装置， 其中， 控制系统的第三信号输入端， 与 保护模块的第三信号输出端连接， 保护模块还包括第三信号输入端， 第三信 号为风扇转速信号， 其中当控制系统运行正常指示信号正常时， 保护模块将 第三信号输出端和第三信号输入端内部连通。
3. 根据权利要求 1所述的装置， 其中， 控制系统的第三信号输入端， 与 保护模块的第三信号输出端连接， 保护模块还包括第三信号输入端， 第三信 号为风扇转速信号， 其中当控制系统运行正常指示信号不正常时， 保护模块 将第三信号输出端和第三信号输入端内部断开。
4. 根据权利要求 1所述的装置， 其中， 控制系统的第四信号输入端， 与 保护模块的第四信号输出端连接， 第四信号为保护模块应答响应反馈信号 , 其中当控制系统运行正常指示信号正常时， 保护模块第四信号输出端输出保 护模块应答响应反馈信号给控制系统， 告知控制系统风扇运行控制由控制系 统控制。
5. 根据权利要求 2或 3所述的装置， 其中， 还包括隔离模块， 隔离模块 的控制信号输入端与保护模块的控制信号输出端连接， 保护模块输出的风扇 调速控制信号由隔离模块的控制信号输入端输入， 经隔离模块内设的第一光 耦由隔离模块控制信号输出端输出。
6. 根据权利要求 5所述的装置， 其中， 隔离模块的第三信号输出端与保 护模块的第三信号输入端连接，第三信号由隔离模块的第三信号输入端输入， 经隔离模块内设的第二光耦由隔离模块第三信号输出端输出。
7. 根据权利要求 6所述的装置， 其中， 隔离模块还设置有与第一光耦和 第二光耦相匹配的外围上拉下拉电阻。
8. 根据权利要求 1所述的装置， 其中， 保护模块为集成电路芯片或可编 程逻辑器件。
9. 一种电子设备， 包括风扇和如权利要求 1至 8任一权利要求所述的装 置， 该装置输出的风扇调速控制信号与风扇连接。
10. 根据权利要求 9所述的电子设备， 其中， 风扇为四线调速风扇或三 线调速风扇。
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