一种风机控制方法、系统及带有散热风机的电器设备与流程

本发明涉及风机控制领域，尤其涉及一种风机控制方法、系统及带有散热风机的电器设备。

背景技术：

目前在带有散热风扇的电器类产品的风机控制方案中，一般大多数是在其额定转速范围内直接控制运转，还有部分是单纯通过软件控制来调整风机转速，该类方案的风机运转并不能反映电器硬件的实际散热需求，也没有实现在保证温升的前提下的最佳噪音状态，是一种被动式的粗犷散热过程。

对于自身发热量并不多的电路板或者电器工作在低发热量状态时，在实际工作过程中只需满足器件的散热需求即可，并不需要风机持续高速运转。一方面高速运转的风机噪音会比较大，另一方面风机持续高速运转对于其驱动芯片的寿命也有一定影响。

单纯用软件设置风机调速，对转速的控制只是由编程人的设置而定，不能实时反映实际工作过程中电器腔内器件的温升需求，也不能获得理想的噪音状态。

实际应用中，能够使得风机根据电路板或电器内的实际需求自动调整转速并在此基础上获取最小噪音是很有必要的。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种风机控制方法、系统及带有散热风机的电器设备。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种风机控制系统，包括：

感温器件，所述感温器件连接于风机电压输入端与电源之间,并布设在电器内重要器件附近或电器内散热差的区域，用于感知所处环境的温度变化，所述感温器件的阻值随温度变化而变化；

电压检测模块，与风机电压输入端连接，用于采集风机输入电压；

主控制模块，与电压检测模块和风机控制模块连接，用于对风机输入电压进行处理分析，根据预先存储的与测试转速和目标转速的对应关系生成调速控制信号发送给风机控制模块；

风机控制模块，与主控制模块和风机连接，用于根据调速控制信号控制风机工作状态,调整其转速。

本发明的有益效果是：本发明综合考虑多种因素，将电路硬件的实际需求与软件协同调控相结合，是一种以温升散热状态为基础,以降噪为目的，随温度变化主动调控风机转速的方案，电路简单，软件方案对控制芯片无特定要求，可以直接应用于采用直流风机的电路板方案中。既可以使风机在电器低发热量工作状态下低噪音低速运转，也可以使风机在电器高发热量工作状态下高速运转并保证噪音满足产品需求，是以实际温升为基础低噪音为目标的风机控制方案。低温时低速，高温时高速，实时变化，保证风机使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述感温器件包括负向的阻性感温器件或温度传感器件。

采用上述进一步方案的有益效果是：感温器件与风机串联，感温器件具有随着温度升高阻值变小的特性，用于感受电路板上器件的温度变化以及电器腔体内的环境温度变化，这种阻值变化会导致风机输入电压发生相反的变化(风机输入电压与其分压)，在风机驱动芯片的可工作电压范围内风机的转速会随输入电压发生连续变化，输入电压小时转速低，输入电压高时转速高，需要根据风机驱动芯片的可工作电压范围选择温度变化特性符合的感温器件。本发明根据感温器件的上述特性将温度变化转换为电压变化，进而转换为风机转速变化，保证风机转速能够随温度实时变化。

进一步，所述主控制模块包括：存储单元，用于存储预先建立的满足感温器件温度特性条件下风机输入电压与测试转速的第一对应关系，以及预先建立的满足感温器件温度特性条件下不同风机输入电压区间与预设噪音区间及目标转速的第二对应关系。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明以根据实际需求确定的感温器件温度特性曲线为基础，推出该感温器件对应下的风机电压和风机转速的对应函数关系，建立第一对应关系，以及根据试验测得该感温器件下风机转速与噪音的对应关系，通过实验测试得出预设噪音效果为上限的风机需求转速目标对应关系，建立满足感温器件温度特性条件下不同风机输入电压区间与预设噪音区间及目标转速的第二对应关系；在电压检测模块检测风机输入电压的情况下，可快速得出该状态下的目标转速。

进一步，所述主控制模块还包括：

匹配单元，用于根据第一对应关系获取所述风机输入电压对应的测试转速,根据第二对应关系获取所述风机输入电压对应的目标转速；

计算单元，用于计算测试转速与目标转速的差异状态,并根据差异状态确定调速方案；

信号产生单元，用于根据调速方案产生调速控制信号发送给风机控制模块。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用第一对应关系和第二对应关系快速得出与采集的风机输入电压对应测试转速和目标转速，根据测试转速和目标转速的差异确定调速方案,并产生调速控制信号,并将风机转速调至目标转速，输出相应的风机调速信号，以便对风机的运行进行控制。

进一步，所述主控制模块还包括：

电压变化率获取单元，用于根据电压检测模块采集的风机输入电压获取风机输入电压变化率；

比较单元，用于将风机输入电压变化率与根据感温器件温度特征得出的电压变化率进行比较，得出差异值；

控制单元,用于当差异值在预设范围内时，判定为正常状态,进行正常的调速处理；当差异值不在预设范围内时,判定为异常状态,若是单一差异点则做弃点处理,以下一段正常数据为基础做调速处理,若连续出现差异点则判定为感温器件异常,进行报错处理,提醒检测感温器件。

采用上述进一步方案的有益效果是：能够在电压检测模块监测和采集电压数据的同时获取电压变化率，优先确定采集的数据是否存在异常点，并在发现异常后及时进行下一步异常处理，避免后期对异常数据处理获得错误的调速信号。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种带有散热风机的电器设备，包括上述技术方案所述的风机控制系统。

本发明的有益效果是：包括上述风机控制系统的电器设备，可实现风机根据散热需求进行运转的同时，兼顾噪声需求。既能满足温升要求，又能针对不同温度阶段进行降噪处理，是以器件需求为前提的风机降噪控制方案。低温时低速运转，高温时高速运转，且达到预设噪音效果，实时变化，保证风机使用寿命，降低设备维修成本。

为实现上述发明目的，本发明还提供一种风机控制方法，应用于风机控制系统中，所述风机控制系统包括感温器件、电压检测模块、主控制模块和风机控制模块，所述感温器件连接于风机电压输入端与电源之间,并布设在电器内重要器件附近或电器内散热差的区域，用于感知所处环境的温度变化，所述感温器件的阻值随温度变化而变化，所述方法包括如下步骤：

s1,采集风机输入电压；

s2,对风机输入电压进行处理分析，根据预先存储的与测试转速和目标转速的对应关系生成调速控制信号；

s3,根据调速控制信号控制风机工作状态,调整其转速。

本发明的有益效果是：本发明所述方法将感温器件温度特性转换为风机输入电压，进而获取对应风机输入电压的测试转速，再根据不同电压阶段预设的噪音限制获得对应当前电压状态下的目标转速，并将当前转速调至接近目标转速以实现低噪运行。实现既能满足温升要求，又能针对不同温度阶段进行降噪处理，是以器件需求为前提的风机降噪控制方案。低温时低速，高温时高速，实时变化，保证风机使用寿命。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，上述技术方案还包括步骤s1之前存储预先建立的满足感温器件温度特性条件下风机输入电压与测试转速的第一对应关系，以及预先建立的满足感温器件温度特性条件下不同风机输入电压区间与预设噪音区间及目标转速的第二对应关系。

进一步，s2的具体实现包括:

s2.1,根据第一对应关系获取所述风机输入电压对应的测试转速,根据第二对应关系获取所述风机输入电压对应的目标转速；

s2.2,计算测试转速与目标转速的差异状态,并根据差异状态确定调速方案；

s2.3,根据调速方案产生调速控制信号发送给风机控制模块。

进一步，执行s2前还包括:

根据采集的风机输入电压获取风机输入电压变化率；

将风机输入电压变化率与根据感温器件温度特征得出的电压变化率进行比较，得出差异值；

当差异值在预设范围内时，判定为正常状态,进行正常的调速处理；当差异值不在预设范围内时,判定为异常状态,若是单一差异点则做弃点处理,以下一段正常数据为基础做调速处理,若连续出现差异点则判定为感温器件异常,进行报错处理,提醒检测感温器件。

附图说明

图1为本发明实施例所述风机控制系统框图；

图2为本发明实施例所述风机控制系统具体电路图；

图3为本发明实施例风机控制方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，本发明提供一种风机控制系统，包括：

感温器件，所述感温器件连接于风机电压输入端与电源之间,并布设在电器内重要器件附近或电器内散热差的区域，用于感知所处环境的温度变化，所述感温器件的阻值随温度变化而变化；

电压检测模块，与风机电压输入端连接，用于采集风机输入电压；

主控制模块，与电压检测模块和风机控制模块连接，用于对风机输入电压进行处理分析，根据预先存储的与测试转速和目标转速的对应关系生成调速控制信号发送给风机控制模块；

风机控制模块，与主控制模块和风机连接，用于根据调速控制信号控制风机工作状态,调整其转速。

本发明系统结构简单，硬件基础是基本的采样和控制电路。如图2所示，风机接入端口fan082为风机插座，用于与风机相连接；tr081为负向的阻性感温器件或传感器件，随着温度升高阻值会变小，用于感受电路板上器件的温度变化以及电器腔体内的环境温度变化，这种阻值变化会导致风机输入电压发生相反的变化(风机输入电压与其分压)，在风机驱动芯片的可工作电压范围内风机的转速会随输入电压发生连续变化，输入电压小时转速低，输入电压高时转速高，需要根据风机驱动芯片的可工作电压范围选择温度变化特性符合的感温器件。

整个风机控制系统包括以下几个部分：1.感温器件，负责监测器件或腔体温度变化；2.电压检测模块，负责反馈数据，监测转速协同主控制模块改变风机状态；3.主控制模块，根据电压检测模块发送的检测数据获取测试转速和目标转速，调整风机转速靠近目标转速，4.风机控制模块，根据主控制模块输出的风机转速信号控制风机运转。

主要工作原理由两部分组成，硬件感应部分及软件控制部分。工作过程中负向感温阻性器件的阻值会随温度负向变化，温度越高其阻值越小，其两端电压越小，风机输入电压与其分压，受其变化影响，在重要发热器件温度升高或者电器腔内温度升高时，风机的输入电压则越大，风机的转速则也会越大。这是本控制方案中的硬件基础。硬件上比较关键的是选择温度特性合适的感温器件，这就需要考虑风机驱动芯片的规格，以及产品需要的风机转速范围。但是此基础上的控制为纯硬件特性控制，是没有考虑在此过程中风机转速的稳定性以及风机噪音的，只能保证风机转速能够随器件温度实时变化，这并非最理想的噪音状态。为达到理想的风机工作状态，还要增加软件的协同控制，对噪音和稳定性进行调整，在保证温升的前提下，将不同电器工作状态下的风机噪音调整为最小。

故降噪控制方案中的重点还是在软件上，硬件是其需求的反馈。软件控制需要结合硬件测试的数据以及产品的需求状态。软件方案中涉及到的函数和对应关系是以实际测试数据为支撑获取的，需要进行大量实验，并结合实际器件的特性拟合得到。为保证程序设置的可靠性，可经过多次实验的模拟和不断的结果验证来完善。

1.在硬件电路基础上根据感温器件阻值与电压的关系以及风机转速与电压的关系，以根据实际需求确定的负向的阻性感温器件(或传感器件)温度特性曲线为基础，推出该感温器件对应下的风机电压和风机转速的对应函数关系，建立第一对应关系。

风机直接接在直流电源上，通过调节风机的输入电压可以发现风机的转速是随输入电压不断变化的，每一个电压值对应一个转速，变化规律是随着输入电压增大而转速增大。

首先找出这种风机的转速随输入电压的变化关系，通过多次实验测试，多取样点，可以获得一种函数变化关系，因风机内部驱动芯片差异而不同(这种函数关系写进程序，作为风机测试转速)；

然后选择合适的感温器件，找到感温器件随着电器工作过程中，温度变化与电压的关系，这个是固定的，因感温器件本身的温度特性不同而不同。输入到风机控制支路的电压是固定的，经过感温器件分压后就可以推出风机输入电压与温度的一个关系，也就是说获得了一个风机在电器工作过程中的电压变化曲线。比如是3-18v。

这个电压变化曲线有一个变化区间，这个变化区间肯定是在通过步骤1获得的风机转速随电压变化的范围内，这个时候就相当于获得了一种在电器工作时，风机的转速随电压变化的一个对应关系。举例3-18v对应转速1000-2800转。

2.在无软件控制的基础上将风机装在电器结构内部内，得出在选定的感温器件影响下风机转速与噪音的实际对应关系。

将风机单独拿出来测试的噪音效果与放在电器结构内测试的噪音效果有差异，一般是在电器结构内效果更差一些。举例，单独拿风机测试噪音获得电压区间3-18v范围内测试在30-48db，装在电器机壳内的噪音是33-51db，他们噪音不同，但是他们转速是相同的。

3.针对产品噪音需求和温升需求，在风机转速与噪音的实际对应关系基础上，以保证温升为前提分阶段对噪音标准进行限定，通过实验测试得出预设噪音效果为上限的风机需求转速目标，建立在预设噪音状态下的采样电压的不同阶段与风机目标转速的第二对应关系。

每个产品有一个目标的噪音状态，将风机装在电器结构上，这样比较接近其工作时的噪音状态，通过目标噪音状态来限定风机转速。举个简单的例子，假设某个产品可以接受的噪音范围是30-40db，但是单纯通过感温器件自行调电压获得的噪音状态是33-51db，就想将现在的噪音状态向理想的噪音状态调整，那就在器件温升允许的范围内进一步降低转速，举例将风机电压的变化分为五个区间，假设电压从3v变化到18v，将电压分为5个区间，3v-6v，6v-9v，9v-12v，12v-15v，15v-18v，(实际应用时应当分更细的区间，分的越细，那么最终效果越好)在这五个区间内，进行噪音状态的测试，获得这五个区间内符合目标噪音状态30-40db范围内五种最佳的转速状态(实际上五个区间也对应五个噪音区间，举例根据实际电压结合噪音状态划分了5个噪音区间30-32,32-34,34-36,36-38，38-40)，电压区间对应噪音区间确定五个区间的目标转速。(测试目标转速也将风机装在电器机壳内进行，最好就是将分隔区间细化，做到1v一个目标转速，每个区间的目标转速也写进程序，与电压区间对应)。

在电器实际工作时，风机的输入电压是连续变化的，通过电压取样了解其工作状态，举例，还是设定5个区间值，通过电压检测模块去监测其随温度的变化状态，比较判定目前的电压位于哪个区间值范围内，当电压位于其中一个区间时，他的目标速度是确定的(之前实验根据设定的噪音范围确定了几种目标转速)，那么就对现在的转速进行调整，通过风机控制模块控制其开通关断的时间来调整到接近目标转速，达到降低噪音的效果。举例，当风机电压为10v时，它实际转速是1800转，希望获得的噪音状态是34-36db，目标转速是1600满足，那么就通过控制开通关断时间调整，比如开80ms，关10ms状态进行可以获得1600转。这调整关系可以通过测试转速与目标转速的比值获得1600/1800＝8/9。

4.以对风机输入电压的采样为基础，通过过程1转化为实际风机转速，并找到该状态可对应转化的目标转速。由电压变化率和感温器件温度特性曲线的差异判定是直接进入调速状态还是做异常判定处理。

通过检测得到的输入电压值获得风机测试转速，同时确认其工作的电压区间，并进一步确认了这个区间的目标风机转速。通过风机测试转速与目标转速的比值获得调整关系，通过调整关系将现有转速调至目标转速。

5.软件调控降噪是以保证硬件在其使用规格内良好的散热为前提，故所有软件参数的设置要以此为基础出发点。

6.硬件方案确定风机转速的基本变化趋势，软件调控保证其变化趋势符合实际降噪需求。

所述感温器件包括负向的阻性感温器件或阻值随温度变化的温度传感器件。本发明实施例中所述感温器件采用负向感温阻性器件tr081。最好在布板的时候将该感温器件布在重要发热器件的附近或者受温度影响比较大的器件附近，以便其能灵敏和精确地感受该器件的温度变化或其周围环境温度的变化，保证能够在器件或腔体温升高时及时反馈状态。

所述电压检测模块包括电阻r082、电阻r083、电容ec082、电阻r084、电容c081和二极管d082，所述电阻r082和电阻r083串联在风机接入口和地之间，所述电阻r082和电阻r083的公共端连接电容ec082的正极和电阻r084的一端，所述电容ec082的负极接地，所述电阻r084的另一端连接电容c081的一端和二极管d082的正极，并且连接主控制模块的输入端，所述电容c081的另一端接地，所述二极管d082的负极连接电源vdd。上述电压检测模块仅为一种实现方式，可实现电压检测的其他实现方式也在本发明保护范围之内。

所述风机控制模块包括电阻r081、三极管q28、二极管d081和电容ec081，所述电阻r081的一端连接主控制模块的输出端，另一端连接三极管q28的基极，所述三极管q28的发射极接地，集电极连接二极管d081的正极、电容ec081的负极和风机接入端口fan082的2号引脚，所述二极管d081负极和电容ec081的正极连接风机接入端口fan082的1号引脚，并且连接负向感温阻性器件tr081的一端，所述负向感温阻性器件tr081的另一端连接电源vcc。上述风机控制模块仅为一种实现方式，可实现风机控制的其他实现方式也在本发明保护范围之内。

风机的通断由芯片控制三极管q28的开通关断执行。风机工作状态的数据反馈则由电压检测模块反馈给芯片，从而实时了解风机的转速并通过风机控制模块限制风机在不同阶段的工作状态以保证其在电器不同工作阶段的噪音。保证风机能够运行在可控的范围内，也可通过对电压反馈的数据对风机工作过程中的异常进行监测。

本发明实施例中，所述主控制模块包括：存储单元，用于存储预先建立的满足感温器件温度特性条件下风机输入电压与测试转速的第一对应关系，以及预先建立的满足感温器件温度特性条件下不同风机输入电压区间与预设噪音区间及目标转速的第二对应关系；所述主控制模块还包括：匹配单元，用于根据第一对应关系获取所述风机输入电压对应的测试转速,根据第二对应关系获取所述风机输入电压对应的目标转速；计算单元，用于计算测试转速与目标转速的差异状态,并根据差异状态确定调速方案；信号产生单元，用于根据调速方案产生调速控制信号发送给风机控制模块。

本发明实施例中，所述主控制模块还包括：电压变化率获取单元，用于根据电压检测模块采集的风机输入电压获取风机输入电压变化率；比较单元，用于将风机输入电压变化率与根据感温器件温度特征得出的电压变化率进行比较，得出差异值；控制单元,用于当差异值在预设范围内时，判定为正常状态,进行正常的调速处理；当差异值不在预设范围内时,判定为异常状态,若是单一差异点则做弃点处理,以下一段正常数据为基础做调速处理,若连续出现差异点则判定为感温器件异常,进行报错处理,提醒检测感温器件。

为实现发明目的，本发明还提供一种带有散热风机的电器设备，包括上述技术方案所述的风机控制系统。

如图3所示，为实现发明目的，本发明还提供一种风机控制方法，应用于风机控制系统中，所述风机控制系统包括感温器件、电压检测模块、主控制模块和风机控制模块，所述感温器件连接于风机电压输入端与电源之间,并布设在电器内重要器件附近或电器内散热差的区域，用于感知所处环境的温度变化，所述感温器件的阻值随温度变化而变化，所述方法包括如下步骤：

s1,采集风机输入电压；

s2,对风机输入电压进行处理分析，根据预先存储的与测试转速和目标转速的对应关系生成调速控制信号；

s3,根据调速控制信号控制风机工作状态,调整其转速。

所述感温器件包括负向的阻性感温器件或阻值随温度变化的温度传感器件。本发明实施例中所述感温器件采用负向感温阻性器件tr081。

本发明实施例中预先在主控芯片中存储预先建立的满足感温器件温度特性条件下风机输入电压与测试转速的第一对应关系，以及预先建立的满足感温器件温度特性条件下不同风机输入电压区间与预设噪音区间及目标转速的第二对应关系。

s2的具体实现包括:

s2.1,根据第一对应关系获取所述风机输入电压对应的测试转速,根据第二对应关系获取所述风机输入电压对应的目标转速；

s2.2,计算测试转速与目标转速的差异状态,并根据差异状态确定调速方案；本发明实施例中根据目标转速和测试转速计算获得的以控制开通关断时间为主的调速信号传送给风机，进而控制风机调速；

s2.3,根据调速方案产生调速控制信号发送给风机控制模块。

本发明实施例中，执行s2前还包括：根据采集的风机输入电压获取风机输入电压变化率；将风机输入电压变化率与根据感温器件温度特征得出的电压变化率进行比较，得出差异值；当差异值在预设范围内时，判定为正常状态,进行正常的调速处理；当差异值不在预设范围内时,判定为异常状态,若是单一差异点则做弃点处理,以下一段正常数据为基础做调速处理,若连续出现差异点则判定为感温器件异常,进行报错处理,提醒检测感温器件。

现有技术中常用的模式是在风机工作的额定电压下直接控制风机高速运转，或者直接通过软件进行降速处理。以上方案只是在做基本保证温升的散热处理，并没有考虑到电器件在工作过程中的实际温升变化对于风机转速的需求。

本方案的主要工作原理是利用了感温器件会随温度实时变化的特征，选择温度变化特性合适以及阻值合适的负向的阻性感温器件与风机进行分压来实时根据温度宏观调控风机转速并反映需求状态的。为保证风机在不同阶段的噪音水平，需要通过软件调控将风机转速不断地向理想噪音需求的风机转速进行调整，以保证风机进入理想工作状态。为避免异常，同时对风机输入电压的变化率与感温器件的温度特性曲线的对应关系进行监控，变化率正常则进入下一步调速处理，若是监测到浪涌异常点，则做弃点处理以下一时段的采集数据进行调速，若是监测到连续异常点，则报错提醒检测感温器件是否异常。

本方案既能满足温升要求，又能针对不同温度阶段进行降噪处理，是以器件需求为前提的风机降噪控制方案。

本发明提供了一种以实际工作过程中的重要器件或电器腔内的温度为基础考虑的调整转速减小风机噪音的控制方案。该方案软件和硬件相结合，以基本采样和控制电路为基础，结合软件降噪处理方案，是既以器件温升变化为基础又以噪音需求为目的的，将负向阻性电器件特性转化为风机电压和转速特性，以理想噪音和转速的需求为限值，通过软件控制将风机转速调整到接近理想的状态。温度低时风机可低噪音慢速运转，温度高时风机则快速运转降温。在能够保证基本散热的前提下，整个电器工作过程中，风机的转速是以噪音需求为前提，跟随温度连续变化的，是一种以实际需求来控制的主动式降温过程。

本发明是以风机输入电压参数进行监控以获得风机转速的方案，对风机其他工作参数进行监控以获得风机转速的方案也在本发明保护范围之内。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例一”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。