基于温度实时监测的风扇调速电路的制作方法

1.本发明涉及一种电子电路技术，特别涉及一种基于温度实时监测的风扇调速电路。


背景技术：

2.对于电力电子设备，常用的散热方式为通过在散热器上安装散热风扇，进行强迫式风冷，对于损耗较大的设备，为达到散热效果，需施加较大的风扇，但当设备低功率运行时，损耗较小，较大转速的风扇不仅造成了能源浪费，更降低了设备的振动噪声水平，因此根据损耗大小对风扇进行调速控制十分重要。
3.现有风扇调速方法，调节实时性较差，且系统体积庞大，影响整体系统的高集成度。


技术实现要素：

4.针对风扇散热调速平衡问题，提出了一种温度实时监测的风扇调速电路，解决风扇高效散热问题。
5.本发明的技术方案为：一种基于温度实时监测的风扇调速电路，包含电源电路、温度传感器、温度调理电路、三角波发生电路、极性选择电路、比较电路和信号隔离输出电路；温度传感器贴在需散热部件上，温度传感器输出实时温度信号送温度调理电路，经温度调理电路将传感器采集的温度信号转化为电平信号，与三角波发生电路所产生的的三角波经过极性选择电路后送比较电路进行比较，获得pwm控制信号，再经过信号隔离输出电路控制风扇运转。
6.优选的，所述三角波发生电路包括时基芯片，时基芯片的触发器输入脚连接到阈值输入脚，使定时器自触发，并作为一个多谐振荡器运行，触发器输入脚和阈值输入脚并通过充放电电容连接至gnd，通过对充放电电容的充放电，产生三角波信号，充放电电容通过串联的两个充放电电阻接vcc，充放电电容在阈值电平和触发电平之间充放电。
7.优选的，所述温度调理电路包括两级串联运放电路，风扇全速旋转和最低旋转对应设定温度，经过两级运放电路转换为对应三角波信号电路中的阈值电平和触发电平。
8.优选的，所述极性选择电路由4个极性电阻组成，两输入分别接1极性电阻接两输出中的一个输出，通过电阻的匹配，改变输入比较电路的比较器同向及反向输入端的电平信号波形，改变比较器输出pwm电平极性。
9.优选的，所述比较电路包括比较器，所述三角波发生电路及温度调理电路所输出的信号波形，经极性选择电路后，分别输入比较器进行电平比较后输出控制信号。
10.优选的，所述信号隔离输出电路选取集成高增益高速光探测器及高输出gaacas发光二极管的高速光耦。
11.本发明的有益效果在于：本发明温度实时监测的风扇调速电路，采用纯硬件设计，成本低，体积小，控制精准且响应速度快，能根据设备的损耗情况自动调节风扇转速，既可
以节能减排，又能达到减振降噪的目的。
附图说明
12.图1为本发明温度实时监测的风扇调速电路结构框图；
13.图2为本发明中电源电路图；
14.图3为本发明中三角波发生电路图；
15.图4为本发明中温度调理电路图；
16.图5为本发明中极性选择电路图；
17.图6为本发明中比较电路图；
18.图7为本发明中信号隔离输出电路图。
具体实施方式
19.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
20.如图1所示温度实时监测的风扇调速电路结构框图，电路包含电源电路、温度传感器、温度调理电路、三角波发生电路、极性选择电路、比较电路、信号隔离输出电路及风扇。本发明选取风扇为4线制调速风扇，红黑线分别为正负极直流输入，额定工作电压为vcc，第三线为风扇控制信号线，为pwm形式，可通过占空比调节风扇转速，第四线可不使用。通过温度传感器，检测需散热部件的温度，经温度调理电路将传感器采集的温度信号转化为电平形式，与三角波发生电路所产生的的三角波信号经极性选择电路，送至比较电路进行比较，进而得到pwm控制信号，通过隔离输出电路控制风扇运转，其中极性选择电路可根据实际应用情况，改变比较器同向及反向输入端的信号，进而改变pwm占空比与温度信号的正反比例关系。
21.图2为电源转换电路，风扇调速电路外部供电电源vcc，经管电平转换芯片1将vcc转换成vdd，其中vcc与vdd共地，为gnd。其中，vcc值选取风扇额定电压，vdd值选取风扇控制信号高电平电压。电平转换芯片1需选取非隔离式转换芯片。
22.图3为三角波发生电路，以时基芯片2为核心，配合外围的电阻及电容，产生三角波信号。时基芯片2的8脚及1脚为电源输入端，分别连接vcc及gnd，且两引脚间并接滤波电容3，具体容值可根据芯片使用手册推荐选型，本设计容值c1＝0.1μf；3脚通过负载电阻4连接至vcc,负载电阻4阻值为rl，具体阻值可根据芯片使用手册推荐选型，本设计rl＝1kω；4脚直接连接至vcc；7脚一路通过充放电电阻5连接至vcc，充放电电阻5阻值为ra，一路通过充放电电阻6连接至2脚，充放电电阻6阻值为rb；将触发器的2脚(输入端)连接到6脚(阈值输入)，使定时器自触发，并作为一个多谐振荡器运行，2脚和6脚通过电容7连接至gnd，通过对电容7的充放电，产生三角波信号，电容7其容值为c2；5脚通过电容8连接至gnd。电容7通过充放电电阻5、充放电电阻6充电，随后仅通过充放电电阻6放电，因此三角波波形由值ra、rb控制。在这种工作模式下，电容7在阈值电平(2/3vcc)和触发电平(1/3vcc)之间充放电。在单稳态电路中，充放电次数，即频率和占空比，与电源电压无关。三角波电压上升过程持续时间为th，下降过程持续时间为tl，其中th＝0.693(ra+rb)c2，tl＝0.693(rb)c2，单波周期
p＝th+tl，频率f＝1.44/(ra+2rb)/c2，占空比d＝th/p＝1-rb/(ra+2rb)。输出端a输出至极性选择电路a'处。
23.图4为温度传感器和温度调理电路。温度传感器9选取ntc负温度系数热敏电阻式，电阻端贴于需检测温度的部件表面，引线端连接至温度调理电路接线端子10，温度传感器9可变电阻值rt。接线端子10为2pin形式，引脚1连接电源vdd，引脚2分为两路，一路经过分压电阻11连接至gnd，分压电阻11两端并联接入滤波电容12，滤波电容12容值c41，分压电阻11值为r41；另一路经过限流电阻13连接至运放14的同向输入端5，限流电阻阻值为r42。其中，分压电阻11与温度传感器9相互作用，对vdd电压进行分配，使得输入运放的温度电平信号ut随温度变化而变化，其中，ut＝vdd*r41/(r41+rt)，即可用ut值的变化来表征采集温度的高低。r42与运放芯片14的工作电流i1及电平ut有关，r42《ut/i1，可选取r42＝0.5ut/i1。c41根据经验选取1μf贴片电容。运放14的8脚及4脚为电源输入引脚，分别接vcc及gnd，输入引脚为5和6，输出引脚为7。反向输入端6与输出端7通过放大电阻15连接，且反向输入端6通过放大电阻16接gnd，放大电阻15阻值为r43，放大电阻16阻值为r44。运放147引脚输出电平为u41。
24.根据设计假设要求风扇全速旋转的温度为t1，对应的rt电阻值为rt1，温度电平信号ut1风扇最低速运行所对应的最大温度为t0，对应的rt电阻值为rt0，温度电平信号ut0，经计算，ut1＝vdd*r41/(r41+rt1)，ut0＝vdd*r41/(r41+rt0)，假设运放14及外围电路组成的放大电路放大系数为a，由于三角波信号的波峰电平为2vcc/3，波谷电平为vcc/3，因此tit0温度电平信号经放大后，对应的电平值u41应为2vcc/3及vcc/3，故有：a*ut1＝2vcc/3，a*ut0＝vcc/3，即可得：r41＝rt0-2rt1，放大系数a＝(2vcc/3vdd)(rt0-rt1)/(rt0-2rt1)，即r43+r44/r44＝(2vcc/3vdd)(rt0-rt1)/(rt0-2rt1)，可通过比例关系对r43及r44进行取值。
25.输出端7通过限流电阻17接与运放18的同向输入端即3引脚,限流电阻17阻值为r45，与运放芯片18的工作电流i2及运放14输出电平u41有关，r45《u41/i2，可选取r45＝0.5u41/i2。运放18可与运放14选择同一芯片内集成的两个运放模块，节省体积。反向输入端2与输出端1通过放大电阻19连接，且反向输入端2通过放大电阻20接gnd，放大电阻19阻值为r46，放大电阻20阻值为r47。该运放及其外围电路起电压跟随器作用，其中r46取值0ω，r47取值为无穷。输出端b输出至极性选择电路b'处。
26.图5为极性选择电路，由四个极性选择电阻21、22、23、24实现。使用时，用户可根据实际情况进行电阻阻值匹配。当电阻21、23为0ω，电阻22、24为无穷大，此时a’信号经输出端c传至下一级电路，b’经输出端d传至下一级电路；当电阻21、23为无穷大，电阻22、24为0ω，此时a’信号经输出端d传至下一级电路，b’经输出端c传至下一级电路。通过电阻的匹配，改变输入比较器同向及反向输入端的电平信号波形，改变输出pwm电平极性的目的，进而达到控制检测温度与pwm占空比呈正比或反比的情况。输出端c、d输出至比较电路c'、d'处。
27.图6为比较电路，三角波发生电路及温度调理电路所输出的信号波形，经极性选择电路后，分别由c'及d'输入到比较电路。c'经限流电阻25输入到比较器27同向输入端3，d'经限流电阻26输入到比较器27反向输入端2，限流电阻25阻值为r61，限流电阻26阻值为r62，其阻值与比较器的输入电流i2有关，r61＝r62》2/3vcc/i2。比较器27供电电压包含vcc
在内，由vcc进行供电，8脚及4脚分别接vcc及gnd。比较器27输入输出电压能力大于vcc。输出端1输出到下一级电路，同时，通输出端1过上拉电阻28接vcc，上拉电阻28阻值r63根据经验值选取为10kω。输出端e输出至隔离信号输出电路e'处。
28.图7为隔离信号输出电路。输入信号e’输入到高速光耦29的输入端2脚，高速光耦29的输入端1脚通过限流电阻30接vcc，高速光耦29推荐选取集成高增益高速光探测器及高输出gaacas发光二极管的产品，最大传输速率不小于风扇控制pwm的频率。限流电阻30阻值为r71，其值与高速光耦29输入引脚的最大工作电流i3及阈值输入电流i4有关，vcc/i4《r71《vcc/i3。高速光耦29的6脚接vdd，4脚接gnd，5脚为信号输出端，输出风扇控制信号至风扇，同时信号输出端5通过上拉电阻r31接vdd，上拉电阻31阻值r72根据经验值选取为10kω。
29.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。