一种风扇调速电路和风扇调速系统的制作方法

1.本实用新型实施例涉及电子技术领域，特别涉及一种风扇调速电路和风扇调速系统。


背景技术：

2.在传统的工艺手段中，为发热器件散热的手段是采用风扇全速转动带走热量。当发热器件停止工作，温度下降到无需散热的阶段时，由于没有相应的监控机制，风扇仍会一直全速转动，这不仅降低了风扇的使用寿命，还带来了不必要的电力消耗；另外，当风扇出现故障而不被发现时，还会降低系统的可靠性。


技术实现要素：

3.本实用新型实施例的目的是提供一种风扇调速电路和风扇调速系统，能根据发热器件的温度调整风扇速度，延长风扇的使用寿命，降低电力消耗，能够及时发现风扇故障，提高系统的可靠性。
4.为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用的一个技术方案是：在第一方面，提供一种风扇调速电路，所述风扇调速电路包括：风扇驱动模块、故障检测模块、温度检测模块和控制器；
5.所述温度检测模块与所述控制器的第一输入端连接；
6.所述风扇驱动模块包括第一开关单元和第一电感，所述故障检测模块包括第二开关单元和第二电感；
7.所述第一开关单元的第一端连接所述第一电感的第一端，所述第一电感的第二端用于连接第一电源，所述第一电感的第三端用于连接风扇，所述第一开关单元的第二端连接所述控制器的输出端，所述第一电感与所述第二电感耦合；
8.所述第二电感的第一端用于接地，所述第二电感的第二端连接所述第二开关单元的第一端，所述第二开关单元的第二端连接所述第一电源，所述第二开关单元的第三端连接所述控制器的第二输入端；
9.所述第二开关单元用于在所述第二电感接收到所述第一电感提供的耦合信号时输出第一电平、以及在未接收到所述第一电感提供的耦合信号时输出第二电平。
10.在一些实施例中，所述第一开关单元包括第一开关管和第一电阻，所述第一开关管的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第一开关管的第二端连接所述第一电感的第一端，所述第一开关管的第三端接地，所述第一电阻的第二端连接所述控制器的输出端。
11.在一些实施例中，所述第二开关单元包括第二开关管、第三电阻和第四电阻，所述第二开关管的第一端连接所述第三电阻的第一端，所述第二开关管的第二端分别连接所述第四电阻的第一端和所述控制器的第二输入端，所述第二开关管的第三端接地，所述第三电阻的第二端连接所述第二电感的第二端，所述第四电阻的第二端连接所述第一电源。
12.在一些实施例中，所述风扇驱动模块还包括第一储能单元，所述第一储能单元的
第一端连接所述第一开关单元的第二端，所述第二储能电路的第二端连接所述控制器的输出端。
13.在一些实施例中，所述第一储能单元包括第一电容和第二电阻，所述第一电容的第一端分别连接所述控制器的输出端、所述第二电阻的第一端和所述第一开关单元的第二端，所述第一电容的第二端连接所述第二电阻的第二端并接地。
14.在一些实施例中，所述故障检测模块还包括第二储能单元，所述第二储能单元的第一端连接所述第二电感的第二端，所述第二储能单元的第二端连接所述第二开关单元的第一端。
15.在一些实施例中，所述第二储能单元包括第二电容和第五电阻，所述第二电容的第一端分别连接所述第五电阻的第一端、所述第二开关单元的第一端和所述第二电感的第二端，所述第二电容的第二端连接所述第五电阻的第二端并接地。
16.在一些实施例中，所述故障检测模块还包括二极管，所述二极管的阳极连接所述第二电感的第二端，所述二极管的阴极连接所述第二储能单元的第一端。
17.在第二方面，还提供一种风扇调速系统，所述风扇调速系统包括所述的风扇调速电路以及故障报警模块；
18.所述故障报警模块与所述控制器相连，所述控制器用于在输出pwm信号且所述第二输入端接收到所述第二电平时，控制所述故障报警模块报警。
19.在一些实施例中，所述风扇调速系统还包括上位机；
20.所述上位机用于显示风扇的工作状态以及确认故障风扇的位置。
21.本实用新型实施方式的有益效果是：区别于现有技术，本实用新型提供一种风扇调速电路和风扇调速系统，所述风扇调速电路包括：风扇驱动模块、故障检测模块、温度检测模块和控制器。在检测到发热器件温度没有超过预定的温度时，控制风扇不转动，当发热器件超过预定温度后，控制风扇的转速随温度的变化而变化，延长了风扇的使用寿命，降低了电力消耗；增加了故障检测模块，可以实时检测风扇的工作状态，提高了系统的可靠性。
附图说明
22.一个或多个实施例中通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件/模块和步骤表示为类似的元件/模块和步骤，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。
23.图1是本实用新型实施例提供的一种风扇调速电路的结构示意图；
24.图2是本实用新型实施例提供的又一风扇调速电路的结构示意图；
25.图3是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中风扇驱动模块的电路结构示意图；
26.图4是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中又一风扇驱动模块的电路结构示意图；
27.图5是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中故障检测模块的电路结构示意图；
28.图6是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中又一故障检测模块的电路结构示意图；
29.图7是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中又一故障检测模块的电路结构示意图；
30.图8是本实用新型实施例提供的风扇调速电路中温度检测模块的电路结构示意图；
31.图9是本实用新型实施例提供的一种风扇调速电路的电路结构示意图；
32.图10是本实用新型实施例提供的一种风扇调速系统的结构示意图。
具体实施方式
33.下面结合具体实施例对本技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本技术，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本技术的保护范围。
34.为了便于理解本技术，下面结合附图和具体实施例，对本技术进行更详细的说明。除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本技术。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.需要说明的是，如果不冲突，本实用新型实施例中的各个特征可以相互结合，均在本技术的保护范围之内。另外，虽然在装置示意图中进行了功能模块划分，但是在某些情况下，可以以不同于装置中的模块划分。此外，本文所采用的“第一”、“第二”等字样并不对数据和执行次序进行限定，仅是对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。
36.请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的一种风扇调速电路的结构框图示意图，所述风扇调速电路1000包括：风扇驱动模块100、故障检测模块200、温度检测模块300和控制器400；
37.温度检测模块300与控制器400的第一输入端连接，用于采集发热器件的温度；
38.风扇驱动模块100包括第一开关单元10和第一电感11，故障检测模块200包括第二开关单元20和第二电感21；
39.第一开关单元10的第一端连接第一电感11的第一端，第一开关单元10的第二端连接控制器400的输出端，第一开关单元10的第二端为控制端，第一电感11的第二端用于连接第一电源，第一电感11的第三端用于连接风扇，第一电感11与第二电感21耦合，第一开关单元10用于接收控制器400提供的pwm信号，并根据pwm信号进行相应的开合，以使第一电感11所在的回路导通或关断，带动风扇转动的同时调节风扇的转速；
40.第二电感21的第一端用于接地，第二电感21的第二端连接第二开关单元20的第一端，第二开关单元20的第一端为控制端，第二开关单元20的第二端连接第一电源，第二开关单元20的第三端连接控制器400的第二输入端，第二开关单元20用于在第二电感21接收到第一电感11的耦合信号时输出第一电平、以及在未接收到所述第一电感提供的耦合信号时输出第二电平，在一些实施例中，第一电平可以是高电平也可以是低电平，第二电平则是与第一电平极性相反的电平；在一些实施例中，所述第一电平为高电平，所述第二电平为低电平。
41.控制器400的第一输入端用于接收温度检测模块300采集的温度信号，控制器400根据上述温度信号生成相应的pwm信号，并通过输出端发送至第一开关单元10的第二端，用于控制第一开关单元10中开关元件的开合，控制器400的第二输入端用于接收第二开关单元输出的电平信号，在一些实施例中，当控制器400的第二输入端接收到高电平信号且处于发送pwm信号的状态时，说明风扇发生故障。
42.本实用新型实施例提出了一种风扇调速电路和风扇调速系统，所述风扇调速电路包括：风扇驱动模块、故障检测模块、温度检测模块和控制器。在检测到发热器件温度没有超过预定的温度时，控制风扇不转动，当发热器件超过预定温度后，控制风扇的转速随温度的变化而变化，延长了风扇的使用寿命，降低了电力消耗；增加了故障检测模块，可以实时检测风扇的工作状态，提高了系统的可靠性。
43.在一些实施例中，请参阅图2，风扇驱动模块100还包括第一储能单元12，故障检测模块200还包括第二储能单元22；第一储能单元12的第一端连接控制器400的输出端，第一储能单元12的第二端连接第一开关单元10的第二端，第二储能单元22的第一端连接第二电感21的第二端，第二储能单元22的第二端连接第二开关单元20的第一端；第一储能单元12用于对控制器400输出的pwm信号进行滤波，第二储能单元22用于对第二电感21输出的电信号进行滤波。
44.在一些实施例中，请参阅图3，第一开关单元10包括第一开关管q1和第一电阻r1，第一开关管q1的第一端为控制端，第一开关管q1的第一端连接第一电阻r1的第一端，第一开关管q1的第二端连接第一电感11的第一端，第一开关管q1的第三端接地，第一电阻r1的第二端连接控制器400的输出端。
45.在一些实施例中，第一开关管q1为npn三极管，第一开关管q1的第一端对应npn三极管的基极，第一开关管q1的第二端对应npn三极管的集电极，第一开关管q1的第三端对应npn三极管的发射极，在其他实施例中，第一开关管q1也可以是其他类型的具有开关功能的元器件，在此不做限定。第一电阻r1为第一开关管q1的限流电阻，第一开关管q1接收控制器400输出的pwm信号而进行相应的开合，从而调节风扇的速度。具体的，当第一开关管q1的基极为高电平时，第一开关管q1导通，第一电感11得电，当第一开关管q1的基极为低电平时，第一开关管q1截止，第一电感11失电，通过控制pwm信号的占空比，调整第一开关管q1的开合时长，从而影响第一电感11的得电时长，最终达到风扇调速的目的。
46.在一些实施例中，请参阅图4，第一储能单元12包括第一电容c1和第二电阻r2，第一电容c1的第一端分别连接控制器400的输出端、第二电阻r2的第一端和第一开关单元10的第二端，第一电容c1的第二端连接第二电阻r2的第二端并接地。第一储能单元22接收控制器400发出的pwm信号，并对该信号进行滤波，然后传输至第一开关单元10。
47.在一些实施例中，请参阅图5，第二开关单元20包括第二开关管q2、第三电阻r3和第四电阻r4，第二开关单元20的第一端为控制端，第二开关管q2的第一端连接第三电阻r3的第一端，第二开关管q2的第二端分别连接第四电阻r4的第一端和控制器400的第二输入端，第二开关管q2的第三端接地，第三电阻r3的第二端连接第二电感21的第二端，第四电阻r4的第二端连接第一电源。
48.在一些实施例中，第二开关管q2为npn三极管，第二开关管q2的第一端对应npn三极管的基极，第二开关管q2的第二端对应npn三极管的集电极，第二开关管q2的第三端对应
npn三极管的发射极，在其他实施例中，第二开关管q2也可以是其他类型的具有开关功能的元器件，在此不做限定。
49.第三电阻r3和第四电阻r4为第二开关管q2的限流电阻，第二开关管q2接收第二电感21提供的电信号，并进行相应的开合，从而使得第二开关单元20输出不同的电平状态至控制器400的第二输入端；当第二电感21提供的电信号相对于第二开关管q2的基极而言为高电平时，第二开关管q2导通，第二开关单元20的第三端输出低电平信号，当第二电感21提供的电信号相对于第二开关管q2的基极而言为低电平时，第二开关管q2截止，第二开关单元20的第三端输出高电平信号。需要注意的是，当风扇正常工作，即第一电感21得电正常工作时，第二电感21提供的电信号相对于第二开关管q2的基极而言为高电平，则第二开关单元20的第三端输出低电平；当控制器400未发出pwm信号(如发热器件温度未超过预定温度)或风扇发生故障(因第一电感11自身损坏、风扇供电异常等原因造成在控制器400正常发出pwm信号时第一电感11无法得电)，第二电感21提供的电信号相对于第二开关管q2的基极而言都为低电平，则第二开关单元20的第三端输出高电平，亦即，当第二开关单元20第三端输出为高电平信号且控制器400处于发送pwm信号状态时，表示风扇发生故障，而检测控制器400是否处于发送pwm信号状态的技术方案为现有技术，在此不做赘述。
50.在其他一些实施例中，当第二开关管q2导通时，第二开关单元20的第二端输出的电平信号为高电平信号，当开关管q2截止时，第二开关单元20的第二端输出的电平信号为低电平信号。
51.在一些实施例中，请参阅图6，第二储能单元22包括第二电容c2和第五电阻r5，第二电容c2的第一端分别连接第五电阻r5的第一端、第二开关单元20的第一端和第二电感21的第二端，第二电容c2的第二端连接第五电阻r5的第二端并接地。当控制器400处于发送pwm信号状态，且风扇正常工作时，第一电感11得电，并将电能转化为磁能，经耦合将磁能传输至第二电感21，第二电感21将磁能转化为电能并输出至第二储能单元22，第二储能单元22对该电信号滤波并输出至第二开关单元20的第一端，此时，对于第二开关单元20而言，接收到的信号为高电平，从而使得第二开关单元20的第三端输出低电平信号；当控制器400未发出pwm信号或风扇发生故障时，第二电感21的能量为0，则第二储能单元输出亦为0，此时，对于第二开关单元20而言，接收到的信号为低电平，因而使得第二开关单元20的第三端输出高电平信号。
52.在一些实施例中，请参阅图7，故障检测模块200还包括二极管d1，二极管d1的阳极连接第二电感21的第二端，二极管d1的阴极连接第二储能单元22的第一端。二极管d1利用输入正向电压导通，反向电压截止的特性防止第二储能单元22向第二电感21反向供电。
53.在一些实施例中，请参阅图8，温度检测模块300为负温度系数热敏电阻ntc，负温度系数热敏电阻ntc的第一端连接第二电源，负温度系数热敏电阻ntc的第二端连接控制器400的第一输入端，当温度越高时，热敏电阻的阻值越小，该负温度系数热敏电阻ntc用于测量发热部件的温度并将温度信号传输至控制器400。在其他一些实施例中，温度检测模块300也可以是任意型号的适合测量发热部件温度的温度传感器，在此不做限定。
54.在一些实施例中，请参阅图9，图9示出了一种风扇调速电路的电路图。该风扇调速电路包括：风扇驱动模块、故障检测模块、温度检测模块和控制器；
55.风扇驱动模块包括第一开关单元、第一储能单元和第一电感l1，第一开关单元又
包括第一npn三极管q1和第一电阻r1，第一储能单元又包括第一电容c1和第二电阻r2；故障检测模块包括第二开关单元、第二储能单元、第二电感l2和二极管d1，第二开关单元又包括第二npn三极管q2、第三电阻r3和第四电阻r4，第二储能单元又包括第二电容c2和第五电阻r5；温度检测模块包括负温度系数热敏电阻ntc。
56.第一npn三极管q1的基极连接第一电阻r1的第一端，第一npn三极管q1的集电极连接第一电感l1的第一端，第一npn三极管q1的发射极接地，第一电阻r1的第二端分别连接第二电阻r2的第一端、第一电容c1的第一端和控制器的输出端，第二电阻r2的第二端连接第一电容c1的第二端并接地，第一电感l1的第二端连接第一电源vcc_1、第一电感l1的第三端连接风扇(图中未示出)，第一电感l1与第二电感l2耦合。
57.第二电感l2的第一端接地，第二电感l2的第二端连接二极管d1的阳极，二极管d1的阴极分别连接第五电阻r5的第一端、第二电容c2的第一端和第三电阻r3的第一端，第五电阻r5的第二端连接第二电容c2的第二端并接地，第三电阻r3的第二端连接第二npn三极管q2的基极，第二npn三极管q2的集电极分别连接第四电阻r4的第一端和控制器的第二输入端，第四电阻r4的第二端连接第一电源vcc_1，第二npn三极管q2的发射极接地。
58.负温度系数热敏电阻ntc的第一端连接第二电源vcc_2，负温度系数热敏电阻ntc的第二端连接控制器的第一输入端。
59.该电路的工作过程如下：负温度系数热敏电阻ntc持续检测发热器件(图中未示出)的温度，并将相应的温度信号发送至控制器的第一输入端，当所测温度还未到达预定温度时，控制器不发出pwm信号，风扇不转动，当发热器件的温度超过预定温度后，控制器会根据具体的温度信号生成相应占空比的pwm信号，经由第二电阻r2和第一电容c1组成的第一储能单元滤波处理后，传输至第一npn三极管q1的基极，作为控制第一npn三极管q1的开关信号，当第一npn三极管q1的基极为高电平时，第一npn三极管q1导通，第一npn三极管q1的基极为低电平时，第一npn三极管q1截止，通过第一npn三极管q1规律性的开合从而控制风扇以相应的转速转动，当温度越高时，pwm信号的占空比越大，风扇转速就越高，这样就实现了风扇的转速随温度的变化而变化，延长了风扇的使用寿命，降低了电力消耗。
60.当发热器件的温度超过预定温度后，控制器的输出端发出相应的pwm信号，控制风扇应以设定的速度转动，此时，若风扇正常工作，则第一npn三极管q1根据第一电容c1和第二电阻r2组成的第一储能单元滤波处理后的pwm信号进行相应的开合，当第一npn三极管q1导通时，第一电感l1得电，将电能转换为磁能，与第二电感l2耦合后将磁能传输至第二电感l2，第二电感l2将磁能转化为电能，并传输至由第二电容c2和第五电阻r5组成的第二储能单元，经过第二储能单元滤波后传输至第二npn三极管q2的基极，此时，对第二npn三极管q2而言，基极的信号为高电平信号，则第二npn三极管q2导通，控制器的第二输入端接收到低电平信号；当控制器未发出pwm信号或风扇发生故障时，第二电感l2的能量则为0，因此第二储能单元的输出电压亦为0，此时，对第二npn三极管q2而言，基极的信号为低电平信号，第二npn三极管q2截止，控制器的第二输入端接收到高电平信号，也即当控制器处于发送pwm信号的状态，且由故障检测电路接收到的信号为高电平时，表示风扇发生故障，因此通过以上的技术方案可实现风扇故障检测的功能，通过实时检测风扇的工作状态，提高了系统的可靠性。
61.二极管d1利用输入正向电压导通，反向电压截止的特性防止第二储能单元向第二
电感l2反向供电。
62.本实用新型实施例还提供一种风扇调速系统2000，请参阅图10，风扇调速系统2000包括风扇调速电路1000和故障报警模块1001，当风扇调速电路1000中的控制器处于发送pwm信号的状态且接收到来自故障检测模块的所述第二电平时，意味着风扇发生了故障，控制器启动故障报警模块1001，故障报警模块1001包括外设设备如报警器、闪光灯、语音报警器等，从而及时提醒相关工作人员进行相应的处理。
63.在一些实施例中，请再次参阅图10，风扇调速系统2000还包括上位机1002，上位机1002可以显示各个风扇的工作状态以及所在位置，当某个风扇发生故障时，相关工作人员可在上位机1002上快速查找到故障风扇的位置，方便维修。
64.需要说明的是，以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。