一种风扇自动调速控制装置及控制方法与流程

本发明属于交换机设备散热，尤其涉及一种风扇自动调速控制装置及控制方法。

背景技术：

1、工业上的交换机和服务器等通信设备在功率较大时会产生较多热量，导致设备温度升高。为了保证设备在一个相对适的环境温度下温度运行，通常需要设计散热装置降低设备的温度，进而保证系统正常工作，一般会采用安装直流散热风扇进行强制散热降温。

2、现在所使用的散热风扇方案一般分为2pin、3pin和4pin三种类型。其中2pin风扇只有电源接口，通电即全速工作，能耗与噪音一直处于此风扇的最大状态，不具有根据系统功耗等级调整转速，不具备经济/节能性，且此类风扇没有转速/状态检测功能，不能获取风扇正常/异常工作状态提供给系统/用户进行提示。3pin风扇在2pin风扇基础上增加了转速检测/状态告警型号，一般分为两种类型，fg类3pin风扇输出为转速信号，rd类3pin风扇输出风扇状态告警信号，但此类风扇不具备调速功能。4pin风扇在3pin风扇基础上增加了pwm(脉宽调制)信号，可以实现精确的调速，能耗、噪音方面可控，但是4pin直流散热风扇一般需搭配专用pwm驱动或pwm驱动芯片，系统设计较复杂，整体成本高，特别针对大功率pon/olt/交换机类产品，经济效益低。

3、上诉三种不同类型的直流散热风扇系统中要么价格成本低但是具有功能缺陷，要么具备全功能但是价格成本较高的缺点。

4、因此需要发展一种改进的3pin直流风扇散热装置，在兼顾经济效益的同时能够具备风扇的状态检测以及自动调速功能。

技术实现思路

1、基于上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种风扇自动调速控制装置，用以解决目前直流散热风扇系统中价格成本低但是具有功能缺陷或者具备全功能但是价格成本较高的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

3、一方面，提供一种风扇自动调速控制装置，包括

4、供电模块，用于提供风扇工作所需的被控电压；

5、温度监测模块，用于实时采集交换机内环境温度并传输至系统主控模块；

6、系统主控模块，用于获取所述温度监测模块采集的环境温度信号，并计算其所处的初始设定的温度值区间向风扇转速控制模块发送转速控制指令；

7、风扇转速控制模块，用于接收所述系统主控模块的转速控制指令进行转速控制；

8、风扇状态检测模块，用于检测风扇的工作状态并传输给系统主控模块；

9、风扇模块，用于接收风扇转速控制模块的指令进行对应转速的运行；

10、其中，

11、所述系统主控模块通过fan_status信号与所述风扇状态检测模块连接；

12、所述系统主控模块通过fan_control信号与所述风扇转速控制模块连接；

13、所述系统主控模块通过i2c_sda_sensor/i2c_sensor_sda信号与所述温度监测模块连接；

14、所述风扇转速控制模块通过fan_control信号与所述温度监测模块连接；

15、风扇转速控制模块通过fan_pwr与风扇模块的供电正极连接；

16、风扇模块的状态输出信号fan_tach与所述风扇状态检测模块连接。

17、优选的，风扇转速控制模块包括n型mos管q1、p型mos管q2、pnp型晶体管q3、电容c1、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r4；

18、p型mos管q2的栅极通过电阻r1与p型mos管q2的源极连接，p型mos管q2的源极与pnp型晶体管q3的发射极连接；

19、p型mos管q2的源极通过电阻r3与pnp型晶体管q3的基极连接；

20、p型mos管q2的控制极通过电阻r2连接到n型mos管q1的漏极连接；p型mos管q2的漏极与pnp型晶体管q3的集电极连接；

21、p型mos管q2的源极通过电容c1接地；

22、p型mos管的源极通过信号power与供电模块连接；

23、n型mos管q1的源极接地；

24、n型mos管q1的控制极通过fan_control信号与温度监测模块的温度检测芯片u2的o.s.管脚3连接；

25、pnp型晶体管的集电极通过fan_pwr信号与风扇模块的连接作m1的正极供电连接。

26、优选的，所述温度监测模块包括温度传感器芯片u2和电容c205；

27、温度传感器芯片u2的sda管脚1通过i2c_sda_sensor信号与主控系统模块连接；

28、温度传感器芯片u2的scl管脚2通过i2c_scl_sensor信号与主控系统模块连接；

29、温度传感器芯片u2的o.s管脚3通过fan_control信号与风扇转速控制模块的n型mos管q1的控制极连接；

30、温度传感器芯片u2的gnd管脚4与地连接；

31、温度传感器芯片u2的a2/a1/a0管脚5/6/7与地连接；

32、温度传感器芯片u2的vdd管脚8与系统供电vdd连接；

33、优选的，所述风扇状态检测模块包括可重复触发单稳态触发器u1a、电阻r7、电阻rt、电容ct、电容c4和电容c5；

34、可重复触发单稳态触发器u1a的b输入端管脚2通过fan_tach信号与风扇模块的状态、转速输出脉冲信号连接；

35、可重复触发单稳态触发器u1a的a输入端管脚1接地；

36、可重复触发单稳态触发器u1a的clr端管脚3接供电vdd；

37、可重复触发单稳态触发器u1a的rext/cext管脚15通过电容ct连接到u1a的cext管脚14；

38、可重复触发单稳态触发器u1a的rext/cext管脚15通过电阻rt连接到供电vdd；

39、可重复触发单稳态触发器u1a的vcc管脚16与供电vdd连接；

40、可重复触发单稳态触发器u1a的vcc管脚16通过电容c4，电容c5接地；

41、可重复触发单稳态触发器u1a的q管脚13不使用；

42、可重复触发单稳态触发器u1a的q#管脚4通过fan_status/speed与系统主控模块连接；

43、可重复触发单稳态触发器u1a的gnd管脚8接地。

44、优选的，系统主控模块包括系统控制器，系统控制器为专用芯片或者可编程逻辑阵列，所述专用芯片的型号为rtl8382l；

45、所述系统控制器的fan_status信号与风扇状态检测模块的可重复触发单稳态触发器u1a的q#管脚4连接；

46、所述系统控制器的i2c_sda_sensor信号与温度监测模块的温度传感器芯片u2的sda管脚1连接；

47、所述系统控制器的i2c_scl_sensor信号与温度监测模块的温度传感器芯片u2的scl管脚2连接。

48、优选的，所述供电模块包括为风扇提供供电的供电vcc；

49、所述供电模块通过power信号与风扇转速控制模块的pnp型晶体管q3的发射极连接。

50、优选的，所述风扇模块包括风扇接口m1、电容c2、电容c3和开关二极管d1；

51、风扇接口m1的供电正极pin 1通过fan_pwr连接到风扇开关机控制模块p型mos管q4的漏极相连；

52、风扇接口m1的供电正极pin 1通过电容c2，电容c3，开关二极管d1接到地；

53、风扇接口m1的供电正极pin 2接地；

54、风扇接口m1的供电正极pin 3通过fan_tach信号连接到风扇状态、转速检测模块的可重复触发单稳态触发器u1a的q#管脚4相连。

55、另一方面，提供一种风扇自动调速控制方法，包括以下步骤：

56、s10：风扇模块通电；

57、s11：风扇模块全转速运行；

58、s12：采集交换机内部环境的当前温度td；

59、s13：根据当前温度td所处的初始设定的温度区间向风扇转速控制模块发送转速控制命令；

60、s14：根据转速控制命令进行转速控制；

61、s15：实时监测风扇状态信息并传输给系统主控模块；

62、s16：若获取到风扇停转信息，向系统/用户发出告警信息。

63、优选的，s13中包括以下具体步骤：

64、s130：初始设定温度区间为0℃～tc1、tc1～tc2和tc2～85℃；

65、s131：若当前温度td<tc1，系统主控模块控制风扇转速控制模块低转速运行；

66、s132：若当前温度tc1<td<tc2，系统主控模块控制风扇转速控制模块中转速运行；

67、s133：若当前温度td>tc2，系统主控模块控制风扇转速控制模块全转速运行。

68、本发明的有益效果包括：

69、1、通过设置温度监测模块对交换机内部的环境温度进行实时监测，并将环境温度信息传输给系统主控模块，系统主控模块根据环境温度所处的初始设定的温度区间向风扇转速控制模块发送转速控制命令，风扇转速控制模块根据控制命令控制风扇模块进行对应转速的运行，整个装置结构简单，操作性强。

70、2、风扇自动调速控制装置基于现有的经济型3pin风扇，因此兼顾了散热风扇的经济效益，同时具备散热风扇从转速自动控制到风扇状态监测的闭环控制。