一种多级风扇调速过温保护装置及其控制方法与流程

本发明涉及电力电子变换器安保，具体涉及种一种多级风扇调速过温保护装置及其控制方法。

背景技术：

1、在电力电子设备的散热风扇控制系统中，散热风扇会随着被测功率模组温度变化迅速做出转速响应，虽然这种控制策略温控效果较好，但是也会导致散热风扇频繁控制转速而降低使用寿命。

2、同时由于用户对电力电子设备功能要求越来越多，有时cpu为了配置主要功能，无法再提供冗余硬件资源配置风扇调速这种辅助功能，且风扇调速程序加入主程序中也会导致控制程序更加复杂。

3、而且在大型电力电子设备中igbt和散热风扇距离cpu较远，当发生过温故障时，经过温度检测电路检测到温度变化，再远距离传输给cpu，cpu程序控制风扇和igbt做出响应，整个风扇控制周期长，可能会导致igbt器件热损害。而且远距离传输和占用cpu硬件资源也会增加线束和硬件成本。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种多级风扇调速过温保护装置及其控制方法，不仅可以完成功率模组温度实时监测、降温和高温报警功能，而且不会占用cpu资源。

2、本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

3、一种多级风扇调速过温保护装置，包括一个或多个温度检测电路、一个或多个风扇调速电路和过温报警电路；

4、温度检测电路包括热敏电阻、分压电阻和电压跟随器，热敏电阻、分压电阻连接在电压跟随器的同相输入端，电压跟随器的输出为温度检测电路的输出，温度检测电路的输出连接风扇调速电路和过温报警电路的输入端；

5、风扇调速电路均包括调速迟滞比较器电路和调速比较器，调速迟滞比较器的反相输入端为风扇调速电路的输入，调速迟滞比较器的输出端与调速比较器的反相输入端连接，调速比较器的输出为风扇调速电路的输出，作为风扇控制器的驱动；

6、过温报警电路包括迟滞比较器和比较器，报警迟滞比较器的反相输入端为过温报警电路的输入，报警迟滞比较器的输出端与报警比较器的反相输入端连接，报警比较器的输出为过温报警电路的输出，作为报警开关管的驱动。

7、优选的，多级风扇调速过温保护装置还包括二级反向放大电路和功率放大电路；

8、二级反向放大电路包括两个依次连接的运算放大器u13a、u13b及其周边电路，u13a的反相输入端连接风扇调速电路的输出端，u13a的输出连接u13b的反相输入端，u13b的输出连接功率放大电路；

9、功率放大电路包括n型三极管，三极管基极与u13b的输出端连接，发射极与u13b的反相输入端连接。

10、进一步的，温度检测电路的热敏电阻rntc和分压电阻r串联分压12v，热敏电阻rntc和分压电阻r的连接点与跟随器同相输入端连接，跟随器的输出端与二极管d正极相连，二极管d的负极与风扇调速电路和过温报警电路的输入端连接。

11、进一步的，风扇调速电路还包括调速跟随器，过温报警电路还包括报警跟随器，调速跟随器和报警跟随器的同相输入端均分别通过电阻与温度检测电路输出端连接，调速跟随器的输出端通过电阻与调速迟滞比较器的反相输入端连接，报警跟随器的输出端通过电阻与报警迟滞比较器的反相输入端连接。

12、进一步的，12v高电平和gnd之间串联电阻r4、r5，12v高电平与所述调速迟滞比较器的同相输入端之间串联电阻r6、r7，调速迟滞比较器的同相输入端与r4、r5的连接点连接，输出端与电阻r6、r7的连接点连接，调速比较器的反相输入端与调速迟滞比较器的输出端连接，12v高电平与gnd之间串联有电阻r9、r10，调速比较器的同相输入端与电阻r9、r10的连接点连接，输出端经过电阻ra与12v连接。

13、进一步的，运算放大器u13a的反相输入端与输出端连接有电阻rb，运算放大器u13b的反相输入端与u13a的输出端之间连接有电阻r26，u13b的反相输入端与输出端之间连接有电阻r27，n型三极管的发射极连接与基极之间连接有二极管。

14、进一步的，调速迟滞比较器和报警迟滞比较器均为tl084运算放大器及其周边电路构成的迟滞比较器，调速比较器和报警比较器均为lm393比较器。

15、本发明还提出一种多级风扇调速过温保护控制方法，基于上述多级风扇调速过温保护装置实现，包括步骤：

16、设定多档位的温度控制阈值t1、t2……tn，以及每档温度阈值对应的电压阈值ut1、ut2……utn，其中，t1<t2……tn-1<tn,，ut1<ut2……utn-1<utn，utn-1为风扇允许模拟调速的最大电压值，tn是超温报警阈值，n为正整数；

17、定义第i个温度检测电路输出是utxi，i为正整数，取输出电压的最大值utmax＝max{utxi}，utmax为调速迟滞比较器和报警迟滞比较器的输入，当温度t升高时，温度检测电路输出电压升高；

18、第1、2……n-1级风扇调速电路中的调速迟滞比较器为u1a、u2a……un-1a，调速比较器为u1b、u2b……un-1b，报警迟滞比较器为una，报警比较器为unb，u1a、u2a……una同相输入端的初始电压值分别为ur1、ur2……urn，urn＝utn+1，n＝n-1；

19、温度检测电路输出电压最大值utmax作为uia反相输入端的输入，i＝1、2……n-1；

20、当utmax<uri＝uti+1时，被测功率模组温度t<ti+1，迟滞比较器uia输出高电平，uia输出电压ufi作为比较器uib的反相输入电压大于比较器uib的同相输入端电位，uib输出低电平，风扇不启动调速；

21、当utmax>uri＝uti+1时，t>ti+1，迟滞比较器uia输出低电平，迟滞比较器uia同相端电压降为uri’＝uti，uia输出电压ufi作为比较器uib的反相输入电压小于比较器uib的同相输入端电位，uib输出高电平，风扇启动调速，如果被测功率模组温度始终大于ti，则该级温度检测电路对应的风扇一直运行，如果被测功率模组温度低于ti，则utmax＜uri’，迟滞比较器输出高电平，风扇停止运行；

22、当utmax>urn＝utn时，t>tn，输出报警信号，封锁功率模组驱动，如果被测功率模组温度降低到小于tn，则utmax<urn’＝utn，报警迟滞比较器una输出高电平，报警比较器unb反相输入端电压低于同相输入端电压，报警输出低电平，报警复位。

23、进一步的，温度检测电路的热敏电阻rntc和分压电阻r串联分压12v，温度值与电压的计算公式为：

24、

25、其中，rntc为ntc负极性热敏电阻阻值，r为分压电阻阻值。

26、进一步的，当温度t升高时，温度检测电路输出电压升高，utmax输入到风扇调速电路中；

27、当utmax<uri＝uti+1，调速迟滞比较器uia输出高电平uri计算公式为：

28、

29、迟滞比较器uia输出电压ufi大于比较器uib同相端电压，比较器uib输出低电平，输出电压ufi为：

30、

31、当utmax＞uri＝uti+1，迟滞比较器uia同相端电压降为uri’＝uti，计算公式为：

32、

33、输出电压ufi变为：

34、

35、风扇启动调速；

36、风扇调速电路总输出电压uf为：

37、

38、uf为0时，风扇不启动调速，uf不为0时，风扇启动调速。

39、本发明的优点在于：整个风扇三级调速和过温保护装置完全采用硬件方式处理风扇调速和过温保护过程，当温度超过控制阀值时，迅速将控制信号传递给散热风扇和功率器件驱动电路，实现igbt功率模组快速散热和保护igbt模组目的。

40、而且本系统与cpu无任何线束连接，最大限度节省了cpu资源和硬件成本，同时，当负载较轻时，风扇能够同时降低转速，降低系统功耗。