一种风扇控制电路的制作方法
【专利摘要】本申请提供了一种风扇控制电路，包括温度检测单元、温度判断单元、以及连接在风扇与电源之间的开关单元，温度判断单元将温度检测单元检测到的发热元件的温度与风扇启动温度设定值和风扇停止温度设定值进行比较，来控制开关单元接通或断开风扇与电源之间的回路；本申请在发热元件的温度高于规定值时，能够及时启动风扇，对发热元件进行有效散热，提高发热元件的使用寿命，降低发热元件使用成本；而在发热元件的温度低于规定值时，使风扇停止运转，降低风扇的运转损耗，提高风扇的使用寿命；并且在风扇启动温度设定值与风扇停止温度设定值之间设置滞环，避免了风扇频繁启动，进一步降低风扇的损耗，提高风扇的使用寿命。
【专利说明】一种风扇控制电路
【技术领域】
[0001 ] 本申请涉及一种控制电路，特别涉及一种风扇控制电路。
【背景技术】
[0002]很多大功率电气设备工作时会产生的热量一方面大大提高了电气设备中元器件的使用成本，另一方面又大大降低了元器件的使用寿命。因此，大功率电气设备的散热问题是提高其使用寿命的关键问题。
[0003]目前常用的解决是采用风扇进行散热，对风扇的控制方式主要有以下三种:
[0004]1、固定转速运转
[0005]该方案控制风扇以固定转速运行，优点是电路结构和控制逻辑简单，但是为了保证在各种工况下都可有效散热，转速给定值一般较大，导致损耗大，噪音大。
[0006]2、根据温度控制风扇
[0007]该方案采用根据发热元件的实时温度与设定温度之间的关系确定风扇的工作状态，即运转或停止；当发热元件的温度大于设定温度时，控制风扇运转；当发热元件的温度小于设定温度时，控制风扇停止。这种控制方式的缺点是当发热元件的实际温度与设定温度相差不大时，风扇会停停转转，从而影响风扇寿命。
[0008]3、根据功率控制风扇
[0009]该方案根据发热元件的实时功率与设定功率之间的关系确定风扇的工作状态，即运转或停止；当发热元件的功率大于设定功率时，控制风扇运转；当发热元件的功率小于设定功率时，控制风扇停止。这种控制方式的缺点是当发热元件停止工作时，风扇也会停止工作从而无法提供冷却效果，另外当设备在长时间高负荷运行后，转成低负荷运行时，风扇有可能停止工作，导致发热元件实际温度过高，从而损坏发热元件。
[0010]综上所述，如何提供一种既能有效散热又能提局风扇使用寿命的风扇控制电路是本领域技术人员需要解决的技术问题。
实用新型内容
[0011]本申请要解决的技术问题是提供一种既能有效散热又能提高风扇使用寿命的风扇控制电路。
[0012]本申请提供的一种风扇控制电路，所述风扇用来对发热元件进行散热，其特征在于，所述风扇控制电路包括温度检测单元、温度判断单元、开关单元；所述开关单元连接在风扇与电源之间，用来接通或断开风扇与电源之间的回路；所述温度检测单元用来检测发热元件的温度；所述温度判断单元将所述温度检测单元检测到的发热元件的温度与风扇启动温度设定值和风扇停止温度设定值进行比较，来控制所述开关单元接通或断开风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值，控制所述开关单元接通风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度小于风扇停止温度设定值，控制所述开关单元断开风扇与电源之间的回路；所述风扇启动温度设定值大于所述风扇停止温度设定值。
[0013]进一步地，所述发热元件为具有负温度系数热敏电阻的绝缘栅双极型晶体管。
[0014]进一步地，所述温度检测单元包括分压电阻、开关、隔离运放电路、差分电路、滤波电路；所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻以及工作电源串联组成分压电路，所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻的连接点通过开关与所述隔离运放电路的输入端相连，所述隔离运放电路的输出端与所述差分电路的输入端相连，所述差分电路的输出端通过所述滤波电路与控制器相连；所述控制器根据负温度系数热敏电阻的阻值与温度的对应关系，得到绝缘栅双极型晶体管的温度。
[0015]进一步地，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻串接在所述差分电路的输出端与所述控制器之间，所述滤波电容的一端与所述滤波电阻以及所述控制器相连，所述滤波电容的另一端接地。
[0016]进一步地，所述风扇控制电路还包括保护单元，所述保护单元串接在风扇与电源之间。
[0017]进一步地，所述发热元件与散热器相连，所述散热器的冷端吸热面与发热元件紧密接触，所述风扇设置在所述散热器的热端散热面的对应位置。
[0018]进一步地，所述风扇控制电路还包括至少一个热继电器，所述至少一个热继电器并联在所述开关单元的两端，所述热继电器设置在散热器上。
[0019]进一步地，所述至少一个热继电器为两个并联连接的热继电器。
[0020]进一步地，所述热继电器具有闭合设定值和断开设定值，所述闭合设定值大于所述断开设定值；当所述热继电器检测的温度不小于闭合设定值时，所述热继电器闭合；当所述热继电器检测的温度小于断开设定值时，所述热继电器断开。
[0021 ] 本申请还提供了 一种绝缘栅双极型晶体管的温度检测单元，所述绝缘栅双极型晶体管具有负温度系数热敏电阻，所述温度检测单元包括分压电阻、开关、隔离运放电路、差分电路、滤波电路；所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻以及工作电源串联组成分压电路，所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻的连接点通过所述开关与所述隔离运放电路的输入端相连，所述隔离运放电路的输出端与所述差分电路的输入端相连，所述差分电路的输出端通过所述滤波电路与控制器相连；所述控制器根据负温度系数热敏电阻与温度的对应关系，计算得到绝缘栅双极型晶体管的温度。
[0022]与现有技术相比，本申请具有以下优点:
[0023]本申请提供的一种风扇控制电路，包括温度检测单元、温度判断单元、开关单元，开关单元连接在风扇与电源之间，用来接通或断开风扇与电源之间的回路，温度判断单元将温度检测单元检测到的发热元件的温度与风扇启动温度设定值和风扇停止温度设定值进行比较，来控制开关单元接通或断开风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值，控制开关单元接通风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度小于风扇停止温度设定值，控制开关单元断开风扇与电源之间的回路；风扇启动温度设定值大于风扇停止温度设定值；从而能够在发热元件的温度高于设定值时，能够及时启动风扇，对发热元件进行有效散热，提高发热元件的使用寿命，降低发热元件使用成本；而在发热元件的温度低于设定值时，使风扇停止运转，降低风扇的运转损耗，提高风扇的使用寿命；并且通过在风扇启动温度设定值与风扇停止温度设定值之间设置滞环，避免了当发热元件的实际温度与设定温度相差不大时风扇的频繁启动，进一步降低风扇的损耗，提局风扇的使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是本申请提供的风扇控制电路实施例一示意图；
[0025]图2是本申请提供的风扇控制电路实施例二示意图；
[0026]图3是本申请提供的风扇控制电路实施例三示意图；
[0027]图4是本申请提供的风扇控制电路实施例四示意图；
[0028]图5是本申请实施例提供的温度检测单元的示意图；
[0029]图6是本申请实施例提供的温度检测单元的另一示意图；
[0030]图7是本申请实施例提供的风扇运转的控制逻辑图；
[0031]图8是本申请实施例提供的风扇停止的控制逻辑图。
【具体实施方式】
[0032]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的【具体实施方式】做详细的说明。
[0033]相对比现有技术，本申请提供了一种既能有效散热又能提高风扇使用寿命的风扇控制电路。
[0034]请参阅图1，为本申请提供的风扇控制电路实施例一示意图。
[0035]实施例一的风扇控制电路包括温度检测单元100、温度判断单元200、开关单元300 ;风扇用来对发热元件进行散热，开关单元300连接在风扇与给风扇供电的电源之间，用来接通或断开风扇与电源之间的回路，当风扇与电源之间的回路接通时，风扇开始运转；当风扇与电源之间的回路断开时，风扇停止运转；
[0036]温度检测单元100用来检测发热元件的温度；
[0037]温度判断单元200将温度检测单元100检测到的发热元件的温度与风扇启动温度设定值和风扇停止温度设定值进行比较，来控制开关单元300接通或断开风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值，控制开关单元300接通风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度小于风扇停止温度设定值，控制开关单元300断开风扇与电源之间的回路；
[0038]所述风扇启动温度设定值大于所述风扇停止温度设定值。
[0039]需要说明的是，本申请实施例中的开关单元可以为具有开通或关断功能的电气元件，例如继电器或接触器等。本申请实施例提供的一种风扇控制电路，当检测到的发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值，控制开关单元接通风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度小于风扇停止温度设定值，控制开关单元断开风扇与电源之间的回路；风扇启动温度设定值大于风扇停止温度设定值；从而能够在发热元件的温度高于规定值时，能够及时启动风扇，对发热元件进行有效散热，提高发热元件的使用寿命，降低发热元件使用成本；而在发热元件的温度低于规定值时，使风扇停止运转，降低风扇的运转损耗，提高风扇的使用寿命；并且通过在风扇启动温度设定值与风扇停止温度设定值之间设置滞环，当发热元件的实际温度与设定温度相差不大时，避免了风扇频繁启动，进一步降低风扇的损耗，提局风扇的使用寿命。
[0040]需要说明的是，本申请实施例中的发热元件可以为开关器件，例如绝缘栅双极型晶体管IGBT和金属氧化层半导体场效晶体管M0SFET，也可以是其他工作时会自身发热的元器件，为了保证这些发热元件的使用安全并提高其使用寿命，通常规定实际工作温度不能超过标称值。
[0041]当发热元件为具有负温度系数热敏电阻的IGBT时，所述温度检测单元可以用来检测IGBT的负温度系数热敏电阻的阻值。
[0042]根据负温度系数热敏电阻的阻值与温度的对应关系，可以得到IGBT的温度。
[0043]利用具有负温度系数热敏电阻的IGBT自身的特性来得到IGBT工作时的实时温度，使得温度检测简单易行。
[0044]图5和图6为本申请实施例提供的具有负温度系数热敏电阻的IGBT的温度检测单元的示意图。
[0045]请参见图5，图5示出具有负温度系数热敏电阻Rll的一个IGBT的温度检测单元的示意图。温度检测单元包括分压电阻RU开关KU隔离运放电路、差分电路、滤波电路。
[0046]分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll以及工作电源E串联组成分压电路，分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll的连接点通过开关Kl与隔离运放电路的输入端相连，隔离运放电路的输出端与差分电路的输入端相连，差分电路的输出端通过滤波电路与控制器相连；
[0047]进一步地，滤波电路包括滤波电阻R和滤波电容C，滤波电阻R串接在差分电路的输出端与控制器之间，滤波电容C的一端与滤波电阻R以及控制器相连，滤波电容C的另一端接地。
[0048]定时控制Kl导通，使得分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll的连接点与隔离运放电路的输入端接通，分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll的连接点处的分压电压Ul经隔离运放电路、差分电路、滤波电路分别进行信号隔离、调理、滤波后得到阻值采样信号并传递给控制器，控制器根据负温度系数热敏电阻与温度的对应关系，计算得到IGBT的温度，并与设定值进行比较，从而控制开关单元的接通或关断。
[0049]请参见图6，图6示出具有负温度系数热敏电阻的多个IGBT的温度检测单元的示意图，该多个IGBT的负温度系数热敏电阻分别为R11、……、Rnn，温度检测单元包括多个分压电阻R1、……、Rn、由多个开关K1、……、Kn并联组成的多路开关、隔离运放电路、差分电路、滤波电阻R和滤波电容C。
[0050]每个负温度系数热敏电阻分别与其对应的分压电阻以及工作电源串联组成分压电路，例如分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll以及工作电源El组成串联电路，分压电阻Rl与负温度系数热敏电阻Rll的连接点通过开关Kl与隔离运放电路的输入端相连；分压电阻Rn与负温度系数热敏电阻Rnn以及工作电源En串联组成分压电路，分压电阻Rn与负温度系数热敏电阻Rnn的连接点通过开关Kn与隔离运放电路的输入端相连；隔离运放电路的输出端与差分电路的输入端相连，差分电路的输出端通过滤波电阻R与控制器相连；滤波电容C的一端与滤波电 阻R以及控制器相连，滤波电容C的另一端接地。
[0051]需要说明的是，工作电源E1、……、En既可以是彼此独立的电源，也可以是同一电源。[0052]选通信号控制多个开关K1、……、Kn循环导通，同一时间段内，只有一个开关闭合，隔离运放电路的输入端只与一个IGBT的负温度系数热敏电阻及其分压电阻的连接点相连，即隔离运放电路的输入端只接收分压电压U1、U2、…Un中的一个电压信号，例如当开关Kl闭合时多路开关输出为分压电压Ul，隔尚运放电路的输入端接收的电压信号为分压电压Ul ;当开关Un闭合时多路开关输出为分压电压Un，隔离运放电路的输入端接收的电压信号为分压电压Un。
[0053]分压电压经隔离运放电路、差分电路、滤波电路分别进行信号隔离、调理、滤波后得到阻值采样信号并传递给控制器，控制器根据负温度系数热敏电阻与温度的对应关系，计算得到各IGBT的温度，并与设定值进行比较，从而控制开关单元的接通或关断。
[0054]因此，当需要检测多个IGBT的温度时，只需要构造各IGBT的负温度系数热敏电阻的分压电路，而共用隔离运放电路、差分电路和滤波电路，由选通信号循环发送各开关的导通指令，从而实现对各分压电路的分压电压的采样、隔离、信号调理、滤波后得到阻值采样信号并传递给控制器，控制器根据负温度系数热敏电阻与温度的对应关系，计算得到各IGBT的温度，本申请实施例的温度检测电路充分利用了 IGBT的特性，简单易行。
[0055]在需要根据IGBT的温度来控制风扇启动或停止的情况下，控制器将计算得到的温度值发送给温度判断单元，温度判断单元进行温度判断后控制开关单元接通或关断。
[0056]需要说明的是，本申请实施例中控制器可以是独立的单元，也可以集成在温度检测单元中，或者，还可以集成在温度判断单元中。
[0057]此外，本 申请实施例中控制器可以根据负温度系数热敏电阻与温度的对应关系，计算得到IGBT的温度，但是不限于此项功能，还可以完成其他的功能。
[0058]请参阅图2，为本申请提供的风扇控制电路实施例二示意图；与实施例一相比，实施例二还包括串接在风扇与电源之间的保护单元400。
[0059]进一步地，所述保护单元400可以是防止过流的过流保护器件，例如微型断路器。
[0060]通过在风扇与电源之间串接保护单元400，进一步保证了风扇的安全运转，提高风扇的使用寿命。
[0061]当然，在本申请其他实施例中，同样可以在在风扇与电源之间串接保护单元，保护风扇的安全运转。
[0062]请参阅图3，为本申请提供的一种风扇控制电路实施例三示意图；相对于实施例一，本实施例三中，发热元件与散热器相连，散热器的冷端吸热面与发热元件紧密接触，风扇设置在散热器的热端散热面的对应位置。
[0063]散热器的冷端吸热面与发热元件紧密接触，发热元件的热量可以传递给散热器，再通过散热器的热端散热面传递给外部，这样发热元件的热量可以及时散发出去，保证了发热元件的安全使用；此外，通过将风扇设置在散热器的热端散热面的对应位置，可以加速发热元件所在电气设备内部的热量扩散，降低电气设备内部的温度，从而不会影响电气设备内部其他器件的工作。
[0064]请参阅图4，为本申请提供的一种风扇控制电路实施例四的示意图；相对于实施例三，风扇控制电路还包括至少一个热继电器，该至少一个热继电器并联在开关单元的两端，热继电器设置在散热器上。
[0065]热继电器并联在开关单元的两端，从而提供了另一条接通或断开风扇与电源的支路，并且该支路电气元件很少，降低了故障率。
[0066]由于散热器与发热元件紧密接触，发热元件的温度越高，散热器的温度越高，通过检测散热器的温度可以间接获得发热元件的温度，本申请实施例通过将热继电器设置在散热器上，当散热器的温度高于热继电器的闭合设定值时，热继电器的常开触点闭合，从而接通风扇与电源的支路，风扇运转；当散热器的温度低于热继电器的关断设定值时，热继电器的常开触点断开，从而断开风扇与电源的支路，风扇停止运转。
[0067]本申请实施例提供的风扇控制电路，可以同时检测发热元件的温度和与发热元件相连的散热器的温度，使得即使在某个检测支路不能正常工作的情况下，仍然可以可靠地控制风扇运转与停止。
[0068]进一步地，可以采用两个并联连接的热继电器，分别为第一热继电器和第二热继电器，进一步实现冗余设计，例如当某一个热继电器失效时，另一个热继电器仍然可以正常动作，从而提高风扇控制的可靠性。
[0069]为了更好说明本申请实施例中风扇控制电路的控制方式，下面以具有两个热继电器并结合图7和图8来描述。
[0070]请参阅图7，为本申请实施例提供的风扇运转的控制逻辑图，可以看到，只要满足以下任意一个条件:(I)发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值、(2)第一热继电器闭合、(3)第二热继电器闭合，即可接通风扇与电源的回路，风扇可以运转。
[0071]请参阅图8，为本申请实施例提供的风扇停止的控制逻辑图，可以看到，只有当满足以下三个条件时，(I)发热元件的温度小于风扇停止温度设定值、(2)第一热继电器断开、
(3)第二热继电器断开，才可以断开风扇与电源之间的回路，风扇停止工作。
[0072]进一步地，热继电器的闭合设定值大于断开设定值；当热继电器检测的散热器的温度不小于闭合设定值时，热继电器闭合；当所述热继电器检测的散热器的温度小于断开设定值时，热继电器断开。
[0073]通过在设置闭合设定值大于断开设定值的热继电器，当发热元件的温度与设定温度相差不大时，避免了风扇频繁启动，进一步降低风扇的损耗，提高风扇的使用寿命。
[0074]以上所述，仅是本申请的较佳实施例而已，并非对本申请作任何形式上的限制。虽然本申请已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本申请。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本申请技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本申请技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本申请技术方案的内容，依据本申请的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本申请技术方案保护的范围内。
【权利要求】
1.一种风扇控制电路，所述风扇用来对发热元件进行散热，其特征在于，所述风扇控制电路包括温度检测单元、温度判断单元、开关单元； 所述开关单元连接在风扇与电源之间，用来接通或断开风扇与电源之间的回路； 所述温度检测单元用来检测发热元件的温度； 所述温度判断单元将所述温度检测单元检测到的发热元件的温度与风扇启动温度设定值和风扇停止温度设定值进行比较，来控制所述开关单元接通或断开风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度不小于风扇启动温度设定值，控制所述开关单元接通风扇与电源之间的回路；当检测到的发热元件的温度小于风扇停止温度设定值，控制所述开关单元断开风扇与电源之间的回路； 所述风扇启动温度设定值大于所述风扇停止温度设定值。
2.根据权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，所述发热元件为具有负温度系数热敏电阻的绝缘栅双极型晶体管。
3.根据权利要求2所述的风扇控制电路，其特征在于，所述温度检测单元包括分压电阻、开关、隔离运放电路、差分电路、滤波电路； 所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻以及工作电源串联组成分压电路，所述分压电阻与所述负温度系数热敏电阻的连接点通过开关与所述隔离运放电路的输入端相连，所述隔离运放电路的输出端与所述差分电路的输入端相连，所述差分电路的输出端通过所述滤波电路与控制器相连； 所述控制器根据负温度系数热敏电阻的阻值与温度的对应关系，得到绝缘栅双极型晶体管的温度。
4.根据权利要求3所述的风扇控制电路，其特征在于，所述滤波电路包括滤波电阻和滤波电容，所述滤波电阻串接在所述差分电路的输出端与所述控制器之间，所述滤波电容的一端与所述滤波电阻以及所述控制器相连，所述滤波电容的另一端接地。
5.根据权利要求1至4任一项所述的风扇控制电路，其特征在于，所述风扇控制电路还包括保护单元，所述保护单元串接在风扇与电源之间。
6.根据权利要求1至4任一项所述的风扇控制电路，其特征在于，所述发热元件与散热器相连，所述散热器的冷端吸热面与发热元件紧密接触，所述风扇设置在所述散热器的热端散热面的对应位置。
7.根据权利要求6所述的风扇控制电路，其特征在于，所述风扇控制电路还包括至少一个热继电器，所述至少一个热继电器并联在所述开关单元的两端，所述热继电器设置在散热器上。
8.根据权利要求7所述的风扇控制电路，其特征在于，所述至少一个热继电器为两个并联连接的热继电器。
9.根据权利要求7或8所述的风扇控制电路，其特征在于， 所述热继电器具有闭合设定值和断开设定值，所述闭合设定值大于所述断开设定值； 当所述热继电器检测的温度不小于闭合设定值时，所述热继电器闭合；当所述热继电器检测的温度小于断开设定值时，所述热继电器断开。
10.根据权利要求5所述的风扇控制电路，其特征在于，所述发热元件与散热器相连，所述散热器的冷端吸热面与发热元件紧密接触，所述风扇设置在所述散热器的热端散热面的对应位置。
【文档编号】F04D27/00GK203604230SQ201320487720
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年8月10日 优先权日:2013年8月10日
【发明者】陶磊, 冯纪归, 孙龙林, 潘年安, 吴迎丰, 张玉 申请人:阳光电源股份有限公司