一种风机自动调速控制系统的制作方法

1.本实用新型属于散热控制技术领域，具体涉及一种风机自动调速控制系统，可以用于通过调节风机风速对多个带电散热器进行自动温度控制。


背景技术：

2.在中、大功率的开关电源、电子负载等设备的功率放大电路中，对搭载了功率放大器件的散热器，一般会使用风机对散热器进行强制风冷。而出于节能、降噪等原因的考虑，通常会通过温度检测，根据散热器的温度情况实时对风机进行调速。同时，大功率设备中，散热器可能不止一处，对于风机调速来说，首先必须能测出所有散热器的温度，再依据最高温度来进行风机控制。
3.在功率放大电路中，有许多情况下散热器本身会带电，因此出于安全性考虑，会要求温度检测、风机调速相关电路还应与散热器实现有效的电气隔离。
4.目前，对于功率放大电路中的散热器温度检测主要有两种方式：
5.方式一：使用电阻型的温度探头，通过螺栓安装方式固定于散热器表面，经过信号调理电路后获得与温度对应的电压值，最后利用此电压值为基础对风机进行调速控制。该方式一中，首先，电阻型的温度探头必须采用一对一的信号调理电路，对于多个散热器的情况，就只能对多个温度探头各自进行电压转换，最终通过比较器等方式获得最高温度，这样会使电路复杂，成本升高。其次，一般来说，常见的温度探头为了获得更佳的导热性、经济性和结构强度，都会采用金属“ot”型端子来固定温度探头的核心——热敏电阻；这样的设计带来的问题就是该热敏电阻的绝缘性不佳，遇到带有较高电压的散热器，就只能采用硅胶护套包裹或是增加专用隔离电源供电等方式，来实现采样电路与散热器的隔离。显然，这样又会带来组装难度的提高或者是成本的增加。
6.方式二：使用专用的温度检测集成电路，安装于风道中，直接检测空气温度，通过通信线将温度值读取至控制器，最后通过控制器输出pwm调速信号对风机进行调速控制。该方式二中，首先，专用的测温集成电路需要控制器的参与，这本身就提高了实现功能的难度，增加了成本。其次，对于多个散热器的情况，对每一片测温集成电路都需要单独进行片选，再进行通信控制，这同样会增加电路复杂度、软件复杂度。


技术实现要素：

7.为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种风机自动调速控制系统，本实用新型所采用的技术方案如下：
8.一种风机自动调速控制系统，包括风机和散热器，所述的散热器电性连接电压和温度采集器，电压和温度采集器电性连接同相信号跟随器，同相信号跟随器和三角波发生器分别电性连接比较器，所述的比较器电性连接所述的风机。
9.优选的，所述的电压和温度采集器为kbu封装桥式整流器。
10.优选的，kbu封装桥式整流器通过m4螺钉固定安装在散热器上。
11.优选的，由同相信号跟随器、三角波发生器和比较器集成电性安装在一起，组成多检测点风机调速控制器。
12.优选的，多检测点风机调速控制器中直流电源vcc经过限流电阻r1，连接至kbu封装桥式整流器的-引脚，kbu封装桥式整流器+引脚连接至多检测点风机调速控制器的gnd端；多个散热器上的kbu封装桥式整流器均并联连接。
13.优选的，所述的电压和温度采集器采用gbu封装全桥整流器，或者kbj封装全桥整流器，或者kbpc封装全桥整流器。
14.优选的，所述的电压和温度采集器采用to-247封装的单二极管。
15.本实用新型所提供的一种风机自动调速控制系统，电压和温度采集器作为温度检测器件，实现散热器温度的实时检测；在多个散热器的情况下，使用多个电压和温度采集器直接并联的方式自动输出温度最高的一个散热器所对应的电压值，根据电压和温度采集器输出的电压值的变化，控制风机的转速以达到良好的散热效果。
16.本实用新型的有益效果：
17.本实用新型所提出的一种低成本的可用于多个带电散热器温度控制的自动风机调速控制系统，可以用简单的硬件电路，以相对较低的成本，实现在一台大功率设备中，对多个可能带电的散热器进行自动控温的功能。
附图说明
18.为了更清楚地说明本实用新型的具体实施方式、或者现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些具体实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的属于本技术保护范围之内的附图。
19.图1是本实用新型实施例一的风机自动调速控制系统的架构图；
20.图2是本实用新型实施例一的风机自动调速控制系统的电路结构和原理示意图；
21.图3是本实用新型实施例一的kbu封装桥式整流器的外形示意图；
22.图4是本实用新型实施例一的kbu封装桥式整流器的电气结构示意图；
23.图5是本实用新型实施例一的kbu封装桥式整流器的温度特性示意图。
具体实施方式
24.下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。
25.实施例一
26.如图1所示，是本实用新型实施例一的风机自动调速控制系统的架构图。本实施例一中，所述的电压和温度采集器采用kbu封装桥式整流器，kbu封装桥式整流器通过m4螺钉固定安装在散热器上。一种风机自动调速控制系统，包括风机和散热器，散热器电性连接kbu封装桥式整流器，kbu封装桥式整流器电性连接同相信号跟随器，同相信号跟随器和三角波发生器分别电性连接比较器，所述的比较器电性连接风机。
27.如图2所示，是本实用新型实施例一的风机自动调速控制系统的电路结构和原理
示意图。如图3、4、5所示，是本实用新型实施例一的kbu封装桥式整流器的外形示意图、电气结构示意图和温度特性示意图。本实用新型实施例一中，选用kbu封装桥式整流器作为电压和温度采集器。该kbu封装桥式整流器由绝缘塑壳封装，塑壳中央有腰型通孔，可穿过m4型螺钉；内部集成4个二极管，组成单相桥式整流器。kbu封装桥式整流器内置的二极管的正向导通压降与温度有明显的线性关系，随着温度升高，压降会降低；当导通电流小于0.1a时，单个二极管在温度处于25℃～150℃区间内时，其正向导通压降变化跨度将会大于0.2v；而整个桥臂由两个二极管串联组成，在该温度区间内，压降变化范围将会达到0.4v。而本实用新型正是依靠这0.4v的电压变化作为风机调速信号发生的基础。
28.kbu封装桥式整流器根据二极管的反向耐压分成了多种型号，但这些型号的正向导通特性都是相同的，因此本实用新型中kbu封装桥式整流器的选型可包含市场上常见的kbu800～kbu810之间的多种型号。
29.图2以三个散热器为例，对本实用新型实施例一进行说明，并不意味着本实用新型中的系统只能支持三个温度检测点，实际上检测器接口是可以增减的，直接并联即可。本实用新型实施例一中，由同相信号跟随器、三角波发生器和比较器集成电性安装在一起，组成多检测点风机调速控制器，对外带有接触性能良好的信号接口。图2中的br1、br2和br3分别代表kbu封装桥式整流器，将kbu封装桥式整流器引脚与控制板上的信号接口相应节点直接相连即可，额定电流不小于100ma，对于信号接口的结构、耐压等指标均无特殊要求。
30.图2中，每个被测散热器上都通过m4螺钉安装了一片kbu封装桥式整流器；多检测点风机调速控制器中直流电源vcc经过限流电阻r1，连接至kbu封装桥式整流器的
“‑”
引脚，而kbu封装桥式整流器“+”引脚则连接至多检测点风机调速控制器的gnd端；多个散热器上的kbu封装桥式整流器均直接并联连接。在散热器温度从25℃升高至150℃的过程中，kbu封装桥式整流器
“‑”
引脚上的电压由1.4v逐渐降低至1v，该信号经同相信号跟随器之后输入比较器反相端。
31.其中，若多个散热器的温度不一致，那么温度最高的一片kbu封装桥式整流器会将并联点最终输出的电压钳位到最低点，而其它温度较低的整流器由于两端电压不足，几乎不会导通。因此，该电路最终输出的电压就是多个kbu封装桥式整流器中温度最高的一片所对应的电压。
32.同时，由一路幅值和直流偏置电压可调的三角波发生器，输出了一路正极性的三角波，输入比较器同相端。最终，比较器则完成了斩波功能，将两路输入波形合成了一路pwm波，输入被控风机的pwm调速引脚，pwm占空比与整流器压降呈反向比例关系，即压降越低，pwm占空比越大，风机转速越高。
33.关于三角波发生电路，该电路的实现有许多成熟电路可用，这里不做详细说明；但是关于三角波的峰-峰值和频率值的设定，是需要根据整机设计的需求来设定的。在设计之初确定无需风机启动的温度，和风机必须全速的温度，然后实测或计算出对应的整流器压降电压值，分别将vp+和vp-调节到这两个电压值即可。而三角波的频率值，则需根据所选用风机的调速口要求选定即可。
34.关于限流电阻r1的选择，需要在保证通过电流小于100ma的情况下，根据vcc酌情选择适当的阻值和功率即可。
35.本实施例一中，可以将同相信号跟随器改为采用信号调理电路。在现有电路中，
kbu封装桥式整流器输出的电压，经同相信号跟随器之后输出的范围是1v～1.4v之间。这个范围还不够宽，与同样范围的三角波调制出的pwm信号的精度不高，同时，在复杂的电磁环境中，这些信号还可能易受干扰。而将同相信号跟随器改为信号调理电路的目的是对这个信号进行调理之后，改变了信号范围，使其可以具备更高的pwm输出信号精度和更强的抗干扰性。例如：将那个同相信号跟随器改为三倍放大器，就可以将原输出范围提升至3v～4.2v；同时与重新调整过的三角波信号配合，理论上就可以实现精度更高的pwm输出信号，实现风机的更精准控制；以及更强的抗干扰性。
36.本实施例一中，kbu封装桥式整流器价格很低，而且对于多温度检测点的扩展来说，只需增加kbu封装桥式整流器的数量，便可自动筛选出多个散热器中的最高温度，同时信号调理电路、pwm生成电路技术比较成熟。这样，使用本实用新型可以以极低的成本实现多个散热器的自动温控功能。kbu封装桥式整流器表面具有良好的绝缘性，无论被测散热器本身是否带电，多散热器之间是否存在压差，都可以直接安装使用，而不必考虑电气隔离问题；kbu封装桥式整流器无论是与pcb板之间的引脚焊接，还是与散热器表面之间的组装，都非常方便，十分便于批量生产。
37.实施例二
38.本实施例二中，所述的电压和温度采集器采用一些其它封装的全桥整流器，比如：gbu封装全桥整流器，kbj封装全桥整流器，kbpc封装全桥整流器。具体型号包括：gbu601～gbu610等，封装为gbu；kbj401～kbj410等，封装为kbj；kbpc2501～kbpc2510等，封装为kbpc。这几种都是比较常见的带安装孔整流器，可实现与kbu封装类似的效果。实施例二的其它部分均与实施例一相同。
39.实施例三
40.本实施例三中，所述的电压和温度采集器采用to-247封装的单二极管，实施例三的其它部分均与实施例一相同。
41.由于本实用新型中，真正核心的技术要点是利用了二极管正向导通压降与温度之间的线性关系，因此实施例一、实施例二和实施例三中，无论是采用kbu封装桥式整流器，还是采用其它封装的全桥整流器，或者采用to-247封装的一些单二极管，以及这些器件的串联组合方式，理论上都可取得类似的效果，所不同的只是绝缘性、生产工艺、成本、三角波发生器输出指标的具体调校等方面。
42.本实用新型实施例中，未详细描述的技术特征均为现有技术或者常规技术手段，在此不再赘述。
43.最后需要说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此。本领域技术人员应该理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。