直流風扇自啟動電路的製作方法
2023-05-28 03:56:36
專利名稱：直流風扇自啟動電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流風扇啟動電路，特別是涉及一種使風扇啟動電流小且運轉穩定的直流風扇自啟動電路。
背景技術：
隨著計算機技術的不斷發展，特別是中央處理器(CPU，Center ProcessorUnit)頻率的不斷提高，相應地其工作時所產生的熱量也不斷增多，為了及時將熱量充分散發出去，一般會在中央處理器上增加風扇散熱裝置。但是，如果風扇不能正常運轉或停止運轉，會使中央處理器產生的熱量不能及時散發出去，積累到一定的程度時則會損毀中央處理器。所以風扇能否正常運轉關係到計算機系統能否正常工作，而風扇驅動電路則是用於驅動風扇正常穩定運轉的，所以風扇驅動電路設計的質量好壞直接影響到風扇乃至計算機系統能否正常穩定工作。
請參考圖1，其為業界一般使用的風扇驅動電路。圖1中，來自控制晶片的PWM信號直接驅動控制電晶體Q70、Q100，而電晶體Q70、Q100直接驅動直流風扇，在該驅動電路中還採用大容量電解電容C63對供電進行濾波。在該驅動電路啟動時，啟動瞬間產生很大的啟動電流，如圖2所示，這會對電晶體Q70、Q100造成很大的衝擊，如流過該等電晶體的電流過大則可能會燒毀該等電晶體，使電路失效；此外，該驅動電路雖然採用大容量電解電容C63對供電進行濾波，但仍然存在客觀的紋波電壓，使風扇不能轉動平穩，造成噪聲比較大。
所以，如何設計一個在沒有脈衝信號輸入時，直流風扇仍然能夠保持一個最低轉速轉動的驅動電路已經成為人們研究的課題。
發明內容本發明的目的在於提供一種使直流風扇在零輸入狀態下仍能運轉的自啟動電路。
為了解決現有技術的上述技術問題，根據本發明的一個方案，提供一種直流風扇自啟動電路，包括依次串接的分壓裝置、運算放大器，所述分壓裝置的輸入端接收來自晶片的數字控制信號，並輸出信號至運算放大器的一輸入端，所述直流風扇自啟動電路還進一步包括一自啟動裝置，所述自啟動裝置的輸入端接收來自運算放大器輸出端的輸出控制信號，並輸出控制信號控制直流風扇。
本發明與現有技術相比具有以下優點通過增加一自啟動裝置，即在電晶體的基極與集電極之間並聯一個穩壓二極體，即使PWM數字控制信號的佔空比為零，也就是沒有脈衝信號輸入時，直流風扇仍然能夠保持一個最低轉速轉動，從根本上解決控制信號脈寬為零或較低時風扇不轉的潛在隱患，從而有效地保護CPU；且在當PWM數字控制信號佔空比固定時，風扇工作電流固定，轉速也固定，確保風扇工作的穩定性。
圖1是現有技術直流風扇啟動電路的電路圖。
圖2是本發明直流風扇自啟動電路的系統框圖。
圖3是本發明直流風扇自啟動電路的第一實施例的電路圖。
圖4是本發明直流風扇自啟動電路在PWM數字控制信號佔空比為0.002％時通過電晶體的電流動態圖。
圖5是本發明直流風扇自啟動電路在PWM數字控制信號佔空比為0.002％時運算放大器的輸出電壓動態圖。
圖6是本發明直流風扇自啟動電路的第二實施例的電路圖。
具體實施方式下面結合附圖及具體實施例對本發明作進一步的詳細說明。
請參考圖2，其為本發明直流風扇自啟動電路的系統框圖。圖中，該PWM數字控制信號來源於Super I/O晶片(圖未示)，其為固定頻率的PWM數字控制信號，一般情況下，PWM數字控制信號的佔空比會隨所感應的溫度變化而變化，溫度越高，佔空比越大，風扇速度越快。該直流風扇自啟動電路100包括依次串聯的用於將PWM數字控制信號轉換為平滑模擬控制信號的數模轉換裝置10、分壓裝置20、防止上電瞬間輸入過大電流的緩衝裝置30、運算放大器40及由開關裝置50與穩壓裝置70並聯連接構成的自啟動裝置90。其中，該模擬控制信號經分壓裝置20、緩衝裝置30輸入至運算放大器40的一輸入端，該自啟動裝置90中的開關裝置50連接至該運算放大器40的輸出端，通過運算放大器40驅動開關裝置50來控制通過直流風扇的電流，其中，該直流風扇自啟動電路100還包括一可自動調節通過開關裝置50電流的反饋裝置60，所述開關裝置50的一輸出信號經所述反饋裝置60輸入到所述運算放大器40的另一輸入端。
請一併參考圖3，其為本發明直流風扇自啟動電路的第一實施例的電路圖。在圖3所示的直流風扇自啟動電路100中，數模轉換裝置10包括一由電阻R1與電容C1串聯組成的積分電路，其中，電阻R1的一輸入端接收控制晶片的PWM數字控制信號，電容C1的另一端接地；分壓裝置20由電阻R2與電阻R 3串聯而成，可根據風扇80的不同規格通過調整電阻R2與電阻R3的阻值來選擇合適的分壓，其中，電阻R2、R3的串聯節點連接至運算放大器40的同向輸入端，電阻R2的另一端連接至上述積分電路的電阻R1與電容C1的串聯節點，電阻R3的另一端接地。緩衝裝置30包括一電容C2，其一端連接至運算放大器40的同向輸入端，另一端接地。在自啟動裝置90中，開關裝置50包括一雙極型電晶體Q6，電晶體Q6的基極經一電阻R4連接至運算放大器40的輸出端，集電極輸出驅動直流風扇80，發射極經由一電阻R6接地；穩壓裝置70包括一穩壓二極體D1，該穩壓二極體D1與電晶體Q6並聯連接，其陽極連接至電晶體Q6的基極，陰極連接至電晶體Q6的集電極。所述反饋裝置60包括一反饋電阻R5，該反饋電阻R5在該直流風扇自啟動電路100中構成電流並聯負反饋，該電晶體Q6的發射極輸出信號經該反饋電阻R5輸入到運算放大器40的反向輸入端。
本發明直流風扇自啟動電路100中，其自啟動功能是依靠在電晶體Q6的基極和集電極之間並聯一個穩壓二極體D1來實現的。當來自Super I/O的PWM控制數位訊號的佔空比為零時，也就是沒有脈衝信號輸入到運算放大器40，運算放大器40的輸出電壓為零，此時，穩壓二極體D1處於反向偏置，從而在電晶體Q6的基極和集電極產生一個電壓差，使電晶體Q6的發射結正偏，集電結反偏，使電晶體Q6工作在放大區，此時，有電流通過電晶體Q6，使電晶體Q6導通從而驅動直流風扇80轉動。由於PWM數字控制信號的佔空比會隨所感應的溫度變化而變化，溫度越高，佔空比越大，所以，隨著CPU溫度的升高，PWM數字控制信號的佔空比從零開始增大，運算放大器40的輸出電壓也變大，流過電晶體Q6的基極電流增加，因此通過集電極的電流也變大，直流風扇80的轉速就會加快。通過本發明的負反饋裝置60，可以將風扇電流維持在一個恆定狀態。以下將會詳細說明本發明由自啟動狀態向穩定狀態的轉變過程。
由於每一種直流風扇都有特定的規格，在本實施例中，採用如表1所示規格的直流風扇來說明本發明由自啟動狀態向穩定狀態轉變過程。
表1直流風扇工作電壓與工作電流以及風扇轉速間的對應關係表
當來自於Super I/O的PWM數字控制信號施加於本發明直流風扇自啟動電路時，根據佔空比D的數值，測量相應的直流風扇80工作電流並根據表1就可以得出在該佔空比下直流風扇80的相應轉速關係。
請一併參考圖4與圖5。該等圖是來自於Super I/O的周期為43μs，佔空比為D為0.002％，脈衝幅度為5.25V的PWM數字控制信號施加於本發明直流風扇自啟動電路時通過電晶體Q6的電流與運算放大器40的輸出電壓動態圖。由圖中可知，當佔空比D為0.002％，即相當於沒有輸入脈衝時，運算放大器40的輸出電壓為0，但此時電晶體Q6的集電極有電流流過，電流為108.23mA，亦即在運算放大器40沒有電壓輸出的情況下，通過穩壓二極體D1的調節作用下，電晶體Q6導通，驅動直流風扇80轉動，這時經查表1可知直流風扇80的轉速為1950RPM。所以在PWM數字控制信號的佔空比D很低接近為0時，直流風扇80可以實現自啟動。亦即直流風扇80在PWM數字控制信號的佔空比為零時也能保持一個最低轉速，從根本上解決控制信號脈寬較低時風扇不轉的潛在隱患，有效保護CPU。
隨著CPU溫度的升高，PWM數字控制信號的佔空比從零開始增大，當佔空比D達到4％時，運算放大器40的輸出電壓仍為0，電晶體Q6仍導通，其集電極電流為108.23mA，直流風扇80同樣轉動，此時經查表1可知此時直流風扇80的轉速為1950RPM。所以，在佔空比D為4％時，直流風扇80仍然處於自啟動狀態。
當佔空比D達到7％時，運算放大器40輸出為高電平，電壓為1.44V，開始為電晶體Q6的基極提供驅動電流，此時穩壓二極體D1截止，電晶體Q6集電極電流為126.9mA，經查表1可知此時直流風扇80的轉速為2239RPM，滿足最低轉速2000RPM之要求。結果，在佔空比D為7％時，直流風扇80失去自啟動功能。電路開始由自啟動狀態逐步向穩態轉變。
當佔空比D為10％時，運算放大器40輸出電壓為2V，電晶體Q6基極電流持續增大，此時穩壓二極體D1截止，電晶體Q6集電極電流達到180.9mA，經查表1可知此時直流風扇80的轉速為3093RPM。結果，在佔空比D為10％時，直流風扇80失去自啟動功能。
當佔空比D達到95％時，運算放大器40輸出電壓為10.5V，電晶體Q6基極電流增大，此時穩壓二極體D1截止，電晶體Q6集電極電流達到420mA，經查表1可知此時直流風扇80的轉速為5319RPM。結果，在佔空比D為95％時，直流風扇80失去自啟動功能。
因此，PWM數字控制信號的佔空比D由10％--100％變化時，直流風扇80的轉速緊密跟隨PWM數字控制信號的脈衝寬度變化而變化。並且，隨著佔空比D的增大，運算放大器40的輸出電壓逐漸增大，電晶體Q6的基極電流開始增大，相應地使運算放大器40的反向輸入端的電壓升高，導致使運算放大器40的同向輸入端的電壓降低，使運算放大器40的輸出電壓降低，結果通過電晶體Q6基極的電流也隨之減小，電晶體Q6的集電極的電流也隨之減小，亦即流經直流風扇80的電流減少。經過一段時間後，電路達到穩態，PWM數字控制信號佔空比固定，即脈衝寬度固定，運算放大器40的輸出電壓和直流風扇的電流保持恆定，從而直流風扇80運轉穩定。
請參考圖6，其為本發明直流風扇自啟動電路的第二實施例，其與第一實施例的不同點在於自啟動裝置90』中，開關裝置50』包括MOS電晶體Q8，其它部分結構與第一實施例的結構相同。另外，該第二實施例直流風扇自啟動電路200的工作原理與第一實施例的直流風扇自啟動電路100工作原理相同，在此不再敘述。
權利要求
1.一種直流風扇自啟動電路，包括依次串接的分壓裝置、運算放大器，所述分壓裝置的輸入端接收來自晶片的數字控制信號，並輸出信號至運算放大器的一輸入端，其特徵在於所述直流風扇自啟動電路還進一步包括一自啟動裝置，所述自啟動裝置的輸入端接收來自運算放大器輸出端的輸出控制信號，並輸出控制信號控制直流風扇。
2.如權利要求1所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述自啟動裝置包括一開關裝置及與之串接的穩壓裝置。
3.如權利要求2所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述開關裝置包括一電晶體Q6，所述穩壓裝置包括一穩壓二極體D1，所述穩壓二極體D1並聯在所述電晶體Q6的基極與集電極之間，陽極連接在電晶體Q6的基極，陰極連接在集電極，所述電晶體Q6集電極輸出控制信號至所述直流風扇後連接至直流電源，發射極接地。
4.如權利要求3所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述直流風扇自啟動電路還進一步包括一可自動調節通過電晶體Q6電流的反饋裝置，所述反饋裝置包括反饋電阻R5，所述電晶體Q6的發射極輸出信號經反饋電阻R5輸入到運算放大器的另一輸入端。
5.如權利要求1所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述直流風扇自啟動電路還進一步包括一防止上電瞬間電源輸入過大電流的緩衝裝置，所述緩衝裝置設於分壓裝置與運算放大器之間。
6.如權利要求5所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述緩衝裝置包括一電容C2，其一端連接至所述運算放大器的一輸入端，另一端接地。
7.如權利要求3或4所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述電晶體是雙極型電晶體或MOS電晶體。
8.如權利要求1所述的直流風扇自啟動電路，其特徵在於所述分壓裝置由電阻R2與電阻R3串聯而成，其串聯節點連接至運算放大器的一輸入端，電阻R2連接至電阻R1與電容C1的串聯節點，電阻R3的另一端接地。
9.一種直流風扇自啟動裝置，其特徵在於包括一用於控制直流風扇啟動的開關裝置，所述開關裝置的輸出端經直流風扇後連接至直流電源，所述開關裝置並聯一穩壓二極體。
10.如權利要求9所述的直流風扇自啟動裝置，其特徵在於所述開關裝置包括一電晶體Q6，所述穩壓二極體連接在所述電晶體Q6的基極與集電極之間，陽極連接在電晶體Q6的基極，陰極連接在集電極，所述電晶體Q6集電極輸出控制信號至所述直流風扇後連接至直流電源，發射極接地。
全文摘要
一種直流風扇自啟動電路，包括依次串接的分壓裝置、運算放大器，所述分壓裝置的輸入端接收來自晶片的數字控制信號，並輸出信號至運算放大器的一輸入端，所述直流風扇自啟動電路還進一步包括一自啟動裝置，所述自啟動裝置的輸入端接收來自運算放大器輸出端的輸出控制信號，並輸出控制信號控制直流風扇。本發明直流風扇自啟動電路在沒有脈衝信號輸入時，直流風扇仍然能夠保持一個最低轉速轉動，從根本上解決控制信號脈寬為零或較低時風扇不轉的潛在隱患。
文檔編號H02P7/29GK1767363SQ20041005206
公開日2006年5月3日 申請日期2004年10月30日 優先權日2004年10月30日
發明者熊金良, 何鳳龍, 遊永興 申請人:鴻富錦精密工業(深圳)有限公司, 鴻海精密工業股份有限公司