一种风扇调速电路

摘要

本发明公开了一种风扇调速电路，包括：开关电源、逻辑芯片和控制模块，所述逻辑芯片，用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列，并将控制开关阵列的信息通知给所述控制模块；所述控制模块，用于根据控制开关阵列的信息调整所述风扇调速电路的控制开关阵列；所述开关电源，用于根据调整后的风扇调速电路得到输出电压值，并将所述输出电压输出给风扇。本发明中，提高了风扇调速电路的效率，节省了能耗。

权利要求

1.一种风扇调速电路，其特征在于，包括：开关电源、逻辑芯片和控制模块，其中，所述逻辑芯片中预先存储了温度与控制开关阵列的对应关系；

所述逻辑芯片，用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列，并将控制开关阵列的信息通知给所述控制模块；

所述控制模块，用于根据控制开关阵列的信息调整所述风扇调速电路的控制开关阵列；

所述开关电源，用于根据调整后的风扇调速电路得到输出电压值，并将所述输出电压输出给风扇。

2.如权利要求1所述的风扇调速电路，其特征在于，还包括：温度传感器，用于检测风扇所处环境的温度，并将所述温度通知给所述逻辑芯片。

3.如权利要求1所述的风扇调速电路，其特征在于，所述温度与控制开关阵列的对应关系具体为温度区间与控制开关阵列的对应关系。

4.如权利要求1所述的风扇调速电路，其特征在于，所述逻辑芯片中预先存储温度与控制开关阵列的对应关系，具体包括：在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系。

5.如权利要求4所述的风扇调速电路，其特征在于，在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系，具体为：在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系；或者，在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，并在另一个逻辑芯片中存储电压与控制开关阵列的对应关系。

6.如权利要求4所述的风扇调速电路，其特征在于，当在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系时，所述逻辑芯片，还用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与电压的对应关系查询对应的电压值，并根据该电压值以及电压与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列。

7.如权利要求1-6任一项所述的风扇调速电路，其特征在于，所述控制开关阵列具体为至少一个开关和对应的并联电阻所组成的阵列。

8.如权利要求7所述的风扇调速电路，其特征在于，

所述控制模块具体用于，根据控制开关阵列的信息调整开关和对应的并联电阻所组成的阵列。

9.如权利要求8所述的风扇调速电路，其特征在于，

所述控制模块具体用于，通过打开所述开关将所述开关对应的并联电阻接入到所述风扇调速电路，或者，通过关闭所述开关使所述开关对应的并联电阻无法接入到所述风扇调速电路。

10.如权利要求1-6任一项所述的风扇调速电路，其特征在于，所述开关电源具体为集成MOS管的芯片，或者，分立MOS管的芯片；所述逻辑芯片具体为基于复杂可编程逻辑器件CPLD的逻辑芯片。

说明书

一种风扇调速电路

技术领域

[0001] 本发明涉及电路领域，特别是涉及一种风扇调速电路。

背景技术

[0002] 随着电路的集成度越来越高，尤其是当电路工作在高功率、大电压的情况下时，电路的散热问题就变得相对突出了。

[0003] 为了解决设备电路的散热问题，风扇作为一种有效的散热工具已经得到了愈来愈广泛的应用。其中，风扇的风速大，散热效果强，但是，风速也使得风扇这一强噪声源的噪声功率成指数级增加，并且能源的浪费也变大了。因此，解决风扇速度和噪声功率这一矛盾也就成了电路设计中的一个重要环节。

[0004] 现有技术的风扇调速方案中，通过控制MOS(Metal-Oxide-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管的开关电压，使得风扇速度满足设备工作的环境温度，即通过使MOS管工作在不同的状态，输出不同的电压来实现风扇调速。

[0005] 如图1所示为现有的一种典型的风扇调速电路，当风扇工作在低速模式时，在MOS管上消耗的功耗很大，电路的效率很低。

[0006] 但是，在使用MOS管的开关电压调整风扇的速度时，由于是通过控制MOS的栅极电压来控制开关的导通状态来实现风扇调速，对MOS管的要求很高，同时在风扇低速运转时将会在MOS管上消耗很大的功率，系统效率很低，并且成本也很高。

发明内容

[0007] 本发明提供一种风扇调速电路，以满足复杂系统和复杂环境下的风扇调速需求。

[0008] 为了达到上述目的，本发明提出了一种风扇调速电路，包括：开关电源、逻辑芯片和控制模块，其中，所述逻辑芯片中预先存储了温度与控制开关阵列的对应关系；

[0009] 所述逻辑芯片，用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列，并将控制开关阵列的信息通知给所述控制模块；

[0010] 所述控制模块，用于根据控制开关阵列的信息调整所述风扇调速电路的控制开关阵列；

[0011] 所述开关电源，用于根据调整后的风扇调速电路得到输出电压值，并将所述输出电压输出给风扇。

[0012] 所述的风扇调速电路还包括：

[0013] 温度传感器，用于检测风扇所处环境的温度，并将所述温度通知给所述逻辑芯片。

[0014] 所述温度与控制开关阵列的对应关系具体为温度区间与控制开关阵列的对应关系。

[0015] 所述逻辑芯片中预先存储温度与控制开关阵列的对应关系，具体包括：

[0016] 在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系。

[0017] 在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系，具体为：

[0018] 在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系；或者，

[0019] 在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，并在另一个逻辑芯片中存储电压与控制开关阵列的对应关系。

[0020] 当在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系时，

[0021] 所述逻辑芯片，还用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与电压的对应关系查询对应的电压值，并根据该电压值以及电压与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列。

[0022] 所述控制开关阵列具体为至少一个开关和对应的并联电阻所组成的阵列。

[0023] 所述控制模块具体用于，根据控制开关阵列的信息调整开关和对应的并联电阻所组成的阵列。

[0024] 所述控制模块具体用于，通过打开所述开关将所述开关对应的并联电阻接入到所述风扇调速电路，或者，

[0025] 通过关闭所述开关使所述开关对应的并联电阻无法接入到所述风扇调速电路。

[0026] 所述开关电源具体为集成MOS管的芯片，或者，分立MOS管的芯片；所述逻辑芯片具体为基于复杂可编程逻辑器件CPLD的逻辑芯片。

[0027] 与现有技术相比，本发明具有以下优点：

[0028] 本发明中，提高了风扇调速电路的效率，节省了能耗；并且价格低廉，降低了整机的成本；而且可以方便的实现多极调速，方便灵活，为复杂大规模设备散热提供了有效的解决方案，尤其是在大功率设备中需要高速风扇或者多个风扇的情况下，在节能降噪和降低成本方面优势更加明显。

附图说明

[0029] 图1为现有技术中典型的风扇调速电路示意图；

[0030] 图2为本发明提出的一种风扇调速的控制设备结构图；

[0031] 图3为本发明应用场景下提出的一种风扇调速的控制设备结构图。

具体实施方式

[0032] 如图2所示，本发明中提出了一种风扇调速电路，包括：温度传感器21、逻辑芯片22、控制模块23和开关电源24，其中，所述逻辑芯片22中预先存储了温度与控制开关阵列的对应关系。而在本发明所提供的风扇调速电路中，所述开关电源24具体为集成MOS管的芯片，或者，分立MOS管的芯片；所述逻辑芯片22具体为基于CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)的逻辑芯片。

[0033] 在该风扇调速电路中

[0034] 温度传感器21，用于检测风扇所处环境的温度，并将所述温度通知给所述逻辑芯片22。需要注意的是，风扇调速电路中并不局限于使用温度传感器21来检测风扇所处环境的温度，还可以根据实际需要选择其他功能单元来检测风扇所处环境的温度，在此不再详加赘述。

[0035] 所述逻辑芯片22，用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列，并将控制开关阵列的信息通知给所述控制模块。

[0036] 具体的，当接收到来自温度传感器21上报的温度信息后，根据该温度信息，并查询温度与控制开关阵列的对应关系，即能够查询到对应的控制开关阵列。其中，所述温度与控制开关阵列的对应关系可以为一个温度区间与控制开关阵列的对应关系，或者直接为温度与控制开关阵列的对应关系。

[0037] 例如，当温度传感器21上报的温度信息为40°，而温度与控制开关阵列的对应关系为(30°-50°)对应K1打开、K2打开和K3关闭的控制开关阵列时，则根据温度信息40°，能够查询到对应的控制开关阵列为K1打开、K2打开和K3关闭。

[0038] 当然，在实际应用中，并不局限于仅存储温度与控制开关阵列的对应关系，还可以根据实际需要，在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系；即可以采用任意的方式存储温度与控制开关阵列的对应关系。

[0039] 可以理解的是，在存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系时，可以在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系；或者，在一个逻辑芯片中存储温度与电压的对应关系，并在另一个逻辑芯片中存储电压与控制开关阵列的对应关系。

[0040] 进一步的，当在所述逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系时，所述逻辑芯片22，还用于当获取到风扇所处环境的温度后，根据所述温度与电压的对应关系查询对应的电压值，并根据该电压值以及电压与控制开关阵列的对应关系查询对应的控制开关阵列。

[0041] 具体的，当接收到来自温度传感器21上报的温度信息后，根据该温度信息，并查询温度与控制开关阵列的对应关系，即能够查询到对应的电压值。其中，该温度与电压的对应关系可以为温度区间与电压的对应关系，或者直接为温度与电压的对应关系。例如，当温度传感器21上报的温度信息为40°，而温度与电压的对应关系为(30°-50°)对应8V时，则能够查询到对应的电压值为8V。进一步的，根据该电压值，以及电压与控制开关阵列的对应关系能够查询对应的控制开关阵列。例如，电压与控制开关阵列的对应关系为8V电压对应的控制开关阵列为K1打开、K2打开和K3关闭时，当获知电压值为8V时，则能够查询到对应的控制开关阵列为K1打开、K2打开和K3关闭。

[0042] 所述控制模块23，用于根据控制开关阵列的信息调整所述风扇调速电路的控制开关阵列。即控制模块23根据控制开关阵列的信息调整开关和对应的并联电阻所组成的部分电路。其中，由于所述逻辑芯片22还用于当查询到对应的控制开关阵列时，将控制开关阵列的信息通知给所述控制模块23，此时，述控制模块23能够根据该控制开关阵列的信息调整所述风扇调速电路的控制开关阵列。

[0043] 需要注意的是，在该风扇调速电路中，还包括了至少一个开关和对应的并联电阻，而所述控制开关阵列具体为至少一个开关和对应的并联电阻所组成的阵列，其中，该开关和对应的并联电阻的组成可以根据实际需要进行调整，以包括K1、K2和K3三个开关和对应的并联电阻为例，则该控制开关阵列为该K1、K2和K3三个开关和对应的并联电阻。

[0044] 当所述逻辑芯片22的查询结果为对应的控制开关阵列为K1打开、K2打开和K3关闭时，则控制模块23需要将K1和K2打开，并将K3关闭。

[0045] 可以理解的是，所述控制模块23能够通过打开所述开关将所述开关对应的并联电阻接入到所述风扇调速电路，或者，能够通过关闭所述开关使所述开关对应的并联电阻无法接入到所述风扇调速电路。

[0046] 所述开关电源24，用于根据调整后的风扇调速电路得到输出电压值，并将所述输出电压输出给风扇。

[0047] 具体的，当控制模块23将风扇调速电路进行调整后，即能够得到风扇所需要的电压值，即开关电源24能够得到风扇所需要的输出电压值，并将所述输出电压输出给风扇。

[0048] 需要注意的是，由于控制模块23是根据温度与控制开关阵列的对应关系来调整风扇调速电路的控制开关阵列的，因此，此时的风扇调速电路的输出电压值能够满足温度的需要，从而可以有效的调整风扇调速。可以理解的是，当在逻辑芯片中预先存储温度与电压的对应关系，以及电压与控制开关阵列的对应关系时，则风扇调速电路的输出电压值是与根据温度查询得到的电压值相对应的。

[0049] 为了更加清楚的说明本发明提供的技术方案，以下结合图3所示的应用场景对本发明进行详细说明。其中，图3为一种风扇调速电路，在该风扇调速电路中，开关电源(或者开关电源芯片)、逻辑芯片(在图3中并没有体现)、温度传感器(在图3中并没有体现)和控制模块(在图3中并没有体现)是控制风扇调速所必须的功能实体，而图3中的电容、电阻、开关等其他器件可以根据不同的电路情况任意选择，即不同电路的组成结构各不相同。

[0050] 开关电源芯片可以为集成双MOS的芯片或者分立MOS管的芯片，其中，图3所示的电路中使用的是集成双MOS的芯片；控制模块可以根据实际情况进行选择，例如，可以将CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)选择为控制模块(即使用CPU执行控制模块所需的功能)；逻辑芯片可以是基于CPLD的逻辑芯片，当然，使用过程中还可以选择其他类型的逻辑芯片，在此不再赘述；温度传感器用于检测环境的问题，实际应用中可以使用其他能够检测环境温度的功能单元替代。

[0051] 本发明应用场景下的风扇调速电路的原理如图3所示，其中，U1为开关电源芯片，L1和C3为滤波电感和滤波电容，C1和C2为电容，R1和R2组成分压反馈电路，并1、并2、并3以及对应的三个开关K1、K2和K3为调速控制单元(本应用场景下以三个并联电阻，每个开关控制一个并联电阻为例进行说明，而并联电阻的个数以及每个开关所控制的并联电阻可以根据实际需要进行调整)，电路的输出Vout用于给风扇供电。本发明中，并1、并2、并3以及对应的三个开关K1、K2和K3所组成的部分即为控制开关阵列。

[0052] 需要说明的是，使用该风扇调速电路对风扇供电之前，需要在逻辑芯片中预先存储温度与该风扇调速电路的控制开关阵列的对应关系。其中，可以根据实际经验、测试数据等信息存储温度与控制开关阵列的对应关系。

[0053] 例如，当风扇所处环境的温度是40°，需要风扇转速为1000转/s能够保证设备的正常运行，而为了风扇转速为1000转/s时需要提供8V的电压，而为了使风扇调速电路能够提供8V的输出电压，需要使扇调速电路中的开关K1打开、开关K2打开、开关K3关闭，即要在逻辑芯片中预先存储温度40°与控制开关阵列K1打开、K2打开和K3关闭的对应关系；或者，在逻辑芯片中预先存储温度40°与电压8V的对应关系，和电压8V与控制开关阵列K1打开、K2打开和K3关闭的对应关系。

[0054] 按照上述处理过程，即能够在逻辑芯片中预先存储所有温度与控制开关阵列的对应关系，而由于实际使用时温度的变化很大，实际应用中可以存储一个温度区间与控制开关阵列的对应关系。例如，当R1＝10K欧，R2＝1K欧，并1＝27K欧，并2＝3.9K欧，并3＝8.06K欧，开关电源芯片U1的参考电压VSNS＝0.8V时，则当K1K2K3＝000时，输出电压Vout＝8.8V，当K1K2K3＝101时，输出电压Vout＝10V，当K1K2K3＝110时，输出电压Vout＝11.2V，其他电压值可以根据公式(1)算出：

[0055] Vout＝(R1+R2’)*VSNS/R2’ 公式(1)

[0056] 其中，R2’为R2和根据K1/K2/K3决定的并1/并2/并3的组合。

[0057] 基于上述情况，如果风扇所处环境的温度是(45°-50°)，需要提供10V的电压时，由于10V电压所对应的控制开关阵列为K1K2K3＝101，即需要在逻辑芯片中预先存储温度45°-50°与控制开关阵列K1K2K3＝101的对应关系。

[0058] 具体的，根据风扇所处环境的温度，温度传感器能够将相应的温度值通知给逻辑芯片，而由于该逻辑芯片中存储了温度与控制开关阵列的对应关系，即逻辑芯片能够查询对应的控制开关阵列，并由控制模块根据该控制开关阵列调整该风扇调速电路的控制开关阵列。

[0059] 基于逻辑芯片查询得到的对应的控制开关阵列，控制模块可以调整风扇调速电路的控制开关阵列，具体为通过控制开关K1、K2和K3的开与关，将并1、并2、并3接入到风扇调速电路来实现。例如，当控制模块将K1关闭时，则并1(并联电阻1)接入到风扇调速电路，控制模块将K1打开时，则并1(并联电阻1)无法接入到风扇调速电路。

[0060] 可以看出，通过将对应连接的并联电阻并1和/或并2和/或并3并联到分压电阻R2上，能够得到不同的输出电压Vout，即通过K1、K2和K3的不同导通状态，来调整反馈电压比，得到不同的输出电压Vout，从而达到风扇调速的目的。例如，如果温度传感器检测到风扇所处环境的温度为50°，逻辑芯片查询到控制开关阵列K1K2K3＝101，并由控制模块以将开关K1、K2和K3的状态调整为101，从而使得输出电压Vout＝10V，并由开关电源芯片将10V的电压输出给风扇，从而达到风扇调速的目的。

[0061] 本发明中，风扇调速电路的效率由开关电源的效率决定，一般效率能至少达到90％以上，跟传统风扇调速电路相比，效率有了非常大的提高。

[0062] 为了更加清楚的说明本发明中的风扇调速电路所具有的技术优点，以下结合一个具体的例子进行进一步的说明。假如风扇工作在7V时电流为0.1A，输入电源电压为12V。

[0063] 对于现有技术中的使用MOS管的电压控制调速的情况，风扇7V工作，输入电源电压为12V时，则在MOS管上的压降为5V，总的功耗为0.1A×(7V+5V)＝1.2W。而本发明中提供的风扇调速电路，风扇7V工作，输入电源电压为12V时，假如开关电源工作的效率为95％，则总的功耗为0.1A×7V/0.95＝0.74W。

[0064] 通过两者的对比可以看出，本发明提供的风扇调速电路相比MOS管的电压控制调速的情况功耗低了0.46W，而从效率来看，MOS管的电压控制调速的方案效率只有58％，本发明提供的风扇调速电路的方案能达到95％，从而显著降低了功耗，并提高了效率。

[0065] 通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

[0066] 本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

[0067] 本领域技术人员可以理解实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述进行分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

[0068] 上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

[0069] 以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。