CN100446402C - 直流风扇启动电路 - Google Patents

Abstract

一种直流风扇启动电路，包括：一分压装置、一运算放大器与一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述分压装置的输出端连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，及一可自动调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述分压装置的输入端，所述开关装置的一输出信号经所述反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。本发明直流风扇启动电路具有启动电流小，风扇电压零纹波，线性驱动的优点。

Description

直流风扇启动电路

【技术领域】

本发明涉及一种直流风扇启动电路，特别是涉及一种使风扇启动电流小且运转稳定的线性直流风扇启动电路。

【背景技术】

随着计算机技术的不断发展，特别是中央处理器(CPU，Center ProcessorUnit)频率的不断提高，相应地其工作时所产生的热量也不断增多，为了及时将热量充分散发出去，一般会在中央处理器上增加风扇散热装置。但是，如果风扇不能正常运转或停止运转，会使中央处理器产生的热量不能及时散发出去，积累到一定的程度时则会损毁中央处理器。所以风扇能否正常运转关系到计算机系统能否正常工作，而风扇驱动电路则是用于驱动风扇正常稳定运转的，所以风扇驱动电路设计的质量好坏直接影响到风扇乃至计算机系统能否正常稳定工作。

请参考图1，其为业界一般使用的风扇驱动电路。图1中，来自控制芯片的PWM信号直接驱动控制晶体管Q70、Q100，而晶体管Q70、Q100直接驱动直流风扇，在该驱动电路中还采用大容量电解电容C63对供电进行滤波。在该驱动电路启动时，启动瞬间产生很大的启动电流，如图2所示，这会对晶体管Q70、Q100造成很大的冲击，如流过该等晶体管的电流过大则可能会烧毁该等晶体管，使电路失效；此外，该驱动电路虽然采用大容量电解电容C63对供电进行滤波，但仍然存在客观的纹波电压，使风扇不能转动平稳，造成噪声比较大。

请参考图3，其为2004年8月21日公告的中国台湾专利092215559号中揭示的一种直流无刷风扇马达启动电压控制电路，包括一比较器1、一分压电路2及一开关电路3，其中，该比较器1用以将电源电压与一配合风扇驱动电压规格而设置的参考电压进行比较，开关电路3设于比较器1的输出端，用以控制驱动电路4及风扇马达6是否接通电源电路。其中，该开关电路3是由晶体管Q1、Q2构成的。该技术方案虽然采用分压电路2与比较器1来控制晶体管Q1、Q2的开关从而实现控制驱动电路4及风扇6是否接通电源电路而达到启动风扇6的目的，但由于该等晶体管是由电源直接控制，当流经该等晶体管的启动电流过大时同样存在上述的技术问题。

所以，如何设计一个具有启动电流小，能使风扇转动平稳且噪声小的驱动电路已经成为人们研究的课题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种使风扇启动电流小且运转稳定的线性直流风扇启动电路。

一种直流风扇启动电路，包括：一分压装置、一运算放大器与一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述分压装置的输出端连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，防止上电瞬间输入过大电流的缓冲装置，及一可自动调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述分压装置的输入端，所述缓冲装置设于分压装置与运算放大器之间，所述开关装置的一输出信号经反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。

本发明与现有技术相比具有以下优点：本发明的数模转换装置将来自于控制芯片的PWM数字控制信号转换成平滑的模拟信号，变驱动为纯直流线性驱动，使风扇工作电压达到零纹波，风扇转动平稳，噪声小，风扇转速与PWM控制信号成正比，避免风扇转速过低甚至停止运转现象的发生；在运算放大器的输入端接入缓冲装置，使得电路的启动电流很小，避免上电瞬间输入的大电流对运算放大器与开关装置造成大的冲击，保护运算放大器与开关装置，增加电路的可靠度；在运算放大器与开关装置之间接入反馈装置，使得流经开关装置的电流过大时经由该反馈装置后形成电流反馈促使流经开关装置的电流减小，使流经开关装置的电流保持恒定电流状态，转动平稳。

【附图说明】

图1是现有技术直流风扇启动电路的电路图。

图2是图1直流风扇启动电路中的晶体管启动电流的动态图。

图3是现有技术另一直流风扇启动电路的电路图。

图4是本发明直流风扇启动电路的系统框图。

图5是本发明直流风扇启动电路的第一实施例的电路图。

图6是本发明直流风扇启动电路中的晶体管启动电流的动态图。

图7是本发明直流风扇启动电路的第二实施例的电路图。

【具体实施方式】

下面结合附图及具休实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图4，其为本发明直流风扇启动电路的系统框图。该PWM数字控制信号来源于Super I/O芯片(图未示)，其为固定频率的PWM数字控制信号，一般情况下，PWM数字控制信号的占空比会随所感应的温度变化而变化，温度越高，占空比越大，风扇速度越快。该直流风扇启动电路100包括依次串联的用于将PWM数字控制信号转换为平滑模拟控制信号的数模转换装置10、分压装置20、防止上电瞬间输入过大电流的缓冲装置30、运算放大器40、开关装置50，其中，该模拟控制信号经分压装置20、缓冲装置30输入至运算放大器40的一输入端，该开关装置50连接至该运算放大器40的输出端，通过运算放大器40驱动开关装置50来控制通过直流风扇的电流，其中，该直流风扇启动电路100还包括一可自动调节通过开关装置50电流的反馈装置60，所述开关装置50的一输出信号经所述反馈装置60输入到所述运算放大器40的另一输入端。

请一并参考图5，其为本发明直流风扇启动电路的第一实施例的电路图。在图5显示的直流风扇启动电路100中，数模转换装置10包括一由电阻R1与电容C1串联组成的积分电路，其中，电阻R1的一输入端接收控制芯片的PWM数字控制信号，电容C1的另一端接地；分压装置20由电阻R2与电阻R3串联而成，可根据风扇80的不同规格通过调整电阻R2与电阻R3的阻值来选择合适的分压，其中，电阻R2、R3的串联节点连接至运算放大器40的同向输入端，电阻R2的另一端连接至上述积分电路的电阻R1与电容C1的串联节点，电阻R3的另一端接地。缓冲装置30包括一电容C2，其一端连接至运算放大器40的同向输入端，另一端接地。开关装置50包括一双极型晶体管Q6，晶体管Q6的基极经一电阻R4连接至运算放大器40的输出端，集电极输出驱动直流风扇80，发射极经由一电阻R6接地。所述反馈装置60包括一反馈电阻R5，该反馈电阻R5在该直流风扇启动电路100中构成电流并联负反馈，该晶体管Q6的发射极输出信号经该反馈电阻R5输入到运算放大器40的反向输入端。

请一并参考图6，其为直流风扇启动电路中的晶体管启动电流的动态图。由于在计算机系统中，一般是采用数字信号来进行控制。本发明直流风扇启动电路100的PWM数字控制信号来自于Super I/O芯片，为固定频率的数字控制信号。该直流风扇启动电路100启动时，该PWM数字控制信号经数模转换装置10的积分电路转换后变成平滑连续的模拟控制信号。该模拟控制信号经分压装置20后输入到运算放大器40的同向输入端中，由于该运算放大器40的同向输入端同时连接有包括电容C2的缓冲装置30，在上电瞬间，电容C2开始充电，并使运算放大器40的同向输入端的电压从零开始上升，在同向输入端电压上升到反向输入端电压之前，运算放大器40的输出电压很低，晶体管Q6通过的电流很小，晶体管Q6截止，从而在上电时达到保护晶体管Q6的作用。随着电容C2充电的不断增加，运算放大器40的同向输入端的电压逐渐超过反向输入端的电压，晶体管Q6开始导通，从而驱动直流风扇80转动。随着运算放大器40的输出电压逐渐变大，晶体管Q6的基极的电流也逐渐增加，相应地集电极的电流也增加，使得直流风扇80的电流增加，由于反馈装置60的存在，当晶体管Q6的集电极的电流增加时，相应地使运算放大器40的反向输入端的电压升高，导致使运算放大器40的同向输入端的电压降低，使运算放大器40的输出电压降低，结果通过晶体管Q6基极的电流也随之减小，晶体管Q6的集电极的电流也随之减小，亦即流经直流风扇80的电流减少。最终结果是流经直流风扇80的电流保持恒定，使直流风扇80运转平稳。在本实施例中，晶体管Q6从截止到导通的延迟时间大约为2ms。

在直流风扇启动电路100的工作过程中，当幅值为Vamp、占空比为D的PWM数字控制信号施加于数模转换装置10时，电容C1上的电压Vc1为

Vc1＝Vamp*D                (1)

该电压Vc1施加于运算放大器40时，运算放大器40的同向输入端的电压V+为

$V+=\mathrm{Vc}1*\frac{R3}{R2+R3}=\mathrm{Vamp}*D*\frac{R3}{R2+R3}=V----\left(2\right)$

那么，流经直流风扇80电流I为

$I=\frac{V-}{R6}\frac{\mathrm{Vamp}*D*R3}{(R2+R3)*R6}=\frac{\mathrm{Vamp}*R3}{(R2+R3)*R6}*D=M*D---\left(3\right)$

其中，常数 $M=\frac{\mathrm{Vamp}*R3}{(R2+R3)*R6}.$

因此，由式(3)可以看出，直流风扇80的电流I是与PWM数字控制信号的占空比D成线性关系，也即直流风扇80的转速与PWM数字控制信号是成正比。

因此，本发明的直流风扇启动电路100是线性驱动，在PWM数字控制信号占空比0到100％的范围内，风扇电压是均匀变化。

请参考图7，其为本发明直流风扇启动电路的第二实施例，其与第一实施例的不同点在于开关装置70包括MOS晶体管Q8，其它部分结构与第一实施例的结构相同。另外，该第二实施例直流风扇启动电路200的工作原理与第一实施例的直流风扇启动电路100工作原理相同，在此不再叙述。

Claims (7)

1.一种直流风扇启动电路，包括一分压装置、一运算放大器与一用于控制直流风扇启动的开关装置，所述分压装置的输出端连接至所述运算放大器的一输入端，所述开关装置连接至所述运算放大器的输出端，其特征在于：所述直流风扇启动电路还进一步包括一将来自控制芯片的数字控制信号转换为模拟控制信号的数模转换装置，一防止上电瞬间输入过大电流的缓冲装置，及一可自动调节通过开关装置电流的反馈装置，所述数模转换装置连接至所述分压装置的输入端，所述缓冲装置设于分压装置与运算放大器之间，所述开关装置的一输出信号经反馈装置输入到所述运算放大器的另一输入端。

2.如权利要求1所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述数模转换装置包括一由第一电阻与第一电容串联组成的积分电路，其中，所述第一电阻一输入端接收控制芯片的数字控制信号，所述第一电容的另一端接地。

3.如权利要求1所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述缓冲装置包括一第二电容，其一端连接至所述运算放大器的输入端，另一端接地。

4.如权利要求1所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述开关装置包括一晶体管，所述晶体管的基极经一电阻连接至所述运算放大器的输出端，集电极连接至所述直流风扇，发射极经一电阻接地。

5.如权利要求4所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述反馈装置包括一反馈电阻，所述晶体管的发射极输出信号经反馈电阻连接至运算放大器的另一输入端。

6.如权利要求4或5所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述晶体管是双极型晶体管或MOS晶体管。

7.如权利要求1所述的直流风扇启动电路，其特征在于：所述分压装置由第二电阻与第三电阻串联而成，其串联节点连接至运算放大器的一输入端，所述第二电阻连接至第一电阻与第一电容的串联节点，所述第三电阻的另一端接地。

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