CN202994934U - 一种风扇状态检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种风扇状态检测装置，包括对风扇输出端进行电压采样的采样模块，根据采样模块采集的电压导通或者关断的开关模块，以及对开关模块的导通次数或关断次数进行计数并根据计数结果对风扇状态进行监测的监测模块；所述采样模块、开关模块及检测模块依次电连接；所述采样模块连接在所述风扇的电流输出端与地线之间。本实用新型的技术方案实现了对风扇的多种状态的检测，可靠性高。

Description

一种风扇状态检测装置

技术领域

本实用新型涉及电子监测领域，尤其涉及一种对医疗器械或设备内的试剂进行冷却的风扇状态检测装置。

背景技术

通常，在全自动医疗检验设备领域中，通常需要对医疗设备内的试剂进行制冷保存，由于受到空间的限制，一般采用半导体制冷片制冷，同时还需要风扇对制冷系统的热端进行强制散热，从而能达到更好的冷却效果，提高制冷片的制冷效率。因此，风扇在半导体制冷系统中具有重要的作用，一旦风扇出现故障，将会导致以下结果：第一、风扇因故障停止工作时，导致制冷系统热端所积聚的热量不能及时散发，很容易损坏半导体制冷片；第二，风扇性能下降，即转速变慢时，会严重影响半导体制冷量和制冷效率。

考虑到成本因素，风扇一般只有电源线和地接线，对于这种风扇，大多数电路只能实现对因线路断路而导致的故障的检测，检测功能比较单一。

实用新型内容

本实用新型旨在解决现有技术对风扇的状态检测功能单一，只能检测断路故障的技术问题，提供一种可对风扇的多种故障状态进行检测的风扇状态检测装置。

一种风扇状态检测装置，包括对风扇输出端进行电压采样的采样模块，根据采样模块采集的电压导通或者关断的开关模块，以及对开关模块的导通次数或关断次数进行计数并根据计数结果对风扇状态进行监测的监测模块；

所述采样模块、开关模块及检测模块依次电连接；

所述采样模块连接在所述风扇的电流输出端与地线之间。

优选地，所述采样模块包括连接在风扇的电流输出端与地线之间的采样电阻。

优选地，所述开关模块包括电源及开关管，所述开关管的高电位端分别与所述电源及监测模块相连接，开关管的控制端与风扇的电流输出端相连接，开关管的低电位端与地线相连接。

优选地，所述开关管为开关型三极管，所述开关型三极管的集电极分别与所述电源及监测模块相连接，开关型三极管的基极与风扇的电流输出端相连接，开关型三极管的发射极与地线相连接。

优选地，所述开关管为MOS管，所述MOS管的漏极分别与所述电源及监测模块相连接，MOS管的栅极与风扇的电流输出端相连接，MOS管的源极与地线相连接。

优选地，所述监测模块包括一个对开关管的导通或关断次数进行计数，并根据计数结果对风扇状态进行监测的单片机，还包括一个与单片机相连接的用于显示所述计数结果及监测结果的显示器。

优选地，所述开关模块还包括一个二极管，所述二极管的正极与所述开关管的低电位端相连接，所述二极管的负极与所述开关管的控制端相连接。

优选地，所述采样模块还包括用于分压的第二电阻及第三电阻，所述开关管的控制端通过第二电阻与风扇的电流输出端相连接，第三电阻的一端与所述开关管的控制端相连接，第三电阻的另一端与所述开关管的低电位端相连接。

优选地，所述采集模块还包括第二电容，所述第二电容并接在所述第三电阻的两端；所述开关模块还包括第三电容，所述第三电容连接在所述开关管的高电位端与低电位端之间。

优选地，所述电源与所述开关管的高电位端之间还串接有用于限流的第四电阻。

以上所述技术方案，采用一个采样模块对风扇的电流输出端进行采样，并连接一个开关模块，利用监测模块对开关模块导通或关断次数进行计数和监测，能够有效判断出风扇的各种运行状态，包括各种故障状态，本实用新型的技术方案实现了风扇的多种状态检测，可靠性高。

附图说明

图1是本实用新型风扇状态检测装置一种实施例的结构框图；

图2是本实用新型风扇状态检测装置一种实施例的电路结构示意图；

图3是本实用新型风扇状态检测装置另一种实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的一种风扇状态检测装置，包括用于对风扇10输出端进行电压采样的采样模块20，用于根据采样模块20采集的电压导通或者关断的开关模块30，及用于对开关模块30的导通次数或关断次数进行计数并根据计数结果对风扇状态进行监测的监测模块40；

所述采样模块20、开关模块30及检测模块40依次电连接；

所述采样模块20连接在所述风扇10的电流输出端与地线之间。

结合图2和图3所示，在具体应用中，所述风扇10具有一个为其供电的电源VCC1，电源VCC1为风扇10提供正常的工作电压，为了增强风扇10的工作稳定性，一般地，在所述电源VCC1与地线之间连接有一个第一电容C1，第一电容C1可对所述电源VCC1进行滤波，为风扇10提供一个无干扰无杂质的工作电源。

采样模块20优选为一个由电阻组成的电压采样电路，所述采样模块20包括第一电阻R1，第一电阻R1的两端并接所述开关模块30，所述第一电阻R1的一端与风扇10的电流输出端相连接，第一电阻R1的另一端与地线相连接。当风扇10通电工作时，电流经过风扇的输出端可流经第一电阻R1，在第一电阻R1上就会产生电压VR1。

根据风扇10内部驱动电机的工作特性可知，风扇10在正常工作范围内，第一电阻R1两端的电压是周期性变化的，电压VR1也就在一个上限值和一个下限值范围内跟着电流的变化进行波动。第一电阻R1阻值的选取与风扇的工作电流有关，电流越大，第一电阻R1的阻值应该越小，否则第一电阻R1两端的电压过高，会造成风扇两端的电压下降而使风扇转速变慢；电流越小，第一电阻R1的阻值应该越大，否则电压过低，达不到所述开关模块中开关器件导通条件而影响风扇的状态检测。

优选地，本实施例中的开关模块30包括电源VCC2及开关管31，所述开关管31的高电位端分别与所述电源VCC2及监测模块40相连接，开关管31的控制端与风扇10的电流输出端相连接，开关管31的低电位端与地线相连接。为了减少对所述开关管31的冲击，优选地，所述电源与所述开关管的高电位端之间还串接有用于限流的第四电阻R4。所述电源的电压优选为5V。

由上述技术方案可知，所述第一电阻R1的电压可加载到所述开关管31控制端上，因第一电阻R1两端的电压值VR1是一个波动值，由开关管31的工作原理可知，当电压VR1的值大于或等于开关管31的控制端导通电压时，所述开关管31导通，电源VCC2经过开关管31的高电位端及低电位端与地导通，所述高电位端的电压U1为0，该电压即为输送到监测模块40中的电压，监测模块40此时检测到一个低电平信号；相反的，当电压VR1的值小于开关管31的控制端导通电压时，所述开关管31关断，由于开关管31关断，高电位端的电压U1即为电源VCC2的电压，此时，监测模块40检测到一个高电平信号。

如图2所示，以上实施例中的开关管31优选为开关型三极管Q1，所述开关型三极管Q1的集电极分别与所述电源VCC2及监测模块40相连接，开关型三极管Q1的基极与风扇10的电流输出端相连接，开关型三极管Q1的发射极与地线相连接。

如图3所示，作为本实用新型的另一种优选实施例，所述开关管31为MOS管T1，所述MOS管T1的漏极分别与所述电源VCC2及监测模块40相连接，MOS管T1的栅极与风扇10的电流输出端相连接，MOS管T1的源极与地线相连接。

为了进一步降低压降，有效对开关管31进行保护，优选地，所述采样模块20还包括用于分压的第二电阻R2及第三电阻R3，所述开关管31的控制端通过第二电阻R2与风扇10的电流输出端相连接，第三电阻R3的一端与所述开关管31的控制端相连接，第三电阻R3的另一端与所述开关管31的低电位端相连接。

第二电阻R2和第三电阻R3构成分压电路，对第一电阻R1两端的电压进行进一步的分压，将分压后的电压加载在开关管31的控制端上，保证开关管31在风扇运转时能输出脉冲信号，当风扇正常工作时，经过第二电阻R2和第三电阻R3分压后，所述第三电阻R3两端的电压为：(VR1*R3)/(R2+R3)，该电压即为分压后输入到所述开关管Q3控制端的电压，因第一电阻R1两端的电压VR1为一个波动值，因此所述式子(VR1*R3)/(R2+R3)的值也是一个波动值，当该值大于或等于开关管31的控制端导通电压时，所述开关管31导通，U1的值为0，单片机41监测到一个低电平；当该值小于开关管31的控制端导通电压时，所述开关管31关断截止，U1的值为VCC2的电压值，单片机41监测到一个高电平；因此，本实施例中，所述开关管31的控制端导通电压应大于式子(VR1*R3)/(R2+R3)的最小值，小于或等于所述式子(VR1*R3)/(R2+R3)的最大值。

所述监测模块40包括一个单片机41和一个显示器43，单片机41与显示器43相连接，所述单片机41用于对开关管31的导通或关断次数进行计数，并根据计数结果对风扇状态进行监测，同时所述单片机41将所述计数结果及对风扇的状态监测结果发送到显示器进行显示，相关工作人员通过显示器可以直观得到风扇的运行状态，并根据运行状态及时对冷却系统做出相应调整或维修。

以上所述风扇状态检测装置的工作原理如下：首先将监测模块40上电初始化，系统内部的所述计数清零。风扇10通电并工作时，电流经过第一电阻R1流向地，经过第一电阻R1上的电流周期性变化，因此第一电阻R1两端的电压VR1也周期性变化，经过第二电阻R2和第三电阻R3分压后，最终开关管31控制端上的电压为：(VR1*R3)/(R2+R3)，因开关管31的控制端导通电压大于式子(VR1*R3)/(R2+R3)的最小值，小于或等于所述式子(VR1*R3)/(R2+R3)的最大值，当(VR1*R3)/(R2+R3)的值大于或等于开关管31的控制端导通电压时，开关管31导通，开关管31高电位端输出一个低电平（U1=0）；当(VR1*R3)/(R2+R3)的值小于开关管31的控制端导通电压时，开关管31关断截止，开关管31高电位端输出一个高电平（U1=VCC2）。

单片机41接收到所述开关管31的高、低电平后，对所述高电平或低电平进行计数，根据风扇10的工作电流的周期性可知，在风扇的一个电流周期内，所述开关管31导通和关断的次数相等，因此，实际应用中，可以设置所述单片机41对高电平计数或者对低电平进行计数，不论对高电平还是对低电平进行计数，对最终的风扇状态监测不会产生任何影响。这里假设单片机41在设定时间t内的计数值为N，风扇10的转速越快，其两端的电流变化越快，设定时间t内的计数值N也就越大。

当风扇10未连接或者风扇10内部损坏造成断路时，风扇10的电流输出端无电流输出，因此开关管31的基电极电压为0V，此时31处于关断截止状态，因此开关管31的高电位端的电压等于电源VCC2的电压，开关管31高电位端只输出高电平信号，因没有高、低电平信号的转换，单片机41的计数值N=0，即当单片机41监测到的信号为高电平信号且计数值N=0时，表明所述风扇10未连接或者因内部损坏造成断路故障；

当风扇10因内部损坏造成短路时，开关管31控制端电压大于其导通电压，开关管31导通，此时，开关管31高电位端的电压等于0，开关管31的高电位端只输出低电平，单片机41的计数值N=0，此时表明所述风扇10内部发生短路故障。这里为了对所述开关管31进行保护，优选地，所述开关模块30还包括一个二极管D1，所述二极管D1的正极与所述开关管31的低电位端相连接，所述二极管D1的负极与所述开关管31的控制端相连接。优选地，所述二极管D1的反向击穿电压小于所述开关管31控制端承受的最高电压，即当风扇10内部发生短路故障时，当开关管31控制端的电压达到所述二极管D1的反向击穿电压时，二极管D1被击穿，对开关管31进行有效保护，以防开关管31被烧坏。

当风扇10堵转或性能下降造成转速变慢时，风扇10电流输出端的输出电流周期变长，因此开关管31高电位端输出的脉冲周期变长，设定时间t内单片机的计数值N变小，当小于其内部设定值M时，可判断风扇出现了堵转或者性能下降的故障。

在以上所述实施例中，为了进一步提高对风扇状态检测的准确性，优选地，所述采集模块20还包括第二电容C2，所述第二电容C2并接在所述第三电阻R3的两端；所述开关模块30还包括第三电容C3，所述第三电容C3连接在所述开关管31的高电位端与低电位端之间。第二电容C2和第三电容C3都可作为一个滤波电容对电压信号进行滤波，第二电容C2用于滤除开关管31控制端电压的噪声和杂波，第三电容C3用于滤除开关管31高电位端电压的噪声和杂波。

单片机41将其内部的计数结果和监测结果发送到显示器43上进行显示，显示器所显示的内容包括：单片机41所监测到的电平信号，单片机41对电平信号的计数值以及单片机41对风扇状态的判断结果。通过显示器43的显示，相关人员可及时获取风扇的运行状态，当风扇发生故障时可及时发现故障并对其进行维修，确保整个冷却系统的工作效率和冷却效果。

除此之外，本实用新型的技术方案还可以实现对风扇转速的监测和计算，在实际的应用中，风扇10内部的驱动电机有四组线圈，风扇10每转60度，电机换相一次，因此，风扇10每转一圈，电机换相4次，风扇电流变化4次，因此通过单片机41可实现对风扇转速的计算，即风扇转速V=N/4t，该转速也可通过显示器43进行显示。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风扇状态检测装置，其特征在于：所述风扇状态检测装置包括：

对风扇输出端进行电压采样的采样模块；

根据采样模块采集的电压导通或者关断的开关模块；以及

对开关模块的导通次数或关断次数进行计数并根据计数结果对风扇状态进行监测的监测模块；

所述采样模块、开关模块及检测模块依次电连接；

所述采样模块连接在所述风扇的电流输出端与地线之间。

2.根据权利要求1所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述采样模块包括连接在风扇的电流输出端与地线之间的采样电阻。

3.根据权利要求2所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述开关模块包括电源及开关管，所述开关管的高电位端分别与所述电源及监测模块相连接，开关管的控制端与风扇的电流输出端相连接，开关管的低电位端与地线相连接。

4.根据权利要求3所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述开关管为开关型三极管，所述开关型三极管的集电极分别与所述电源及监测模块相连接，开关型三极管的基极与风扇的电流输出端相连接，开关型三极管的发射极与地线相连接。

5.根据权利要求3所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述开关管为MOS管，所述MOS管的漏极分别与所述电源及监测模块相连接，MOS管的栅极与风扇的电流输出端相连接，MOS管的源极与地线相连接。

6.根据权利要求4或5所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述监测模块包括一个对开关管的导通或关断次数进行计数，并根据计数结果对风扇状态进行监测的单片机，还包括一个与单片机相连接的用于显示所述计数结果及监测结果的显示器。

7.根据权利要求6所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述开关模块还包括一个二极管，所述二极管的正极与所述开关管的低电位端相连接，所述二极管的负极与所述开关管的控制端相连接。

8.根据权利要求7所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述采样模块还包括用于分压的第二电阻及第三电阻，所述开关管的控制端通过第二电阻与风扇的电流输出端相连接，第三电阻的一端与所述开关管的控制端相连接，第三电阻的另一端与所述开关管的低电位端相连接。

9.根据权利要求8所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述采集模块还包括第二电容，所述第二电容并接在所述第三电阻的两端；所述开关模块还包括第三电容，所述第三电容连接在所述开关管的高电位端与低电位端之间。

10.根据权利要求9所述的风扇状态检测装置，其特征在于：所述电源与所述开关管的高电位端之间还串接有用于限流的第四电阻。

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