CN101533052B - Pwm风扇电气性能测试***及方法 - Google Patents

Abstract

一种PWM风扇电气性能测试***及方法，该方法包括如下步骤：***初始化；采集测试数据并转换成数字信号传送给工控电脑；对该数字信号进行数字滤波处理；根据数字滤波处理后的数字信号计算待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值；根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。利用本发明可以提高测试范围和测试精度。

Description

PWM风扇电气性能测试***及方法

技术领域

本发明涉及一种PWM风扇电气性能测试***及方法。

背景技术

PWM的全称是Pulse Width Modulation(脉冲宽度调制)，其把变流器的输出电压斩波成为脉冲，通过改变脉冲的宽度、数量或者分布规则，以改变输出电压的数值和频率的控制方法。因PWM风扇有节能等诸多优点，而成为PC***散热领域的新宠。

现有的针对PWM风扇的测试方法中，都采用电阻来采集待测PWM风扇的电流信号，并用继电器(Relay)作为控制电路的开关控制，具体原理图如图4a所示。这种测试方法使得整个电流测试回路电阻值大，最大仅能测试2.5A(安培)的电流，并且开关动作在10毫秒级，降低了测试范围和测试精确度。

发明内容

鉴于以上内容，有必要提供一种PWM风扇电气性能测试***，其可利用霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，以大功率MOS管进行控制电路的开关控制，提高了测试范围和测试精度。

鉴于以上内容，还有必要提供一种PWM风扇电气性能测试方法，其可利用霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，以大功率MOS管进行控制电路的开关控制，提高了测试范围和测试精度。

一种PWM风扇电气性能测试***，包括风扇接口板，所述风扇接口板连接有待检测的PWM风扇，该PWM风扇电气性能测试***还包括工控电脑、数据采集卡及数据采集控制盒，所述工控电脑于测试开始时将当前测试点的PWM波的频率和占空比传送给所述数据采集控制盒中的可编程门阵列；所述可编程门阵列根据当前测试点的PWM波的频率和占空比产生高频率的PWM波，对待测PWM风扇进行转速控制；所述数据采集卡向所述数据采集控制盒中的信号采集电路传送工控电脑发出的数据采集指令，所述信号采集电路通过风扇接口板采集待测PWM风扇的转速回馈信号，并通过霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡；数据采集卡将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号并传给工控电脑，该数字信号包括待测PWM风扇的转速回馈数字信号和电流数字信号；工控电脑对该数字信号进行数字滤波处理，根据该数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值；工控电脑根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。

一种PWM风扇电气性能测试方法，包括如下步骤：工控电脑传送当前测试点的PWM波的频率和占空比给数据采集控制盒中的可编程门阵列，使可编程门阵列产生高频率的PWM波控制与风扇接口板连接的待测PWM风扇的转速；工控电脑通过数据采集卡传送数据采集指令给所述数据采集控制盒中的信号采集电路，所述信号采集电路通过风扇接口板采集待测PWM风扇的转速回馈信号，并通过霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡；数据采集卡将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号并传给工控电脑，该数字信号包括待测PWM风扇的转速回馈数字信号和电流数字信号；工控电脑对该数字信号进行数字滤波处理，根据该数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值；工控电脑根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。

相较于现有技术，所述的PWM风扇电气性能测试***及方法，其可利用霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，以大功率MOS(Metal-oxide semiconductor，金属氧化物半导体)管进行控制电路的开关控制(具体原理图如图4b所示)，因而整个电流测试回路电阻值小，最大能测试10A的电流和36V(伏特)的电压，并且开关动作在2微秒级，提高了测试范围和测试精度。

附图说明

图1是本发明PWM风扇电气性能测试***较佳实施例的***架构图。

图2是图1所示工控电脑的功能模块图。

图3是本发明PWM风扇电气性能测试方法较佳实施例的流程图。

图4中的图4a是现有技术中的测试方法所采用的电路原理图。

图4中的图4b是本发明PWM风扇电气性能测试方法所采用的电路原理图。

具体实施方式

首先对本发明中所涉及的相关术语说明如下：

占空比(Duty Cycle)：是指高电平在一个周期之内所占的时间比率，占空比越大，电路开通时间就越长。PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)风扇的转速随着占空比的大小成比例的增大。

测试点数：因PWM风扇在相同电压不同占空比下会有不同的转速，为检测不同占空比下的转速，需要设定测试点数。如一款PWM风扇，须测占空比为0％、25％、75％、100％这四个点下对应的转速，因此该款PWM风扇的测试点数设定为4。

电流波形高低比：指在一个电流信号若干个周期中电流波形的最小振幅与最大振幅的比值，用于衡量电流信号的稳定性。

电流波形宽窄比：指在一个电流信号若干个周期中电流波形的最小周期与最大周期的比值，用于衡量电流信号的稳定性。

如图1所示，是本发明PWM风扇电气性能测试***较佳实施例的***架构图。该***主要包括显示设备10、工控电脑20、数据采集卡30、数据采集控制盒40及风扇接口板50，所述风扇接口板50提供4个通道的风扇接口，用于将待测PWM风扇60跟数据采集控制盒40连接起来，通过转速回馈线70将采集到的待检测PWM风扇60的转速回馈信号传给数据采集控制盒40。所述数据采集控制盒40还包括一个信号采集电路41、可编程门阵列42和霍尔传感器43。

其中，所述工控电脑20负责运行***的应用程序，对各个设备进行控制调配，该工控电脑20还包括一个数据库21，所述数据库21中存储有PWM风扇的料号参数和电气性能测试过程中产生的测试数据等。所述风扇料号参数包括：测试点数，每个测试点的PWM波的频率和占空比，每个测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值等。

该工控电脑20于测试开始时调出储存于数据库21中的风扇料号参数，并通过串行传输口(如RS232串行传输口)传送控制指令给所述可编程门阵列42。

所述可编程门阵列42用于根据工控电脑20传送过来的当前测试点的PWM波的频率和占空比产生高频率的PWM波对待测PWM风扇60进行转速控制。

数据采集卡30插在工控电脑20主板周边元件扩展接口(Pedpherd ComponentInterconnect，PCI)的一个扩展插槽上，其采用常用的模拟/数字(Analog/Digital，A/D)卡，如PCI6221数据采集卡、NI6013卡等。在本较佳实施例中，该数据采集卡30采用PCI6221数据采集卡，其用于向数据采集控制盒40传送工控电脑20发出的数据采集指令。然后，所述数据采集控制盒40中的信号采集电路41通过风扇接口板50采集待测PWM风扇60的转速回馈信号，并通过霍尔传感器(Hall sensor)43采集待测PWM风扇60的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡30，数据采集卡30将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号传送给工控电脑20。该数字信号包括待测PWM风扇60的转速回馈数字信号和电流数字信号。

所述工控电脑20对该数字信号进行数字滤波处理，然后根据数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值，并判断该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内，判断所有测试点是否测试完毕等。

所述显示设备10用于显示测试过程中的参数信息及测试结果，如转速值、频率值、占空比、测试时间以及报警信息等。

如图2所示，是图1所示工控电脑20的功能模块图。所述工控电脑20包括***初始化模块201、计算模块202、保存模块203、判断模块204及统计分析模块205。本发明所称的模块是完成一特定功能的计算机程序段，比程序更适合于描述软件在计算机中的执行过程，因此在本发明以下对软件描述中都以模块描述。

其中，所述***初始化模块201用于根据工控电脑20下达的测试指令调出存储于数据库21中的待测PWM风扇60当前测试点的料号参数。

所述计算模块202用于对数据采集卡30转换得到的待测PWM风扇60的转速回馈数字信号和电流数字信号进行数字滤波处理，根据数字滤波处理后的数字信号(包括待测PWM风扇60的转速回馈数字信号和电流数字信号)计算待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值。其中，待测PWM风扇60当前测试点的实际转速等于待测PWM风扇60的转速回馈数字信号的频率乘以一个转速因子，电流波形高低比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小振幅与最大振幅的比值，电流波形宽窄比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小周期与最大周期的比值。

所述保存模块203用于保存所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果(包括待测PWM风扇60每个测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值)至数据库21中。

所述判断模块204用于根据每个测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内及判断所有测试点是否测试完毕等。其中，风扇实际转速的判断公式为：参考转速×(1-公差％)＝＜实际转速＜＝参考转速×(1+公差％)。电流波形高低比实际值的判断公式为：电流波形高低比的参考值×(1-公差％)＝＜电流波形高低比的实际值＜＝电流波形高低比的参考值×(1+公差％)。电流波形宽窄比实际值的判断公式为：电流波形宽窄比的参考值×(1-公差％)＝＜实际转速＜＝电流波形宽窄比的参考值×(1+公差％)。

如果该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值或电流波形宽窄比的实际值不在误差范围内，则表明该待测PWM风扇60没有通过测试，则通过显示设备10显示出报警信息。如果该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值在误差范围内，则进一步判断所有测试点是否测试完毕。如果还有测试点没有测试，则切换到下一个测试点，把下一个测试点的PWM波的频率和占空比传送给可编程门阵列42，进行下一个测试点的测试。如果所有测试点都测试完毕，则判断模块204判断该待测PWM风扇60通过了测试，在显示设备10上显示该待测PWM风扇60通过测试的提示信息，测试停止。

所述统计分析模块205用于对所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果进行统计制程控制(Statistical Process Control，SPC)的统计分析，包括报表、不良统计、SPC图形分析等。其中，该SPC是指在制程中去收集资料，并将所收集的资料借助于数理统计方法加以统计分析，从分析中发现制程的异常，再通过问题的分析来挖掘异常的原因，并针对该原因采取适当有效的对策，使制程恢复正常状态，再透过制程能力的调查分析与标准化，不断提升制程能力的一种维护与改善的工具集合。SPC可提供多种统计分析，包括单一观测值的管制图、个别值与移动全距管制图、平均值与标准差管制图、中位数与全距管制图、指数加权移动平均管制图、直方图等。

如图3所示，是本发明PWM风扇电气性能测试方法较佳实施例的流程图。首先，步骤S401，测试管理人员设置多个常用PWM风扇的料号参数，并存储在工控电脑20的数据库21中，所述风扇料号参数包括：测试点数，每个测试点的PWM波的频率和占空比(Duty Cycle)，每个测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值等。当工控电脑20下达测试指令时，所述***初始化模块201根据该测试指令调出储存在数据库21中的风扇料号参数。可编程门阵列42接收到工控电脑20发送的风扇转速测试指令后，根据工控电脑20传送的当前测试点的PWM波的频率和占空比产生高频率的PWM波对待测PWM风扇60进行转速控制。

步骤S402，工控电脑20通过数据采集卡30传送一数据采集指令给所述数据采集控制盒40中的信号采集电路41，所述信号采集电路41通过风扇接口板50采集待测PWM风扇60的转速回馈信号，并通过霍尔传感器43采集待测PWM风扇60的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡30。数据采集卡30将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号传送给工控电脑20。该数字信号包括待测PWM风扇60的转速回馈数字信号和电流数字信号。

步骤S403，所述工控电脑20的计算模块202对该数字信号进行数字滤波处理，消除该数字信号里的噪声和静电干扰。

步骤S404，所述计算模块202根据数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值。其中，待测PWM风扇60当前测试点的实际转速等于待测PWM风扇60的转速回馈数字信号的频率乘以一个转速因子，电流波形高低比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小振幅与最大振幅的比值，电流波形宽窄比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小周期与最大周期的比值。

步骤S405，所述保存模块203保存所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果(包括待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值)至数据库21中。

步骤S406，所述判断模块204根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。其中，风扇实际转速的判断公式为：参考转速×(1-公差％)＝＜实际转速＜＝参考转速×(1+公差％)。电流波形高低比实际值的判断公式为：电流波形高低比的参考值×(1-公差％)＝＜电流波形高低比的实际值＜＝电流波形高低比的参考值×(1+公差％)。电流波形宽窄比实际值的判断公式为：电流波形宽窄比的参考值×(1-公差％)＝＜实际转速＜＝电流波形宽窄比的参考值×(1+公差％)。

如果该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值或电流波形宽窄比的实际值不在误差范围内，步骤S407，通过显示设备10显示出报警信息，表明该待测PWM风扇60没有通过测试，测试结束。

如果该待测PWM风扇60当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值在误差范围内，步骤S408，所述判断模块204进一步判断所有测试点是否测试完毕。如果还有测试点没有测试，则流程转到步骤S402，切换到下一个测试点，把下一个测试点对应的PWM波的频率和占空比传送给可编程门阵列42，进行下一个测试点的测试。

如果所有测试点都测试完毕，步骤S409，则判断模块204判断该待测PWM风扇60通过了测试，在显示设备10上显示该待测PWM风扇60通过测试的提示信息，测试结束。

另外，用户可以利用所述统计分析模块205对所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果进行统计制程控制(Statistical Process Control，SPC)的统计分析，包括报表、不良统计、SPC图形分析等。其中，该SPC是指在制程中去收集资料，并将所收集的资料借助于数理统计方法加以统计分析，从分析中发现制程的异常，再通过问题的分析来挖掘异常的原因，并针对该原因采取适当有效的对策，使制程恢复正常状态，再透过制程能力的调查分析与标准化，不断提升制程能力的一种维护与改善的工具集合。SPC可提供多种统计分析，包括单一观测值的管制图、个别值与移动全距管制图、平均值与标准差管制图、中位数与全距管制图、指数加权移动平均管制图、直方图等。

在本实施例中，是以一个待测PWM风扇60为例进行说明，在其它实施例中，所述风扇接口板50可以同时接4个不同规格型号的PWM风扇进行电气性能测试，同步显示4个不同规格型号的PWM风扇的电流信号波形与转速波形，波形显示没有任何延迟滞后的现象，4个风扇测试通道之间也不会互相干扰，而这一点在其它多信道测试***中因为测试速度不够快，测试抗干扰能力不够强是经常出现的。

最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种PWM风扇电气性能测试***，包括风扇接口板，所述风扇接口板连接有待检测的PWM风扇，其特征在于：

该PWM风扇电气性能测试***还包括工控电脑、数据采集卡及数据采集控制盒，所述工控电脑于测试开始时将当前测试点的PWM波的频率和占空比传送给所述数据采集控制盒中的可编程门阵列；

所述可编程门阵列根据当前测试点的PWM波的频率和占空比产生高频率的PWM波，对待测PWM风扇进行转速控制；

所述数据采集卡向所述数据采集控制盒中的信号采集电路传送工控电脑发出的数据采集指令，所述信号采集电路通过风扇接口板采集待测PWM风扇的转速回馈信号，并通过霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡；

数据采集卡将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号并传给工控电脑，该数字信号包括待测PWM风扇的转速回馈数字信号和电流数字信号；

工控电脑对该数字信号进行数字滤波处理，根据该数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值，其中，该待测PWM风扇当前测试点的实际转速等于待测PWM风扇的转速回馈数字信号的频率乘以一个转速因子，电流波形高低比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小振幅与最大振幅的比值，电流波形宽窄比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小周期与最大周期的比值；

工控电脑根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。

2.如权利要求1所述的PWM风扇电气性能测试***，其特征在于，所述工控电脑还用于判断所有测试点是否测试完毕，若还有测试点没有测试完毕，则工控电脑传送下一个测试点的PWM波的频率和占空比给所述可编程门阵列进行下一个测试点测试。

3.如权利要求1所述的PWM风扇电气性能测试***，其特征在于，所述工控电脑还用于对所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果进行统计制程控制(Statistical Process Control，SPC)的统计分析，所述计算结果包括待测PWM风扇每个测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值。

4.如权利要求1所述的PWM风扇电气性能测试***，其特征在于，所述PWM风扇电气性能测试***还包括一显示设备，用于显示测试过程中的参数信息及测试结果。

5.如权利要求1所述的PWM风扇电气性能测试***，其特征在于，所述待测PWM风扇的转速回馈信号是通过一转速回馈线反馈给信号采集电路。

6.一种PWM风扇电气性能测试方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

工控电脑传送当前测试点的PWM波的频率和占空比给数据采集控制盒中的可编程门阵列，使可编程门阵列产生高频率的PWM波控制与风扇接口板连接的待测PWM风扇的转速；

工控电脑通过数据采集卡传送数据采集指令给所述数据采集控制盒中的信号采集电路，所述信号采集电路通过风扇接口板采集待测PWM风扇的转速回馈信号，并通过霍尔传感器采集待测PWM风扇的电流信号，将采集到的转速回馈信号和电流信号传送给数据采集卡；

数据采集卡将该转速回馈信号和电流信号转换成数字信号并传给工控电脑，该数字信号包括待测PWM风扇的转速回馈数字信号和电流数字信号；

工控电脑对该数字信号进行数字滤波处理，根据该数字滤波处理后的数字信号计算出该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值，其中，该待测PWM风扇当前测试点的实际转速等于待测PWM风扇的转速回馈数字信号的频率乘以一个转速因子，电流波形高低比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小振幅与最大振幅的比值，电流波形宽窄比的实际值等于电流数字信号若干个周期中电流波形的最小周期与最大周期的比值；

工控电脑根据当前测试点对应的风扇参考转速、电流波形高低比的参考值和电流波形宽窄比的参考值，判断该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值是否在误差范围之内。

7.如权利要求6所述的PWM风扇电气性能测试方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

如果该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值或电流波形宽窄比的实际值不在误差范围内，则通过显示设备显示出报警信息，并停止测试；

如果该待测PWM风扇当前测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值或电流波形宽窄比的实际值在误差范围内，则工控电脑进一步判断是否所有的测试点已测试完毕；

若还有测试点没有测试完毕，则工控电脑传送下一个测试点的PWM波的频率和占空比给所述可编程门阵列进行下一个测试点测试；

若所有测试点都测试完毕，则在显示设备上显示该待测PWM风扇测试通过的提示信息。

8.如权利要求6所述的PWM风扇电气性能测试方法，其特征在于，所述方法还包括步骤：

对所述数字滤波处理后的数字信号和计算结果进行统计制程控制(Statistical Process Control，SPC)的统计分析，所述计算结果包括待测PWM风扇每个测试点的实际转速、电流波形高低比的实际值和电流波形宽窄比的实际值。

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