CN102900689B - 一种风扇调速告警*** - Google Patents
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Abstract
一种风扇调速告警***，本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种风扇告警***。本发明通过在负电压电源中设置稳压二极管和限流降压电阻分别向背板和告警显示装置提供不同的负电源电压，同时利用分别与背板连接的多个控制信道及风扇速度控制器实现对风扇速度多档位的控制，以降低冗余，并采用逻辑门电路对风扇告警信息进行逻辑运算，进而确保任意一个风扇出现故障时均会进行报警、显示，并及时的提醒设备维护人员对故障的风扇进行维护。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备技术领域，尤其涉及一种风扇告警***。
背景技术
目前，随着现代电子设备业务处理能力的不断提高，以及支持业务种类不断增多，电子设备***功耗密度也就相应随之逐渐增大，这就对电子设备***内的散热***要求越来越高，尤其是通信***设备中，对于散热***的要求更高。
现有技术中电子设备的散热***通常采用强制风冷散热方式，主要是通过风扇进行散热，而为了能够降低设备的噪声和功耗，大多采用可调速风扇。现有的可调速风扇主要是通过设定几个温度点和风扇的转速，然后根据温度传感器采集到的温度将风扇调整到对应的一档转速。
虽然现有的可调速风扇能根据环境的温度工作在一个合适的转速，但是其冗余、噪声仍然较大，且当风扇不能正常工作时不能及时的进行告警及显示，给电子设备的安全运行带来一定的隐患。
发明内容
针对现有的风扇告警***中存在的上述问题，现提供一种能够实现低冗余、小噪声的调速告警***，实现对风扇进行多档调速的同时，在风扇产生故障时能快速的进行报警，以及时提醒设备维护人员对电子设备进行维护。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的：
本发明提供了一种风扇调速告警***，其中，包括电源模块、背板、告警显示模块和多个风扇调速模块；
所述电源模块分别与所述背板和所述告警显示模块连接，所述背板通过所述多个风扇调速模块与所述告警显示模块连接；
每个所述风扇调速模块均包括控制调速模块、风扇和告警信号上报模块；
所述风扇分别与所述控制调速模块和所述告警信号上报模块连接，所述背板依次通过所述控制调速模块、告警信号上报模块与所述告警显示模块连接。
上述的风扇调速告警***，其中，所述电源模块包括稳压二极管和限流降压电阻，所述电源模块为所述背板提供-48v电源电压，并通过所述稳压二极管及所述限流降压电阻为所述告警显示模块提供-5v电源电压。
上述的风扇调速告警***，其中，所述背板上设置有ERNI连接器，以向所述风扇调速模块提供恒定的高低电平。
上述的风扇调速告警***，其中，所述控制调速模块包括多个控制信道电路和风扇速度控制器，每个所述控制信道均包含有光耦，以将所述高低电平调制为多个档位的PWM波形，并利用所述风扇速度控制器控制与该控制调速模块连接的风扇的转速。
上述的风扇调速告警***，其中，所述风扇速度控制器依次通过NPN三极管和PMOS三级管与所述风扇连接。
上述的风扇调速告警***，其中，所述告警信号上报模块包括光耦，并通过所述光耦采集与该告警信号上报模块连接的风扇的告警电压，并输出风扇告警信号。
上述的风扇调速告警***，其中，所述告警显示模块包括逻辑门电路和显示装置，该逻辑门电路将与所述告警显示模块连接的所有告警信号上报模块输出的风扇告警信号进行逻辑运算后，通过所述显示装置进行显示。
上述的风扇调速告警***，其中，所述逻辑门电路为或门电路。
上述的风扇调速告警***，其中，所述光耦为H11G1芯片。
综上所述，本发明一种风扇调速告警***，通过在负电压电源中设置稳压二极管和限流降压电阻分别向背板和告警显示模块提供不同的负电源电压，同时利用分别与背板连接的多个控制信道及风扇速度控制器实现对风扇速度多档位的控制，以降低冗余，并采用逻辑门电路对风扇告警信息进行逻辑运算，进而确保任意一个风扇出现故障时均会进行报警、显示，并及时的提醒设备维护人员对故障的风扇进行维护。
附图说明
图1为本发明风扇调速告警***的结构示意图；
图2为本发明风扇调速告警***中风扇调速模块的结构示意图；
图3为本发明实施例中背板和电源模块的电路结构示意图；
图4为本发明实施例中控制调速模块的电路结构示意图；
图5为本发明实施例中告警信号上报模块的电路结构示意图；
图6为本发明实施例中风扇的电路结构示意图；
图7为本发明实施例中逻辑门电路的电路结构示意图；
图8为本发明实施例中不同档位时风扇接收到的PWM方波电压表。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明：
图1为本发明风扇调速告警***及方法的结构示意图；图2为本发明风扇调速告警***及方法中风扇调速模块的结构示意图。
如图1所示，一种风扇调速告警***，包括电源模块、背板、告警显示模块和多个风扇调速模块；电源模块分别与背板和告警显示模块连接，背板通过多个风扇调速模块与告警显示模块连接。
如图2所示，每个风扇调速模块均包括控制调速模块、风扇和告警信号上报模块，风扇分别与控制调速模块和告警信号上报模块连接；如图1-2所示，背板依次通过控制调速模块、告警信号上报模块与告警显示模块连接。
进一步的，电源模块包括稳压二极管和限流降压电阻；电源模块为为背板提供-48v的直流电源电压的同时，采用低压控制高压的原理，通过稳压二极管及限流降压电阻将-48v直流电源电压调制为-5v，以给告警显示模块提供-5v的直流电源；这样，采用最常用的降压方式就能代替告警显示模块的电源电压，进而大大降低了工艺成本。
其中，背板上设置有ERNI连接器如ERN1384854等，以向风扇调速模块供给恒定的高低电平，即输出数字信号。
进一步的，控制调速模块包括多个控制信道和风扇速度控制器，每个该控制信道中均设置有光耦，该光耦主要是防护由于风扇的不良会对背板以及其他设备产生的损坏；通过上述光耦的导通及电阻上下拉电压的调节将恒定的高低电平调制为多段不同的连续稳定电压，即将数字信号调制为模拟信号，如采用三个控制信道，每个控制信道中均设置有一个h11g1光耦，则通过该三个光耦导通及相应电阻的上下拉电压的调节可将恒定的高低电平调制为8段不同的连续稳定电压，并利用风扇速度控制器如TC648B等输出PWM方波，以控制与该控制调速模块连接的风扇的转速；其中，风扇速度控制器依次通过NPN三极管如MMBT2222A等和PMOS三级管如SM1A16PSU等与风扇连接。
进一步的，告警信号上报模块包括光耦如h11g1等，并通过该光耦采集与该告警信号上报模块连接的风扇的告警电压，处理后输出该风扇告警信号。
进一步的，告警显示模块包括逻辑门电路如或门等和显示装置，该逻辑门电路将与告警显示模块连接的所有告警信号上报模块输出的风扇告警信号进行逻辑运算后，通过显示装置进行显示。
具体的，ERNI背板通过电源模块提供-48V电源电压，以产生恒定的高低电平；多个风扇调速模块接收高低电平，并分别通过的光耦导通及相应电阻的上下拉电压对高低电平进行调制，并通过及风扇速度控制器输出PWM方波，以利用该PWM方波对该风扇调速模块所包含的风扇的转速进行控制；告警信号上报模块通过其所包含的光耦进行风扇告警电压的收集，并输出该风扇告警信号；告警显示模块通过其所含的逻辑门电路对与其连接的所有告警信号上报模块输出的风扇告警信号进行逻辑运算，并通过显示装置进行报警；其中，电源模块通过其所包含的稳压二极管和限流降压电阻为显示装置提供-5v的电源电压。
实施例：
下面以与背板连接的三个风扇为例对本发明进行举例说明，且在每个控制调速模块中采用三个控制信道，且每个控制信道中均设置有光耦h11g1，以进行8档位的信号调制，同时采用型号为TC648B的风扇扇速度控制器输出PWM方波，以对风扇进行速度控制，具体如下：
图3为本发明实施例中背板和电源模块的电路结构示意图，图4为本发明实施例中控制调速模块的电路结构示意图，图5为本发明实施例中告警信号上报模块的电路结构示意图，图6为本发明实施例中风扇的电路结构示意图，图7为本发明实施例中逻辑门电路的电路结构示意图，图8为本发明实施例中不同档位时风扇接收到的PWM方波电压表。
如图3所示，本发明一种风扇调速告警***，包括型号为ERN1384854的连接器，该连接器的引脚17-20、30-32均接地，引脚21串联1kΩ的电阻R105接地，引脚6-8与风扇FAN3连接的控制调速模块连接，引脚10-12与风扇FAN2连接的控制调速模块连接，引脚14-16与风扇FAN1连接的控制调速模块连接，引脚1、2连接；还包括电源FAN-48v，该电源依次通过15uH的电感L1和芯片LP60-110分别与D1和D2连接，且D1的另一端与连接器的引脚1、2连接，D2的另一端与连接器的引脚3连接，以给连接器提供-48v的电源电压；电源FAN-48v还通过并联的47uF/100v的电容C3和0.1uF的电容C4接地；电源FAN-48v还通过并联的电阻R5-R9分别与1N4733的D3、0.1uF的电容C1、47uF/16v的C2、阻值为1kΩ的R2和阻值为1kΩ的R3连接，且R2和R3串联后与电源指示灯XP6的ACT-n引脚连接，电源指示灯XP6的ACT-p引脚接地，D3、C1和C2的另一端均接地；即采用低压控制高压的原理，将-48v的电源电压通过稳压二极管(D3)IN4733在C2的负极端调制为-5v(以下与C2的负极端连接的均简称为-5v电源)，同时R5-R9作为限流降压电阻，这样就能采用最基本的降压方式代替告警显示模块的电源，在为后续的告警显示模块提供稳定的-5v直流电源电源的同时，降低工艺成本。
由于三个风扇的控制连接电路均相同，下面就以风扇FAN1进行说明，其余两个风扇FAN2、FAN3的电路连接关系参照风扇FAN1；如图4所示，与风扇FAN1连接的控制调速装置中，光耦U3、U4、U5的引脚1分别串联1kΩ的R21、1kΩ的R27和1kΩ的R34后，分别与连机器的引脚16、15和14连接，光耦U3、U4、U5的引脚2均接地，光耦U3、U4、U5的引脚4分别与-5v电源连接，且该-5v电源还分别与R24、C5、C6、C7和R30的一端连接，且NPN三极管T1的e极和TC648B的引脚4(GND)也均与该-5v电源连接；光耦U3、U4、U5的引脚5分别串联330kΩ的R25、220kΩ的R28和100kΩ的R31后与型号为TC648B的风扇速度控制器的引脚1(Vin)连接，光耦U3、U4、U5的引脚5还分别串联阻值均为10kΩ的R22、R29和R35后接地。
型号为TC648B的风扇速度控制器的引脚1(Vin)还分别与0.1uF的C5的另一端连接，并通过串联的24kΩ的R26、47kΩ的R23接地，24kΩ的R24的另一端与R23的非接地一端连接；TC648B的引脚2(CF)与1uF的C6的另一端连接；TC648B的引脚3(VAS)通过51kΩ的R33接地，且0.1uF的C7和18kΩ的R30的另一端均与R33的非接地端连接；TC648B的引脚8(VDD)接地，引脚7(VOUT)通过10kΩ的R32与型号为MMBT2222A的NPN三极管T1的b极连接，T1的c极分别通过24kΩ的R38接地、通过24kΩ的R36与型号为SMIA16PSU的PMOS管T2的g极连接，T2的衬底和s极均接地，T2的d极与FAN1(XP2)的引脚1(FAN1-p)连接。
主控通过连接器XP1传送给风扇板的信号是数字信号(恒定的高低电平)，并通过光耦U3、U4、U5的导通/截止以及电阻R22//R25、R28//R29和R31//R35的上下拉电压的调节成8段不同的连续稳定电压(模拟信号)；由于TC648B的输入电压的不同，其输出的PWM方波(电压幅值相同)的占空比(高电平1与低电平0的比例，即风扇FAN1的开与关的时间比例)不同，且该占空比控制PMOS的关断，由于关断的频率比较高，铝电解电容C8在风扇闭合/断开时会进行充放电，进而将PWM方波平滑(此时方波的幅值是48V)，造成风扇正负两端不同的电压有效值，以控制风扇FAN1的转速。
如图5-7所示，型号为h11g1的光耦U6的引脚5通过1kΩ的R37与ERN1384854的引脚27连接，光耦U6的引脚6接地、引脚2与-48v电源FAN-48v连接，引脚1分别与R40、R41、C9的一端连接，耦U6的引脚1还与T3的c极连接；阻值均为24kΩ的R40和R41的另一端均接地，0.1uF的C9的另一端与电源FAN-48v连接；该电源FAN-48v还分别与T3的e极及R42、C10、C8的一端连接，22uF、100v的C8的另一端(+极)与T2的d极连接，47uF、16v的C10的另一端(+极)通过24kΩ的R39与FAN1(XP2)的引脚2(FAN1-`3rd)连接，FAN1(XP2)的引脚2还分别通过并联的R43和R106接地；型号为MMBT2222A的T3的b极通过1kΩ的R44分别与10kΩ的R42的另一端连接、与3kΩ的R45和100Ω的R46的一端连接，R45的另一端与型号为h11g1的U7的引脚1连接，R46的另一端与型号为h11g1的U7的引脚2连接，且U7的引脚1还与C10的正极连接，U7的引脚5接地、引脚4通过1kΩ的R48与型号为NC7SZ32PX5的U1的引脚2(FAN-A1-display)连接，U1的引脚2还通过3kΩ的R47与-5v电源连接。
图6中风扇FAN1(XP2)、风扇FAN2(XP3)和风扇FAN3(XP4)的引脚3均与FAN-48v电源连接，风扇FAN2(XP3)的引脚1(FAN2-p)和引脚2(FAN2-3rd)及风扇FAN3(XP4)的引脚1(FAN3-p)和引脚2(FAN3-3rd)均参照风扇FAN1(XP2)的引脚1(FAN1-p)和引脚2(FAN1-3rd)设置电路结构，在此不再累述；其中，风扇FAN2(XP3)的电路中引出告警信号输出线FAN-A2-display和风扇FAN3(XP4)的电路中引出告警信号输出线FAN-A3-display。
图7中U1的引脚1与告警信号输出线FAN-A2-display连接，引脚5接地，引脚3与-5v电源连接，且通过引脚4输出FAN-A1A2-display。型号为NC7SZ32PX5的逻辑或门U2的引脚1与U1的引脚4连接，U2的引脚2与告警信号输出线FAN-A3-display连接，引脚5接地，引脚3与-5v电源连接，且引脚4与ALM(XP5)的引脚2(ALM-p)连接，且ALM(XP5)的引脚1(ALM-n)通过330Ω的R4与-5v电源连接。
具体的，参见图3-8，控制调速模块从背板XP1接收3路高低电平控制指令，以控制光耦U1、U2和U3的导通或截止，进而确定每个电路(R25、R28和R31的电路)的电平是上拉还是下拉，如图8中的表格所示，3路控制信号可调节出8种输入电压，从而也就有8种输出方波的占空比，这样实现8中风扇的速度档位的设置；对应的，每个档位对应一个TC648B的输入电压，输出相应的PWM方波，即根据设备运行环境，绘制温度曲线图，进而选择合适的风速档位及风扇个数；通过设置的调速档位改变风扇速度控制芯片TC648B的输入电压，该芯片TC648B输出不同脉宽的方波，以改变NPN三极管T1及其P-MOS管T2的开关速度；其中，控制信号个数S与档位N的关系式为：N＝2S。
T2的导通，使得风扇FAN1的正极FAN1_p为高电平地(相对风扇FAN1的负极-48V)；而T2截至时，则呈高阻状态，此时，风扇FAN1的两极无电压，风扇停止，但由于风扇FAN1的两极间有铝电解电容C8做缓冲处理，所以风扇FAN1会缓慢减速后，才能停止，且P-MOS管T2的开关速度能改变风扇FAN1的速度(转速)。
电路原理：理论上是通过所需求风扇转速占空比DC(DutyCircle)反向推导Vin(芯片TC648B引脚1的输入电压)的大小，和电阻R25、R28、R31的阻值设置，此处电阻阻值均为常规值就近选择，Vas为芯片TC648B引脚3的电压；
Vin＝-5.0+[DC×1.4V]+1.20V
Vin[100％]＝-2.40V
Vin[0％]＝-3.80V
Vas＝-3.7V，若Vin<Vas，则TC648B不启动；
其中，Vin是通过基尔霍夫节点电压的算法算得。
如FAN1_C1为高电平(3.3V)，这样就U3导通，而R25和R22所在节点电压就被下拉至-4.7V(由于有0.3V的三极管压降，所以不为-5V)；其余两个风扇FAN2和FAN3电路特性均与FAN1相同，在此不再累述。
另外，告警信号上报模块中，采用120*120*25mm48V的3线风扇FAN1、FAN2和FAN3，除正负极之外，第三脚均为告警控制脚；其中，参见风扇FAN1，其第三脚的上拉电压为参考风扇负极，即-48V，有利于告警信号的读取以及面板指示灯(告警显示模块)的显示，并采用光耦U6、U7来读取告警电压，或门U1、U2来合并多路风扇信号。
当风扇FAN1正常时，风扇FAN1的第三脚的输出压降为0V(相对风扇FAN1的负极-48V)，T3不导通，U6的1、2脚为导通，FAN_A1的(主控CPLD的输出电压)高电压被下拉，主控读取不做回应。
当风扇FAN1出现故障时，风扇FAN1的第三脚会发出一个48V高电平(相对风扇FAN1的负极-48V)，脉冲进入LOCKED状态。运用电阻的分段分压(R39、R45、R42及并联的R43和R106)，按照分压比例，R42两端电压6V，T3导通，U6的1、2脚之间压降为0.3V，不导通。FAN_A1的(主控CPLD的输出电压)高电压不变，主控读取并做出回应，进而完成风扇的告警功能。
其中，告警显示模块中，采用或门U1、U2将风扇FAN1、FAN2和FAN3的告警状态汇报综合，实现面板一个指示灯(XP5)显示的效果。
下面以风扇FAN1为例，当风扇异常时，U7的1、2脚的两端取R45的压降。U7导通，FAN_A1_display取R47、R48分压所得高电平-1.25V(相对于-5V)，经过或门U1、U2输出电压来实现告警灯XP5的指示；当风扇正常时，FAN_A1_display的电压为低电平-5V(相对于-5V)，或门无高电平输出，XP5不亮；由于采用两个或门U1、U2串联，所以任一风扇(FAN1、FAN2和FAN3)异常，XP5均会告警提示。
综上所述，本发明一种风扇调速告警***，通过在负电压电源中设置稳压二极管和限流降压电阻分别向背板和告警显示模块提供不同的负电源电压，同时利用分别与背板连接的多个控制信道及风扇速度控制器实现对风扇速度多档位的控制，以降低冗余，并采用逻辑门电路对风扇告警信息进行逻辑运算，进而确保任意一个风扇出现故障时均会进行报警、显示，并及时的提醒设备维护人员对故障的风扇进行维护。
通过说明和附图，给出了具体实施方式的特定结构的典型实施例，基于本发明精神，还可作其他的转换。尽管上述发明提出了现有的较佳实施例，然而，这些内容并不作为局限。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (7)
1.一种风扇调速告警***，其特征在于，包括电源模块、背板、告警显示模块和多个风扇调速模块；
所述电源模块分别与所述背板和所述告警显示模块连接，所述背板通过并联的所述多个风扇调速模块与所述告警显示模块连接；
每个所述风扇调速模块均包括控制调速模块、风扇和告警信号上报模块；
所述风扇分别与所述控制调速模块和所述告警信号上报模块连接，所述背板依次通过所述控制调速模块、告警信号上报模块与所述告警显示模块连接；
其中，所述控制调速模块包括多个控制信道和风扇速度控制器，且每个该控制信道中均设置有光耦，通过所述光耦的导通及电阻上下拉电压的调节将恒定的高低电平调制为多段不同的连续稳定电压，以控制与该控制调速模块连接的风扇的转速。
2.根据权利要求1所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述电源模块包括稳压二极管和限流降压电阻，所述电源模块为所述背板提供-48v电源电压，并通过所述稳压二极管及所述限流降压电阻为所述告警显示模块提供-5v电源电压。
3.根据权利要求1所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述背板上设置有ERNI连接器，以向所述风扇调速模块提供恒定的高低电平。
4.根据权利要求1所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述风扇速度控制器依次通过NPN三极管和PMOS三级管与所述风扇连接。
5.根据权利要求1所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述告警信号上报模块包括光耦，并通过所述光耦采集与该告警信号上报模块连接的风扇的告警电压，并输出风扇告警信号。
6.根据权利要求5所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述告警显示模块包括逻辑门电路和显示装置，该逻辑门电路将与所述告警显示模块连接的所有告警信号上报模块输出的风扇告警信号进行逻辑运算后，通过所述显示装置进行显示。
7.根据权利要求6所述的风扇调速告警***，其特征在于，所述逻辑门电路为或门电路。
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