CN109630448A - 一种直流风扇故障检测电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流风扇故障检测电路，由差分电流检测电路、滤波电路和延时保护电路组成，直流风扇的工作电流通过差分电流检测电路，得到采样电压，输出至滤波电路进行滤波，得到与直流风扇电流成比例的电压信号，输出给延时保护电路，得到直流风扇的故障电压信号，进行故障输出。本发明的电路，可有效地对风扇的短路与堵转两种故障状态进行检测告警。

Description

一种直流风扇故障检测电路

技术领域

本发明涉及航空电气***故障，属于电气安全领域。具体涉及一种航空电源低压直流散热风扇的电流采集与故障检测电路。

背景技术

航空电源作为多电飞机的重要部件，其可靠性直接关系到整个飞机的安全性。而元器件过热与电源产品的可靠性息息相关，电源产品的热设计与过热保护越来越重要。降额设计与热设计相配合可以使元器件工作在额定温度范围内，但是一旦风扇损坏，产品的温度就会急剧上升，最终导致产品损坏或缩减产品寿命。航空电源产品的风扇故障检测功能显得尤为重要。

低压直流散热风扇的故障模式为停转，具体可以由断路与堵转两种因素引起。所有风扇在断路情况下电流均为零，普通风扇启动与堵转时其电流为额定电流的3倍左右，智能风扇采用软启动与堵转限流，保证其故障电流小于额定电流。由此可见，通过对风扇电流的采样调理即可判断出风扇是否出现故障状态。

电流检测技术比较流行的有两种，分别是电阻采样法和霍尔采样法。电阻采样法成本低，电路简单，但大功率电阻温漂较为明显。霍尔采样法成本高，功耗小，但对小量程的电流测量误差较大，易受外部磁场的影响，且体积较大。

发明内容

本发明的目的：

本发明的目的是为航空电源低压直流散热风扇提供一种可靠的电流采集与故障检测电路，以解决航空电源散热风扇缺乏故障保护以致风扇故障引起的电源过热问题。

本发明采取的技术方案为：

一种直流风扇故障检测电路，由差分电流检测电路、滤波电路和延时保护电路组成；直流风扇的工作电流通过差分电流检测电路，得到采样电压，输出至滤波电路进行滤波，得到与直流风扇电流成比例的电压信号，输出给延时保护电路，得到直流风扇的故障电压信号，进行故障输出。

其特征在于，差分电流检测电路由运放N1A、采集电阻R15-R24、整流二极管V5-V8、旁路电容C5和比例调节电阻R11、R14、R28、R29组成；

采集电阻R15-R24并联，将采集的直流风扇的电流转换为电压信号，整流二极管V5、V6并联，V7、V8并联后，再串联接在各采集电阻和地之间，对运放N1A的反向端电压进行抬升，比例调节电阻R14、R11与运放N1A同相端引脚3相连，R14另一端与采集电阻并联一端相连，R11另一端接地，比例调节电阻R28、R29与运放N1A反向端引脚2相连，R28另一端与采集电阻并联另一端相连，R29另一端与运放N1A的输出引脚1相连，运放N1A引脚8接18V供电，运放N1A引脚4接地，运放N1A引脚8与地之间接旁路电容C5，共同组成差分放大电路。

其特征在于，滤波电路包括电阻R25和电容C7，差分电流检测电路的输出经电阻R25与延时保护的比较器U1A的反向端连接，电容C7接在延时保护的比较器U1A的反向端与地之间。

其特征在于，延时保护电路由两级电压比较器电路组成，其中比较器U1A和电阻R9、电容C6组成的充电电路，共同组成第一级电压比较器电路，第一级电压基准信号VH连接至比较器U1A的同相端，比较器U1A引脚8接18V供电，引脚4接地，引脚8与地之间接旁路电容C4，电容C6一端接比较器U1A输出端引脚1，另一端接地；输出延时电路的电阻R9一端接比较器U1A输出端引脚1，另一端接18V电源，比较器U1A将与直流风扇电流成比例的电压信号与电压基准信号VH比较，得到第二级电压比较器电路的输入电压，为电容C6充放电；

比较器U1B和电阻R10、稳压管V5组成的电压基准电路，共同组成第二级电压比较器电路，电压基准电路的电阻R10一端接18V，另一端接比较器U1B的反向端引脚6；电压基准电路的稳压管V5正向端接地，反向端接比较器U1B的反向端引脚6，比较器U1A输出端引脚1经延时电路连接至比较器U1B的同相端引脚5，比较器U1B的输出引脚7与18V供电间还接有上拉电阻R12，比较器U1A的输出电压与稳压管V5的稳压电压共同决定比较器U1B的输出电平信号，若直流风扇故障时，比较器U1B的输出电平信号为高电平。

其特征在于，所述直流风扇为低压直流风扇，其自身具有堵转打嗝保护功能，且堵转故障时流过直流风扇的电流不超过风扇额定工作电流的一半。

其特征在于，比例调节电阻R14＝R28，R11＝R29。

其特征在于，运放N1A为单电源供电运算放大器。

其特征在于，直流风扇故障检测电路的输出为低电平，表示直流风扇正常工作，输出为高电平，表示直流风扇故障。

本发明的有益效果：

本发明的航空电源低压直流风扇的电流采集与故障检测电路，选用单电源供电的运放，省去了正负供电电路的设计，简化电路设计的复杂性。通过采样电路中串联的二极管为运放的反向端进行电压抬升，可有效地保证电流信号的差分采样精度。风扇启动过程电流小于额定电流，通过第一级比较器的延时电路可以避免在启动过程中误报故障，并对掉电与堵转等电流小于额定电流工况进行延时告警保护。

附图说明

图1为风扇故障检测原理框图

图2是差分电流检测电路图

图3是滤波电路和延时保护电路图

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细描述。

图1为风扇故障检测原理框图，***输入为***供电端28VDC与GND，***输出为故障告警输出端FAN_ERR与GND。风扇串联连接在直流风扇故障检测电路的输入端。

风扇故障检测板主要分为5个功能区域，分别是差分电流检测、滤波电路、延时保护电路、故障输出电路、电源与基准电路。

图2为差分电流检测电路，采样电阻与整流二极管串联于风扇供电回路。采样电阻采用10个电阻并联分流，将风扇电流信号转换为电阻上的电压信号，采样电阻值为R，风扇电流为I0时，采样电阻的差分电压值为。二极管采用两串两并连接方式。二极管并联相接可使两二极管共同承担风扇电流。二极管与采样电阻流过功率电流，通过并联可降低每个元器件的功耗，减小其温升。为提高***的可靠性，二极管与采样电阻均放置在PCB板的正面，并保持空气流通。

为简化电源电路的设计，差分采样电路采用单电源供电的运算放大器。当运放的输入端电压小于或接近0V时，运放不能正常工作。因此需要引入直流偏置，将运放输入端电压信号进行电平抬升。二极管串联相接可将运放反向端与同相端电压同时提高1.6V，提高了差分采样精度，并且不影响运放的输出电压值。

采样电阻两端的电压信号进入差分放大电路中进行调理。调理电路由单电源供电的运放和差分放大电阻构成。差分放大电阻R14＝R28，R11＝R29，且R11>R14。运放输出电压为。

图3为滤波电路和延时保护电路图，有两级电压比较器电路组成。其中U1A为第一级比较电路，由电流采样值与给定参考电压比较；U1B为第二级比较电路，由第一级比较器输出电平与给定参考电压比较。

第一级比较电路的参考电压VH由电源与基准电路产生。VH的选取需要小于风扇额定运行时差分采样电路输出电平，并大于短路运行时差分采样电路输出电平。

差分电流检测电路的运放N1A输出为高频锯齿波形，经过R25与C7组成的低通滤波电路，输出平滑的电平信号，连至第一级比较器U1A的反向输入端。当采样电平大于参考电平时，比较器输出低电平；当采样电平小于参考电平时，比较器输出端由18V经R9缓慢拉高，电容C6充电。

第二级比较电路的参考电压由稳压二极管V5产生。第一级比较器U1A的输出经R9与C6的延时充电电路连至第二级比较器的反相输入端。当第一级比较器U1A输出大于参考电平时，第二级比较器U1B输出端由18V经R12拉高输出高电平，***报故障；当第一级比较器U1A输出端小于参考电平时，第二级比较器U1B输出低电平，***正常。

散热风扇为可控风扇，其启动方式为软启动，启动一段时间内风扇电流值小于额定电流值。通过调节R9与C6组成的延时充电电路，可以调节第二级比较器U1B的同相端电平上升速率，避免在启动过程中误报风扇故障。

Claims (8)

1.一种直流风扇故障检测电路，由差分电流检测电路、滤波电路和延时保护电路组成；直流风扇的工作电流通过差分电流检测电路，得到采样电压，输出至滤波电路进行滤波，得到与直流风扇电流成比例的电压信号，输出给延时保护电路，得到直流风扇的故障电压信号，进行故障输出。

2.如权利要求1所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，差分电流检测电路由运放N1A、采集电阻R15～R24、整流二极管V5～V8、旁路电容C5和比例调节电阻R11、R14、R28、R29组成；

采集电阻R15～R24并联，将采集的直流风扇的电流转换为电压信号，整流二极管V5、V6并联，V7、V8并联后，再串联接在各采集电阻和地之间，对运放N1A的反向端电压进行抬升，比例调节电阻R14、R11与运放N1A同相端引脚3相连，R14另一端与采集电阻并联一端相连，R11另一端接地，比例调节电阻R28、R29与运放N1A反向端引脚2相连，R28另一端与采集电阻并联另一端相连，R29另一端与运放N1A的输出引脚1相连，运放N1A引脚8接18V供电，运放N1A引脚4接地，运放N1A引脚8与地之间接旁路电容C5，共同组成差分放大电路。

3.如权利要求2所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，滤波电路包括电阻R25和电容C7，差分电流检测电路的输出经电阻R25与延时保护的比较器U1A的反向端连接，电容C7接在延时保护的比较器U1A的反向端与地之间。

4.如权利要求3所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，延时保护电路由两级电压比较器电路组成，其中比较器U1A和电阻R9、电容C6组成的充电电路，共同组成第一级电压比较器电路，第一级电压基准信号VH连接至比较器U1A的同相端，比较器U1A引脚8接18V供电，引脚4接地，引脚8与地之间接旁路电容C4，电容C6一端接比较器U1A输出端引脚1，另一端接地；输出延时电路的电阻R9一端接比较器U1A输出端引脚1，另一端接18V电源，比较器U1A将与直流风扇电流成比例的电压信号与电压基准信号VH比较，得到第二级电压比较器电路的输入电压，为电容C6充放电；

比较器U1B和电阻R10、稳压管V5组成的电压基准电路，共同组成第二级电压比较器电路，电压基准电路的电阻R10一端接18V，另一端接比较器U1B的反向端引脚6；电压基准电路的稳压管V5正向端接地，反向端接比较器U1B的反向端引脚6，比较器U1A输出端引脚1经延时电路连接至比较器U1B的同相端引脚5，比较器U1B的输出引脚7与18V供电间还接有上拉电阻R12，比较器U1A的输出电压与稳压管V5的稳压电压共同决定比较器U1B的输出电平信号，若直流风扇故障时，比较器U1B的输出电平信号为高电平。

5.如权利要求1所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，所述直流风扇为低压直流风扇，其自身具有堵转打嗝保护功能，且堵转故障时流过直流风扇的电流不超过风扇额定工作电流的一半。

6.如权利要求4所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，比例调节电阻R14＝R28，R11＝R29。

7.如权利要求4所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，运放N1A为单电源供电运算放大器。

8.如权利要求4所述的一种直流风扇故障检测电路，其特征在于，直流风扇故障检测电路的输出为低电平，表示直流风扇正常工作，输出为高电平，表示直流风扇故障。