CN113013842B - 风扇保护装置 - Google Patents

Abstract

风扇保护装置包括电源电路、计时电路及检测电路。电源电路供应风扇电流至风扇负载。计时电路连接电源电路。检测电路连接电源电路、计时电路及风扇负载。其中，在风扇负载运转期间，检测电路检测风扇电流满足断电保护条件时，触发计时电路计算断电保护条件的存在时间，并在存在时间满足计时条件时，计时电路触发电源电路停止供电至风扇负载。断电保护条件是风扇电流超过风扇负载的电源条件。

Description

风扇保护装置

技术领域

本发明涉及风扇控制装置，尤其涉及一种能按照实际风扇状态进行检测的风扇保护装置。

背景技术

机械设备存在各种风扇，例如控制器的散热风扇，这些风扇在长时间运转后，无论环境灰尘或机械设备的润滑油等容易累积在风扇的扇叶或轴承上，导致风扇运转的效率变差，甚至完全静止的情况。这种情况下，风扇电流会变大，严重恐造成风扇烧毁的问题。

中国台湾I288801号专利公开一种风扇***及其温感保护装置，其是依据风扇***的规格来定义被保护温度，以免在环境温度超过被保护温度范围时停止风扇运作，来达到保护的目的。这种方式是参考环境温度，但无法依据风扇本身问题进行保护。

中国台湾566074号专利风扇保护装置及方法是风扇发生异常时，先让风扇停止运转，待经过所设定的单位循环时间后，再行自动启动风扇。若此自动启动的次数，达到所设定的可接受自动启动次数，而风扇异常状态仍未排除，风扇保护装置会切断风扇电源。但重复启动过程中产生的大电流仍会造成***不稳定。此外，异常原因若是扇叶被灰尘或油渍阻挡而完全无法转动时，这种方式会造成风扇电流快速增加，进而使风扇温度提高，导致风扇有烧毁的风险。

发明内容

有鉴于上述缺失，本发明的目的在于提供一种风扇保护装置，其是通过检测风扇电流来进行风扇保护，以在风扇出现异常或已损坏时，风扇保护装置能及时断电，来避免发生危险。

为了达成上述目的，本发明的风扇保护装置包括电源电路、计时电路及检测电路。电源电路供应风扇电流至风扇负载。计时电路连接电源电路。检测电路连接电源电路、计时电路及风扇负载。其中，在风扇负载运转期间，检测电路检测风扇电流满足断电保护条件时，触发计时电路计算断电保护条件存在时间，并在存在时间满足计时条件时，计时电路触发电源电路停止供电至风扇负载。断电保护条件是风扇电流超过风扇负载的电源条件。

如此，本发明的风扇保护装置可以通过检测电路监视风扇电流的变化，并在风扇电流变化满足断电保护条件时开始计算断电保护条件的存在时间，接着，在存在时间满足计时条件时，电源电路停止供电给风扇负载，以达到风扇运转安全。

有关本发明所提供的风扇保护装置的详细构造、特点、运作或使用方式，将于后续的实施方式详细说明中予以描述。然而，本领域技术人员应能了解，该些详细说明以及实施本发明所列举的特定实施例，仅用于说明本发明，并非用以限制本发明的专利申请保护范围。

附图说明

图1是本发明的风扇保护装置连接风扇负载的组成方块图；

图2是图1中风扇保护装置的电路图；

图3是图1中风扇电流的信号图。

【附图标记说明】

10风扇保护装置 11电源电路 13计时电路

15检测电路 30风扇负载 R1第一电阻器

R2第二电阻器 R3第三电阻器 R4第四电阻器

R5第五电阻器 C1第一电容器 C2第二电容器

D二极体 Q1第一电晶体 Q2第二电晶体

Q3第三电晶体 Q4第四电晶体 OPA1第一运算放大器

OPA2第二运算放大器 OPA3第三运算放大器 Vcc电源

I_f风扇电流 T_f计时条件

具体实施方式

以下，现配合各附图列举对应的较佳实施例来对本发明的风扇保护装置的组成构件及达成功效来作说明。然各附图中风扇保护装置的构件、尺寸及外观仅用来说明本发明的技术特征，而非对本发明构成限制。

说明书中对于参数、条件等举例的数值仅用以说明本发明，而非对本发明构成限制。说明书或图中举例电阻器或电容器等电子元件的数量也仅用以说明本发明，其他实施例中，电阻器或电容器等电子元件的数量也可以更多或更少。

如图1所示，本发明的风扇保护装置10包括电源电路11、计时电路13及检测电路15。计时电路13连接电源电路11。检测电路15连接电源电路11、计时电路13及风扇负载30。

电源电路11用以产生风扇电流I_f，以供风扇负载30需要的运转电流。检测电路15用以检测风扇电流I_f的变化，并在满足断电保护条件时，触发计时电路13计时，及关闭电源电路11，被关闭的电源电路11是停止供电至风扇负载30，来达到保护的目的。

断电保护条件是风扇电流I_f变大至断电参数时才触发计时电路13。除了断电保护条件，本发明还提供提醒保护，其是风扇电流I_f变小至提醒参数时产生提醒，本实施例中，提醒参数是趋近于0，表示风扇负载30停止运转。断电参数是参考风扇负载30的电源条件(例如最大电流值、额定电流值、最大电压值及额定电压值等)转换成对应断电参数，换言之，不同的风扇负载30的提醒参数及断电参数的数值可以是不同的。此外，电源条件转换成对应参数的方式可通过电压-电流转换方式获得或者按照经验来调整参数。

风扇负载30正常运转时，风扇电流I_f的信号几乎是维持固定或仅有小幅度变动。当风扇负载30出现异常时，例如风扇因为油渍、杂质或其他混合物累积造成风扇叶片转动阻力增加，风扇电流I_f会变大(增加)。当风扇电流I_f变大的程度至断电参数时，检测电路15触发计时电路13，以开始计算断电保护条件存在时间，并存在时间满足计时条件时，计时电路13触发电源电路11停止供电至风扇负载30。但风扇电流I_f变小的程度至提醒参数时，保护装置10会产生提醒，以让维护人员知道风扇负载30已停止运转，而该更换或维修风扇负载30。

但如果计算断电保护条件存在时间的期间，断电保护条件消失，表示风扇电流I_f又回到正常运转的情况，此时，计时电路13会暂时停止计时，表示断电保护条件不满足，而不会停止供电给风扇负载30。

如图2所示，电源电路11包括启动路径及工作路径，启动时，风扇电流I_f通过电源电路11的启动路径供电，风扇负载30正常运转后风扇电流I_f通过电源电路11的工作路径供电。

启动路径包括第一电阻器R1、第一电容器C1及第一电晶体Q1。第一电阻器R1及第一电容器C1组成延迟单元。第一电阻器R1串联连接电源Vcc及第一电晶体Q1的闸极。第一电容器C1连接第一电晶体Q1的闸极及接地端。第一电晶体Q1的源极连接电源Vcc。第一电晶体Q1的汲极连接风扇负载30。

工作路径包括第二电阻器R2、第三电阻器R3、二极体D及第二电晶体Q2。第二电阻器R2连接第二电晶体Q2的闸极及源极。第二电晶体Q2的源极连接电源Vcc。第三电阻器R3串联连接第二电晶体Q2的汲极及二极体D的正极。二极体D的负极连接风扇负载30。第三电阻器R3及二极体D是组成电压单元，以建立对应风扇电流I_f变化的电压值。

检测电路15包括第一运算放大器OPA1、第二运算放大器OPA2、第三电晶体Q3、第四电晶体Q4及第四电阻器R4，其中，第三电晶体Q3、第四电晶体Q4及第四电阻器R4组成开关单元，第三电晶体Q3是选用P通道电晶体，第四电晶体Q4是选用N通道电晶体。第一运算放大器OPA1的正相输入端连接二极体D的负极，第一运算放大器OPA1的反相输入端接收断电参数(本实施例以23伏特为例)。第二运算放大器OPA2的反相输入端连接第一运算放大器OPA1的正相输入端，第二运算放大器OPA2的正相输入端接收提醒参数(本实施例以23.6伏特为例)，第二运算放大器OPA2的输出端连接提醒装置(图中未绘示)，提醒装置例如灯、扬声器及屏幕等。第四电阻器R4串联连接第一运算放大器OPA1的输出端及第三电晶体Q3的闸极，第三电晶体Q3的闸极连接第四电晶体Q4的闸极。第三电晶体Q3的源极连接电源Vcc。第三电晶体Q3的汲极连接第四电晶体Q4的汲极。第四电晶体Q4的源极连接接地端。

计时电路13包括第五电阻器R5、第二电容器C2及第三运算放大器OPA3，第五电阻器R5及第二电容器C2组成计时单元。第五电阻器R5串联连接第三电晶体Q3的汲极及第三运算放大器OPA3的反相输入端。第二电容器C2连接第三运算放大器OPA3的反相输入端。第三运算放大器OPA3的正相输入端接收计时参数。第三运算放大器OPA3的输出端连接第二电晶体Q2的闸极。

计时电路13的计时时间与计时单元的电容电压值有关，因此，计时时间可依据第二电容器C2来调整计时参数。

在启动时，电源Vcc供电给延迟单元的第一电容器C1及导通的第一电晶体Q1，第二电晶体Q2是关闭的，以使风扇电流I_f能通过启动路径供电给风扇负载30。特别地，启动瞬间，风扇电流I_f是正常运行的数倍大(如图3的Ts期间)，因此，通过启动路径供电可避免触发检测电路15，而让风扇负载30能顺利进入运转。本实施例中Ts的范围是介于500毫秒(ms)到1500毫秒(ms)，低于500ms容易发生保护失效，导致风扇负载30无法正常启动，相同地，超过1500ms容易使得风扇保护装置10没有正常发挥保护，其他实施例中，Ts的参数范围可依据风扇负载30的能力被调整成更大或更小。

随后，延迟单元的第一电容器C1充饱电后，第一电晶体Q1被关闭，第二电晶体Q2导通，以风扇电流I_f能通过工作路径供电至风扇负载30。这个时候，检测电路15开始检测风扇电流I_f的变化。其中，第一运算放大器OPA1的正相输入端可通过二极体D的负极电压值(也就是电压单元的输出电压值)变化来检测风扇电流I_f的变化。因此，选用不同电容值的第一电容器C1就能弹性调整启动路径及工作路径的切换时间。

当风扇电流I_f是正常的，表示不满足断电保护条件，第一运算放大器OPA1的正相输入端的电压是小于断电参数(23伏特)，因此，第一运算放大器OPA1的输出端触发第四电晶体Q4导通，第三电晶体Q3是关闭，如此，计时电路13的第二电容器C2是不会被充电。

当风扇电流I_f变大至满足断电保护条件(如图3中的计时条件T_f期间)时，第一运算放大器OPA1的正向输入端的电压是大于断电参数(23伏特)，因此，第一运算放大器OPA1的输出端触发第三电晶体Q3导通，第四电晶体Q4是关闭，以触发计时电路13开始计算断电保护条件存在时间，表示，风扇电流I_f保持超过断电参数，计时期间计时电路13的第二电容器C2被充电，直到第二电容器C2从低电压值转变成高电压值后，表示满足计时条件(T_f)，第三运算放大器OPA3的反相输入端的电压值大于第三运算放大器OPA3的正相输入端的计时参数，第三运算放大器OPA3触发第二电晶体Q2关闭，而使电源电路11的工作路径停止供电至风扇负载30。需要注意的是，电源电路11的启动路径中第一电容器C1仍是高电压值，因此，第一电晶体Q1也是关闭的。本实施例中，计时参数是电压值，其可参照第二电容器C2充电至特定电压值时所需要的时间，因此，通过电压值即可定义计时参数。本实施例中，计时条件T_f的参数范围是3秒(s)-5秒(s)，3秒以下可避免人员或其他原因造成风扇负载30的误动作，5秒以上则可避免风扇保护装置电流累积过大而造成风扇烧毁，其他实施例中，计时条件T_f的参数范围也可依据风扇负载30来调整参数范围。

如此，通过风扇负载30的电源条件调整计时参数及第二电容器C2的电容值即可弹性调整计时条件，以改变计算断电保护条件持续的时间，来确保风扇负载30在安全状态下运转。

当风扇电流I_f变小至提醒保护时，提醒保护表示第二运算放大器OPA2的反相输入端的电压值是超过提醒参数(23.6伏特)，因此，第二运算放大器OPA2会输出提醒信号，以让作业人员知悉风扇负载已经停止运作。

最后，再次强调，本发明在上述实施例中所公开的构成元件，仅为举例说明，并非用来限制本发明的范围，其他等效元件的替代或变化，也应为本发明的专利保护范围所涵盖。

Claims (9)

1.一种风扇保护装置，包括：

一电源电路，连接一风扇负载，并供应一风扇电流至该风扇负载；

一计时电路，连接该电源电路；及

一检测电路，连接该电源电路、该计时电路及该风扇负载；其中，在该风扇负载运转期间，该检测电路检测该风扇电流满足一断电保护条件时，触发该计时电路计算该断电保护条件存在时间，并在该存在时间满足一计时条件时，该计时电路触发该电源电路停止供电至该风扇负载，该断电保护条件是该风扇电流超过该风扇负载的一电源条件，其中，该电源电路包括一启动路径及一工作路径，该启动路径包括一延迟单元及一第一电晶体，该工作路径包括一第二电晶体及一电压单元，该延迟单元连接一电源及该第一电晶体的闸极，该电压单元串联连接该第一电晶体的汲极及该第二电晶体的汲极，该第一电晶体的源极及该第二电晶体的源极连接该电源，该第二电晶体的闸极连接该计时电路。

2.如权利要求1所述的风扇保护装置，其中，该延迟单元包括一电容器。

3.如权利要求1所述的风扇保护装置，其中，该风扇电流满足该断电保护条件包括该检测电路比较对应该风扇电流的一电压值及该电源条件转换的一断电参数。

4.如权利要求3所述的风扇保护装置，其中，该检测电路包括一第一运算放大器及一开关单元，该第一运算放大器的正相输入端连接该电源电路，该第一运算放大器的反相输入端接收该断电参数，该开关单元连接该第一运算放大器的输出端及该计时电路。

5.如权利要求4所述的风扇保护装置，其中，该开关单元包括一P通道电晶体及一N通道电晶体。

6.如权利要求4所述的风扇保护装置，其中，该检测电路检测该风扇电流满足一提醒保护时，该检测电路产生一提醒。

7.如权利要求6所述的风扇保护装置，其中，该检测电路包括一第二运算放大器，该第二运算放大器的正相输入端接收该电源条件转换的一提醒参数，该第二运算放大器的反相输入端连接该第一运算放大器的正相输入端，该第二运算放大器的输出端用以输出该提醒。

8.如权利要求4所述的风扇保护装置，其中，该计时电路包括一计时单元及一第三运算放大器，该检测电路连接该计时单元，该第三运算放大器的正相输入端接收一计时参数，该第三运算放大器的反相输入端连接该开关单元，该第三运算放大器的输出端连接该电源电路，该计时单元包括一电容器。

9.如权利要求1所述的风扇保护装置，其中，该计时条件的参数范围是3秒-5秒。