TWI699948B - 風扇保護裝置 - Google Patents

Abstract

本發明的風扇保護裝置包括電源電路、計時電路及檢測電路。電源電路供應風扇電流至風扇負載。計時電路連接電源電路。檢測電路連接電源電路、計時電路及風扇負載。其中，在風扇負載運轉期間，檢測電路檢測風扇電流滿足斷電保護條件時，觸發計時電路計算斷電保護條件的存在時間，並在存在時間滿足計時條件時，計時電路觸發電源電路停止供電至風扇負載。斷電保護條件是風扇電流超過風扇負載的電源條件。

Description

風扇保護裝置

本發明與風扇控制裝置有關，特別是指一種能按照實際風扇狀態進行檢測的風扇保護裝置。

機械設備存在各種風扇，例如控制器的散熱風扇，這些風扇在長時間運轉後，無論環境灰塵或機械設備的潤滑油等容易累積在風扇的扇葉或軸承上，導致風扇運轉的效率變差，甚至完全靜止的情況。這種情況下，風扇電流會變大，嚴重恐造成風扇燒毀的問題。

台灣I288801號專利揭露一種風扇系統及其溫感保護裝置，其是依據風扇系統的規格來定義被保護溫度，以免在環境溫度超過被保護溫度範圍時停止風扇運作，來達到保護的目的。這種方式是參考環境溫度，但無法依據風扇本身問題進行保護。

台灣566074號專利風扇保護裝置及方法是風扇發生異常時，先讓風扇停止運轉，待經過所設定之單位循環時間後，再行自動啟動風扇。若此自動啟動之次數，達到所設定之可接受自動啟動次數，而風扇異常狀態仍未排除，風扇保護裝置會切斷風扇電源。但重複啟動過程中產生的大電流仍會造成系統不穩定。再者，異常原因若是扇葉被灰塵或油漬阻擋而完全無法轉動時，這種方式會造成風扇電流快速增加，進而使風扇溫度提高，導致風扇有燒毀的風險。

有鑑於上述缺失，本發明的目的在於提供一種風扇保護裝置，其是透過檢測風扇電流來進行風扇保護，以在風扇出現異常或已損壞時，風扇保護裝置能及時斷電，來避免發生危險。

為了達成上述目的，本發明的風扇保護裝置包括電源電路、計時電路及檢測電路。電源電路供應風扇電流至風扇負載。計時電路連接電源電路。檢測電路連接電源電路、計時電路及風扇負載。其中，在風扇負載運轉期間，檢測電路檢測風扇電流滿足斷電保護條件時，觸發計時電路計算斷電保護條件存在時間，並在存在時間滿足計時條件時，計時電路觸發電源電路停止供電至風扇負載。斷電保護條件是風扇電流超過風扇負載的電源條件。

如此，本發明的風扇保護裝置可以透過檢測電路監視風扇電流的變化，並在風扇電流變化滿足斷電保護條件時開始計算斷電保護條件的存在時間，接著，在存在時間滿足計時條件時，電源電路停止供電給風扇負載，以達到風扇運轉安全。

有關本發明所提供的風扇保護裝置的詳細構造、特點、運作或使用方式，將於後續的實施方式詳細說明中予以描述。然而，在本創作領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本創作所列舉的特定實施例，僅係用於說明本創作，並非用以限制本發明之專利申請範圍。

以下，茲配合各圖式列舉對應之較佳實施例來對本發明的風扇保護裝置的組成構件及達成功效來作說明。然各圖式中風扇保護裝置的構件、尺寸及外觀僅用來說明本發明的技術特徵，而非對本發明構成限制。

說明書中對於參數、條件等舉例的數值僅用以說明本發明，而非對本發明構成限制。又，說明書或圖中舉例電阻器或電容器等電子元件的數量也僅用以說明本發明，其他實施例中，電阻器或電容器等電子元件的數量也可以更多或更少。

如圖1所示，本發明的風扇保護裝置10包括電源電路11、計時電路13及檢測電路15。計時電路13連接電源電路11。檢測電路15連接電源電路11、計時電路13及風扇負載30。

電源電路11用以產生風扇電流I _f，以供風扇負載30需要的運轉電流。檢測電路15用以檢測風扇電流I _f的變化，並在滿足斷電保護條件時，觸發計時電路13計時，及關閉電源電路11，被關閉的電源電路11是停止供電至風扇負載30，來達到保護的目的。

斷電保護條件是風扇電流I _f變大至斷電參數時才觸發計時電路13。除了斷電保護條件，本發明還提供提醒保護，其是風扇電流I _f變小至提醒參數時產生提醒，本實施例中，提醒參數是趨近於0，表示風扇負載30停止運轉。斷電參數是參考風扇負載30的電源條件(例如最大電流值、額定電流值、最大電壓值及額定電壓值等)轉換成對應斷電參數，換言之，不同的風扇負載30的提醒參數及斷電參數的數值可以是不同的。此外，電源條件轉換成對應參數的方式可透過電壓-電流轉換方式獲得或者按照經驗來調整參數。

風扇負載30正常運轉時，風扇電流I _f的信號幾乎是維持固定或僅有小幅度變動。當風扇負載30出現異常時，例如風扇因為油漬、雜質或其他混合物累積造成風扇葉片轉動阻力增加，風扇電流I _f會變大(增加)。當風扇電流I _f變大的程度至斷電參數時，檢測電路15觸發計時電路13，以開始計算斷電保護條件存在時間，並存在時間滿足計時條件時，計時電路13觸發電源電路11停止供電至風扇負載30。但風扇電流I _f變小的程度至提醒參數時，保護裝置10會產生提醒，以讓維護人員知道風扇負載30已停止運轉，而該更換或維修風扇負載30。

但如果計算斷電保護條件存在時間的期間，斷電保護條件消失，表示風扇電流I _f又回到正常運轉的情況，此時，計時電路13會暫時停止計時，表示斷電保護條件不滿足，而不會停止供電給風扇負載30。

如圖2所示，電源電路11包括啟動路徑及工作路徑，啟動時，風扇電流I _f透過電源電路11的啟動路徑供電，風扇負載30正常運轉後風扇電流I _f透過電源電路11的工作路徑供電。

啟動路徑包括第一電阻器R1、第一電容器C1及第一電晶體Q1。第一電阻器R1及第一電容器C1組成延遲單元。第一電阻器R1串聯連接電源Vcc及第一電晶體Q1的閘極。第一電容器C1連接第一電晶體Q1的閘極及接地端。第一電晶體Q1的源極連接電源Vcc。第一電晶體Q1的汲極連接風扇負載30。

工作路徑包括第二電阻器R2、第三電阻器R3、二極體D及第二電晶體Q2。第二電阻器R2連接第二電晶體Q2的閘極及源極。第二電晶體Q2的源極連接電源Vcc。第三電阻器R3串聯連接第二電晶體Q2的汲極及二極體D的正極。二極體D的負極連接風扇負載30。第三電阻器R3及二極體D是組成電壓單元，以建立對應風扇電流I _f變化的電壓值。

檢測電路15包括第一運算放大器OPA1、第二運算放大器OPA2、第三電晶體Q3、第四電晶體Q4及第四電阻器R4，其中，第三電晶體Q3、第四電晶體Q4及第四電阻器R4組成開關單元，第三電晶體Q3是選用P通道電晶體，第四電晶體Q4是選用N通道電晶體。第一運算放大器OPA1的正相輸入端連接二極體D的負極，第一運算放大器OPA1的反相輸入端接收斷電參數(本實施例以23伏特為例)。第二運算放大器OPA2的反相輸入端連接第一運算放大器OPA1的正相輸入端，第二運算放大器OPA2的正相輸入端接收提醒參數(本實施例以23.6伏特為例)，第二運算放大器OPA2的輸出端連接提醒裝置(圖中未繪示)，提醒裝置例如燈、揚聲器及螢幕等。第四電阻器R4串聯連接第一運算放大器OPA1的輸出端及第三電晶體Q3的閘極，第三電晶體Q3的閘極連接第四電晶體Q4的閘極。第三電晶體Q3的源極連接電源Vcc。第三電晶體Q3的汲極連接第四電晶體Q4的汲極。第四電晶體Q4的源極連接接地端。

計時電路13包括第五電阻器R5、第二電容器C2及第三運算放大器OPA3，第五電阻器R5及第二電容器C2組成計時單元。第五電阻器R5串聯連接第三電晶體Q3的汲極及第三運算放大器OPA3的反相輸入端。第二電容器C2連接第三運算放大器OPA3的反相輸入端。第三運算放大器OPA3的正相輸入端接收計時參數。第三運算放大器OPA3的輸出端連接第二電晶體Q2的閘極。

計時電路13的計時時間與計時單元的電容電壓值有關，因此，計時時間可依據第二電容器C2來調整計時參數。

在啟動時，電源Vcc供電給延遲單元的第一電容器C1及導通的第一電晶體Q1，第二電晶體Q2是關閉的，以使風扇電流I _f能透過啟動路徑供電給風扇負載30。特別地，啟動瞬間，風扇電流I _f是正常運行的數倍大(如圖3的Ts期間)，因此，透過啟動路徑供電可避免觸發檢測電路15，而讓風扇負載30能順利進入運轉。本實施例中Ts的範圍是介於500毫秒(ms)到1500毫秒(ms)，低於500ms容易發生保護失效，導致風扇負載30無法正常啟動，相同地，超過1500ms容易使得風扇保護裝置10沒有正常發揮保護，其他實施例中，Ts的參數範圍可依據風扇負載30的能力被調整成更大或更小。

隨後，延遲單元的第一電容器C1充飽電後，第一電晶體Q1被關閉，第二電晶體Q2導通，以風扇電流I _f能透過工作路徑供電至風扇負載30。這個時候，檢測電路15開始檢測風扇電流I _f的變化。其中，第一運算放大器OPA1的正相輸入端可藉由二極體D的負極電壓值(也就是電壓單元的輸出電壓值)變化來檢測風扇電流I _f的變化。因此，選用不同電容值的第一電容器C1就能彈性調整啟動路徑及工作路徑的切換時間。

當風扇電流I _f是正常的，表示不滿足斷電保護條件，第一運算放大器OPA1的正相輸入端的電壓是小於斷電參數(23伏特)，因此，第一運算放大器OPA1的輸出端觸發第四電晶體Q4導通，第三電晶體Q3是關閉，如此，計時電路13的第二電容器C2是不會被充電。

當風扇電流I _f變大至滿足斷電保護條件(如圖3中的計時條件T _f期間)時，第一運算放大器OPA1的正向輸入端的電壓是大於斷電參數(23伏特)，因此，第一運算放大器OPA1的輸出端觸發第三電晶體Q3導通，第四電晶體Q4是關閉，以觸發計時電路13開始計算斷電保護條件存在時間，表示，風扇電流I _f保持超過斷電參數，計時期間計時電路13的第二電容器C2被被充電，直到第二電容器C2從低電壓值轉變成高電壓值後，表示滿足計時條件(T _f)，第三運算放大器OPA3的反相輸入端的電壓值大於第三運算放大器OPA3的正相輸入端的計時參數，第三運算放大器OPA3觸發第二電晶體Q2關閉，而使電源電路11的工作路徑停止供電至風扇負載30。需要注意的是，電源電路11的啟動路徑中第一電容器C1仍是高電壓值，因此，第一電晶體Q1也是關閉的。本實施例中，計時參數是電壓值，其可參照第二電容器C2充電至特定電壓值時所需要的時間，因此，透過電壓值即可定義計時參數。本實施例中，計時條件T _f的參數範圍是3秒(s)-5秒(s)，3秒以下可避免人員或其他原因造成風扇負載30的誤動作，5秒以上則可避免風扇保護裝置電流累積過大而造成風扇燒毀，其他實施例中，計時條件T _f的參數範圍也可依據風扇負載30來調整參數範圍。

如此，透過風扇負載30的電源條件調整計時參數及第二電容器C2的電容值即可彈性調整計時條件，以改變計算斷電保護條件持續的時間，來確保風扇負載30在安全狀態下運轉。

當風扇電流I _f變小至提醒保護時，提醒保護表示第二運算放大器OPA2的反相輸入端的電壓值是超過提醒參數(23.6伏特)，因此，第二運算放大器OPA2會輸出提醒訊號，以讓作業人員知悉風扇負載已經停止運作。

最後，再次強調，本發明於前揭實施例中所揭露的構成元件，僅為舉例說明，並非用來限制本案之範圍，其他等效元件的替代或變化，亦應為本案之申請專利範圍所涵蓋。

10:風扇保護裝置 11:電源電路 13:計時電路 15:檢測電路 30:風扇負載 R1:第一電阻器 R2:第二電阻器 R3:第三電阻器 R4:第四電阻器 R5:第五電阻器 C1:第一電容器 C2:第二電容器 D:二極體 Q1:第一電晶體 Q2:第二電晶體 Q3:第三電晶體 Q4:第四電晶體 OPA1:第一運算放大器 OPA2:第二運算放大器 OPA3:第三運算放大器 Vcc:電源 I_f:風扇電流 T_f:計時條件

圖1是本發明的風扇保護裝置連接風扇負載的組成方塊圖。 圖2是圖1中風扇保護裝置的電路圖。 圖3是圖1中風扇電流的信號圖。

10:風扇保護裝置

11:電源電路

13:計時電路

15:檢測電路

30:風扇負載

I_f:風扇電流

Claims (9)

1. 一種風扇保護裝置，包括：一電源電路，供應一風扇電流至一風扇負載；一計時電路，連接該電源電路；及一檢測電路，連接該電源電路、該計時電路及該風扇負載；其中，在該風扇負載運轉期間，該檢測電路檢測該風扇電流滿足一斷電保護條件時，觸發該計時電路計計算該斷電保護條件存在時間，並在該存在時間滿足一計時條件時，該計時電路觸發該電源電路停止供電至該風扇負載，該斷電保護條件是該風扇電流超過該風扇負載的一電源條件，其中，該電源電路包括一啟動路徑及一工作路徑，該啟動路徑包括一延遲單元及一第一電晶體，該工作路徑包括一第二電晶體及一電壓單元，該延遲單元連接一電源及該第一電晶體的閘極，該電壓單元串聯連接該第一電晶體的汲極及該第二電晶體的汲極，該第一電晶體的源極及該第二電晶體的源極連接該電源，該第二電晶體的閘極連接該計時電路。
2. 如申請專利範圍第1項所述的風扇保護裝置，其中，該延遲單元包括一電容器。
3. 如申請專利範圍第1項所述的風扇保護裝置，其中，該風扇電流滿足該斷電保護條件包括該檢測電路比較對應該風扇電流的一電壓值及該電源條件轉換的一斷電參數。
4. 如申請專利範圍第3項所述的風扇保護裝置，其中，該檢測電路包括一第一運算放大器及一開關單元，該第一運算放大器的正相輸入端連接該電源電路，該第一運算放大器的反相輸入端接收該斷電參數，該開關單元連接該第一運算放大器的輸出端及該計時電路。
5. 如申請專利範圍第4項所述的風扇保護裝置，其中，該開關單元包括一P通道電晶體及一N通道電晶體。
6. 如申請專利範圍第4項所述的風扇保護裝置，其中，該檢測電路檢測該風扇電流滿足一提醒保護時，該檢測電路產生一提醒。
7. 如申請專利範圍第6項所述的風扇保護裝置，其中，該檢測電路包括一第二運算放大器，該第二運算放大器的正相輸入端接收該電源條件轉換的一提醒參數，該第二運算放大器的反相輸入端連接該第一運算放大器的正相輸入端，該第二運算放大器的輸出端用以輸出該提醒。
8. 如申請專利範圍第1或4項所述的風扇保護裝置，其中，該計時電路包括一計時單元及一第三運算放大器，該檢測電路連接該計時單元，該第三運算放大器的正相輸入端接收一計時參數，該第三運算放大器的反相輸入端連接開關單元，該第三運算放大器的輸出端連接該電源電路，該計時單元包括一電容器。
9. 如申請專利範圍第1項所述的風扇保護裝置，其中，該計時條件的參數範圍是3秒-5秒。

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