一种多台直流风机并联控制装置的制作方法

1.本实用新型属于风机技术领域，涉及一种多台直流风机并联控制装置。


背景技术：

2.各类产业标准中，对电力电子产品体积以及防护等级要求越来越高，比如光伏逆变器、充电桩、储能逆变器等。这些产品中，半导体开关器件发热量较大，通常需要风机进行强迫风冷散热，直流风机由于噪音小、驱动方便被广泛使用。
3.现有技术中为了缩小产品体积，一般会选择多台小尺寸风机并联控制的强迫风冷方案，目前直流风机多采用四线控制，除直流供电两条线路外，一条为转速调节线路，与中央控制芯片连接，中央控制芯片控制输出pwm信号可实现风机转速的调节；另一条为转速反馈线路，与中央控制芯片连接，中央控制芯片通过检测风机转速反馈线路输出的信号来判断风机是否故障，当信号出现恒高或者恒低的电平时，即判断风机故障，同时上报故障，停止供电电源输出，以保护风机。多风机并联的方案在实现了缩小产品体积的同时也带来了以下几点缺陷：
4.1.每台风机内部需要一个调速电路和霍尔检测电路，增加单台风机成本。
5.2.多台风机的并联使用增加了控制线线路的数量：对于4线制风扇而言，三台风机共需12根线，增加了pcb布局的面积，也使得产品内部走线冗杂，不利于产品布局的优化。
6.3.不利于散热器的设计：实际应用中，风机需要通过散热器通孔实现与内部模块的连接，线束越多通孔需求越大，增加了产品结构设计中空间需求和布局的难度。
7.4.线束的防水处理要求更高：线束通过散热器通孔与内部模块连接，风机线束以及通孔均需要进行防水处理，一般使用热缩套管包裹以及硅橡胶点胶的方案；但因风机线束均为独立线束，不利于硅橡胶的覆盖，线束数量越多，防水性能越差。


技术实现要素：

8.本实用新型的目的是提供一种多台直流风机并联控制装置，解决了多台风机并联驱动的技术问题。
9.为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
10.一种多台直流风机并联控制装置，包括风机调速控制单元、数个风机电流检测单元和风机接口单元，风机调速控制单元和风机电流检测单元均与风机接口单元连接；
11.风机接口单元包括数个风机正极接口和数个风机负极接口；
12.风机调速控制单元包括驱动信号接口、驱动电路和buck电路，驱动信号接口连接驱动电路，驱动电路连接buck电路，buck电路连接所有风机正极接口；
13.风机电流检测单元包括检测电路、数个电流采样电路和分压电路，检测电路包括数个运算放大器，每一个运算放大器的同相端分别连接一个电流采样电路，每一个电流采样电路分别连接一个风机负极接口；
14.每一个运算放大器的反相端均连接分压电路；
15.每一个运算放大器的输出端分别输出一个风机的电流采样信号。
16.优选的，在所述风机接口单元中，每一个风机正极接口分别对应一个风机负极接口，风机正极接口和其对应的风机负极接口连接一个风机的供电端。
17.优选的，所述驱动电路包括一个nmos管，nmos管的g极连接外部占空比信号、d极驱动所述buck电路、s极连接地线。
18.优选的，所述buck电路由pmos开关管及其外围电路构成，所述nmos管的d极驱动pmos开关管的d极。
19.优选的，所述驱动信号接口用于连接外部控制芯片提供的所述外部占空比信号。
20.优选的，所述电流采样电路由电流采样电阻构成，所述风机负极接口输出的电流信号经过电流采样电阻输入到所述运算放大器的同相端。
21.优选的，所述分压电路由两个分压电阻构成，所述分压电路连接正电源，所述分压电路为所述运算放大器的反相端提供一个比较电压。
22.优选的，所述正电源有外部电源模块提供。
23.优选的，所述运算放大器的输出端与所述外部控制芯片的一个 io口连接。
24.本实用新型的有益效果：
25.本实用新型所述的一种多台直流风机并联控制装置，解决了多台风机并联驱动的技术问题，本实用新型提高电路的兼容性，降低应用成本，仅需要风机转速信号和风机电流检测信号，就能完成对风扇的快速控制和准确检测，控制和检测线路简洁，易于产品结构设计，本实用新型的控制方案仅利用两根电源输入线就可对单个风机实现转速调节以及故障检测，解决了实际应用中因风机控制线束较多造成的走线冗杂、散热器结构设计局限性以及多线束防水性差等问题，简化了直流风机的控制方式，本实用新型仅需风机接入电源线束即可，适用于各种线制的直流风机应用，兼容性强，本发明实施方法及原理易于理解，电路实现可靠，简单易实现，本发明可优化直流风机选型方案，降低风扇选型的成本；制造生产中可降低批量生产中多线束走线的处理难度，降低生产成本。
附图说明
26.图1为本实用新型的电路图方框图；
27.图2为本实施例的原理图方框图；
28.图3为本实施例的电路图。
具体实施方式
29.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
30.如图1-图3所示的一种多台直流风机并联控制装置，包括风机调速控制单元、数个风机电流检测单元和风机接口单元，风机调速控制单元和风机电流检测单元均与风机接口单元连接；
31.风机接口单元包括数个风机正极接口和数个风机负极接口；
32.风机调速控制单元包括驱动信号接口、驱动电路和buck电路，驱动信号接口连接驱动电路，驱动电路连接buck电路，buck电路连接所有风机正极接口；
33.风机电流检测单元包括检测电路、数个电流采样电路和分压电路，检测电路包括数个运算放大器，每一个运算放大器的同相端分别连接一个电流采样电路，每一个电流采样电路分别连接一个风机负极接口；
34.每一个运算放大器的反相端均连接分压电路；
35.每一个运算放大器的输出端分别输出一个风机的电流采样信号。
36.优选的，在所述风机接口单元中，每一个风机正极接口分别对应一个风机负极接口，风机正极接口和其对应的风机负极接口连接一个风机的供电端。
37.优选的，所述驱动电路包括一个nmos管，nmos管的g极连接外部占空比信号、d极驱动所述buck电路、s极连接地线。
38.优选的，所述buck电路由pmos开关管及其外围电路构成，所述nmos管的d极驱动pmos开关管的d极。
39.优选的，所述驱动信号接口用于连接外部控制芯片提供的所述外部占空比信号。
40.优选的，所述电流采样电路由电流采样电阻构成，所述风机负极接口输出的电流信号经过电流采样电阻输入到所述运算放大器的同相端。
41.优选的，所述分压电路由两个分压电阻构成，所述分压电路连接正电源，所述分压电路为所述运算放大器的反相端提供一个比较电压。
42.优选的，所述正电源有外部电源模块提供。
43.优选的，所述运算放大器的输出端与所述外部控制芯片的一个 io口连接。
44.如图3所示为本实用新型的控制3个风机的实施例：
45.fan 1、fan 2和fan 3分别为3个风机的风机正极接口，fan
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1、fan-2和fan-3分别为3个风机的风机负极接口；
46.fan_en为占空比信号；vcc为正电源；fan_f1、fan_f2和fan_f3为输入到外部控制芯片的信号。
47.图3中，驱动电路由nmos管q2以及电阻r1、r3组成，直接驱动pmos开关管q1的栅极，本实施例采用基本型buck电路，基本型 buck电路由pmos管q1、电感l1、二极管d1、电解电容c1组成。
48.基本型buck电路的输出电压为占空比信号fan_en控制的电压 fan ，fan 被连接到fan 1、fan 2和fan 3上。外部控制芯片根据散热需求，改变占空比信号fan_en，就可以调节fan 电压大小，达到控制风机转速的目的。本实用新型的电路易于驱动和控制，带载能力强。
49.设定风机1的电源端包括fan 1和fan-1；风机2的电源端包括 fan 2和fan-2；风机3的电源端包括fan 3和fan-3；
50.风机电流检测单元主要由运算放大器ic1，运算放大器ci2和运算放大器ic3组成。风机的供电负端fan-1、fan-2和fan-3为电流检测端，电流检测经电流采样电阻r4、电阻r5和电阻r6返回模块内部供电端gnd。以运算放大器ic1工作进行举例，电流检测信号 fan-1经过电阻r7进入运算放大器ic1的同相端，运算放大器 ic1的反相端与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端连接地线，电阻r9的一端连接正电源、另一端连接运算放大器ic1的反
相端，电阻r12和电阻r9构成了一个分压电路，该分压电路为运算放大器 ic1反相端提供一个比较电压，防止风机待机状态下，同相端和反相端均为0电平时，运算放大器ic1输出信号的不确定，提高了电流采样的准确性。
51.运算放大器ic1输出信号为风机1的电流检测信号fan_f1，将该信号送入控制芯片中，用于判断风机的工作状态，当信号出现长时间低电平或长时间高电平时即判断风机运行出现了故障，中央控制芯片即可上报故障，并控制风机电源fan 关闭，保护风机。其他并联风机的工作原理与风机1相同：
52.风机2对应的风机电流检测单元包括运算放大器ic2、电阻 r11、电阻r10和电阻r5，电阻r10为风机2对应的电流采样电阻，运算放大器ic2的反相端连接分压电路；
53.风机3对应的风机电流检测单元包括运算放大器ic3、电阻 r14、电阻r13和电阻r6，电阻r13为风机2对应的电流采样电阻，运算放大器ic3的反相端连接分压电路。
54.风机接口单元为风机的供电正端fan 和供电负端fan-组成，主要功能是连接模块内部与风机端口。
55.本实用新型的有益效果：
56.本实用新型所述的一种多台直流风机并联控制装置，解决了多台风机并联驱动的技术问题，本实用新型提高电路的兼容性，降低应用成本，仅需要风机转速信号和风机电流检测信号，就能完成对风扇的快速控制和准确检测，控制和检测线路简洁，易于产品结构设计，本实用新型的控制方案仅利用两根电源输入线就可对单个风机实现转速调节以及故障检测，解决了实际应用中因风机控制线束较多造成的走线冗杂、散热器结构设计局限性以及多线束防水性差等问题，简化了直流风机的控制方式，本实用新型仅需风机接入电源线束即可，适用于各种线制的直流风机应用，兼容性强，本发明实施方法及原理易于理解，电路实现可靠，简单易实现，本发明可优化直流风机选型方案，降低风扇选型的成本；制造生产中可降低批量生产中多线束走线的处理难度，降低生产成本。
57.在本实用新型中描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
58.在本实用新型中描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置) ，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述的程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处
理来以电子方式获得所述的程序，然后将其存储在计算机存储器中。
59.应当理解，本实用新型的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据模块实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列 (fpga)等。
60.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
61.此外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述的集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
62.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。