一种风扇故障检测电路的制作方法

1.本实用新型涉及故障检测电路领域，尤其涉及风扇故障检测电路的改进。


背景技术：

2.在现今的工业自动化行业中，变频器、伺服驱动器等设备常用的散热风扇，作为整机上为数不多的包含机械部件的器件之一，往往存在寿命问题，且由于现场工况复杂，长期的积灰、震动等外部因素，可能会使风扇面对失效、扇叶堵转、接线断连等一系列情况，而风扇失效会使得整机产品寿命加速衰减甚至危险失效，因此有必要对风扇故障状态进行监控；
3.目前较为常用的方案主要有如下几种；
4.一是直接使用自带报警信号输出的风扇，处理芯片接收风扇报警信号后作出一系列判断，该方案风扇成本显著较高；
5.二是利用风扇故障时电流脉冲数量低于正常工作时脉冲数量的特点，通过电阻采样实时检测风扇工作电流脉冲数量，在处理芯片内部做脉冲数量的逻辑判断，但是该方案在不同风扇型号设计下，脉冲数量存在差异，风扇厂家的不同对设计兼容性影响较大，且高频的脉冲信号对周围其他信号也存在干扰的隐患；
6.因此，如何低成本、高效、准确的对风扇故障进行检测即成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

7.本实用新型针对以上问题，提出了一种风扇故障检测电路，通过低成本的电路结构即可实现对风扇故障，即对风扇是否出现堵转保护进行高效、准确的检测及识别。
8.本实用新型的技术方案为：所述故障检测电路包括采样电阻、滤波电路、放大电路、基准电路以及比较电路，所述采样电阻串联在风扇的dc供电线中，将电流信号转化为电压信号；所述滤波电路的一端连接在所述采样电阻和风扇之间，并且另一端连接放大电路，使得电压信号经过滤波后被放大，所述放大电路以及基准电路同时连接比较电路，输出比较结果。
9.进一步的，所述滤波电路包括电阻r2及电容c1，所述电阻r2的一端连接在所述采样电阻r1和风扇之间，并且另一端连接所述放大电路，所述电容c1的一端连接在电阻r2和放大电路之间，并且另一端接地。
10.进一步的，所述放大电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7及比较器u1a，所述电阻r2经过电阻r6后连接比较器u1a的输入端，所述电阻r5的一端接地，并且另一端连接比较器u1a的参考端，所述电阻r7的两端分别连接比较器u1a的参考端及输出端，用5v电源给所述比较器u1a供电。
11.进一步的，所述基准电路包括24v电源vcc2、电阻r3、电阻r4以及电容c2，所述电阻r4与电容c2并联，并且二者并联后一端连接24v电源vcc2，另一端接地。
12.进一步的，所述比较电路包括比较器u1b，所述比较器u1a的输出端连接比较器u1b的输入端，所述比较器u1b的参考端通过电线连接在电阻r3和电阻r4之间，用5v电源给所述比较器u1b供电。
13.进一步的，所述比较器u1b输出端经过电阻r8、电容c3的滤波后输出比较结果，所述电阻r8的一端连接比较器u1b输出端，并且另一端经过电容c3后接地，比较结果的输出线接入电阻r8和电容c3之间。
14.本实用新型利用现今风扇厂家普遍自带堵转风扇重启保护的市场现状，在该保护模式下，与正常工作时均匀的电流尖峰（如图1）不同，堵转会导致风扇产生大周期的重复脉冲群（如图3），且厂家为了堵转保护的安全性，一般会将大周期设计在百ms级以上；
15.结合以上特点，本实用新型利用采样电阻将风扇工作电流转变为电压信号，再通过对该电压信号的适度滤波，使得风扇正常工作时滤波后的信号纹波较小（如图2），而堵转保护时由于存在大周期脉冲群的长时间断波，滤波后的电压信号呈现触底的巨大纹波（如图4）；
16.且由于风扇断线会导致该电压信号维持在0v，因此本方案仅需使用简单的放大、比较，就可以实现对正常工作、扇叶堵转、接线断连三个状态的占空比区分，从而区分出扇叶堵转的状态；
17.本实用新型的有益效果在于：硬件成本低，电路、软件逻辑简单可靠，低频占空比信号对周遭电磁兼容环境较友好，且同功率风扇之间替换时，硬件电路兼容性较大。
附图说明
18.图1是风扇正常工作时电流随时间的变化图；
19.图2是风扇正常工作时经过本案滤波后电压随时间的变化图；
20.图3是风扇堵转保护时电流随时间的变化图；
21.图4是风扇堵转保护时经过本案滤波后电压随时间的变化图；
22.图5是本案的电路结构示意图。
具体实施方式
23.为能清楚说明本专利的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利进行详细阐述。
24.本实用新型的电路结构如图5所示；
25.风扇电源线，即风扇的dc供电线与采样电阻r1串联相接，将电流信号转化为电压信号；dc电源供电风扇，且采样电阻串联在风扇的dc电源参考地dc-侧；
26.电压信号经过滤波电路r2、c1的rc滤波，滤除高频分量，使得占空比有区分度；
27.滤除高频分量后的低幅值信号送入r5、r6、r7、u1a共同构成的放大电路放大电压信号；
28.经过放大的电压信号输入给比较器u1b并与r3、r4分压得到的参考电压vref比较；
29.最终输出占空比式信号传递到处理芯片；
30.电路工作模式分为如下三个状态：
31.一、正常工作；
32.风扇工作电流为均匀的小周期重复尖峰（如图1），经过r1转换为电压信号后，r2、c1滤波使该电压信号趋于平滑（如图2），信号与参考电压比较后，输出高电平；
33.二、扇叶堵转；
34.风扇工作电流为大周期脉冲群（如图3），经过r1转换为电压信号后，r2、c1滤波使得该电压信号成为触底的三角波（如图4），信号与参考电压比较后，输出远低于100%的占空比电压信号；
35.三、接线断连；
36.风扇无工作电流，信号与参考电压比较后，输出低电平；
37.后续逻辑判断：
38.对接收到的电压信号进行小周期t的采样，并且对采样结果执行大周期t的滑动滤波，计算大周期内的实时占空比，一旦低于设定值则输出风扇故障报警。
39.本实用新型具体实施途径很多，以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。


技术特征：
1.一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述故障检测电路包括采样电阻、滤波电路、放大电路、基准电路以及比较电路，所述采样电阻串联在风扇的dc供电线中，将电流信号转化为电压信号；所述滤波电路的一端连接在所述采样电阻和风扇之间，并且另一端连接放大电路，使得电压信号经过滤波后被放大，所述放大电路以及基准电路同时连接比较电路，输出比较结果。2.根据权利要求1所述的一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括电阻r2及电容c1，所述电阻r2的一端连接在所述采样电阻r1和风扇之间，并且另一端连接所述放大电路，所述电容c1的一端连接在电阻r2和放大电路之间，并且另一端接地。3.根据权利要求2所述的一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述放大电路包括电阻r5、电阻r6、电阻r7及比较器u1a，所述电阻r2经过电阻r6后连接比较器u1a的输入端，所述电阻r5的一端接地，并且另一端连接比较器u1a的参考端，所述电阻r7的两端分别连接比较器u1a的参考端及输出端。4.根据权利要求3所述的一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述基准电路包括24v电源vcc2、电阻r3、电阻r4以及电容c2，所述电阻r4与电容c2并联，并且二者并联后一端连接24v电源vcc2，另一端接地。5.根据权利要求4所述的一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述比较电路包括比较器u1b，所述比较器u1a的输出端连接比较器u1b的输入端，所述比较器u1b的参考端通过电线连接在电阻r3和电阻r4之间。6.根据权利要求5所述的一种风扇故障检测电路，其特征在于，所述比较器u1b输出端经过电阻r8、电容c3的滤波后输出比较结果，所述电阻r8的一端连接比较器u1b输出端，并且另一端经过电容c3后接地，比较结果的输出线接入电阻r8和电容c3之间。

技术总结
本实用新型公开了一种风扇故障检测电路，涉及故障检测电路领域。通过低成本的电路结构即可实现对风扇故障，即对风扇是否出现堵转保护进行高效、准确的检测及识别。本实用新型的技术方案为：所述故障检测电路包括采样电阻、滤波电路、放大电路、基准电路以及比较电路，所述采样电阻串联在风扇的DC供电线中，将电流信号转化为电压信号；所述滤波电路的一端连接在所述采样电阻和风扇之间，并且另一端连接放大电路，使得电压信号经过滤波后被放大，所述放大电路以及基准电路同时连接比较电路，输出比较结果。硬件成本低，电路、软件逻辑简单可靠，低频占空比信号对周遭电磁兼容环境较友好，且同功率风扇之间替换时，硬件电路兼容性较大。硬件电路兼容性较大。硬件电路兼容性较大。


技术研发人员：杜鑫 陆晓继 姚瑱 汪赟
受保护的技术使用者：南京埃斯顿自动化股份有限公司
技术研发日：2022.06.14
技术公布日：2022/12/2