专利名称：一种直流风扇故障检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种直流风扇故障检测装置，具体涉及一种用于检测 直流风扇是否在位、断路故障或者堵转的直流风扇故障检测装置。
背景技术：
现有的电力电子设备，由于本身有不低的损耗，经常需要使用风扇对 设备进行冷却。由于直流风扇容易进行调速，因此直流风扇经常被角于设 备冷却。然而，如果风扇发生故障，例如不在位、断路或者被堵转时，则 设备很可能因为过热而损坏。因此，需要使用风扇故障检测来判断风扇的 状况。
目前，直流风扇分为有检测信号和无检测信号两种类型。有检测信号 的直流风扇为了检测风扇状态，必须增加相关芯片和电路，增加成本。因 此，在许多场合中，会使用无检测信号的直流风扇。而无检测信号的风扇， 一般只提供电源和地的引线。这时，如果需要检测风扇状态，则需要通过 外接电路。现有这类电路，大部分是通过检测风扇电流实现检测的。
目前常用的风扇检测方法有以下几种
1、使用电流传感器采样风扇电流的检测方法
使用电流传感器也可以检测风扇电流，从而根据风扇电流来判断风扇 工作状态，其原理如图1所示。电流传感器一般是采用霍尔电流传感器或 电流互感器。这种方法没有电阻发热的问题，但在风扇调速的场合下仍会 有输出信号变化^f艮大的情况。而且传感器价格较高，提高了设备的成本。 利用电流传感器检测风扇故障，考虑其增加的成本，不如选择有检测信号的风扇成本更^f氐。因此，选择电流传感器采样风扇电流显得大材小用。
2、专利公开号为CNlOll 13992的风扇检测方法。
专利公开号为CN101113992中，在风扇供电电路中串联二极管，通过 二极管上的压降判断风扇状态，如图2所示。但这种方法并不能检测出风 扇堵转的状态。有堵转保护的直流风扇，在风扇被堵转的时候，风扇处于 高阻状态，有微小电流通过，因此二极管上为高电平，仍检测出风扇正常 在^ _无法判断出风扇堵转。并且对于多个风扇检测时，该电路则必须对 应输出多个信号，多个信号的"与"、"或"关系处理，必须外接其他信 号处理电路，从而增加成本。
可见现有技术中仍然存在一定的问题，需要进一步地改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种直流风扇故障检测装置，其克服了现 有技术中直流风扇故障检测的功能不全或者成本高的问题。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案
本实用新型提供了一种直流风扇故障检测装置，所述检测装置包括 用于将直流风扇供电电路上的电流信号转化为电压信号输出的信号检测单 元，及用于接收所述信号检测单元输出的电压检测信号的信号处理单元； 所述信号检测单元设置在所述直流风扇供电电路上，所述信号检测单元与 直流风扇串联；所述信号检测单元包括二极管单元，及与所述二极管单 元并联的电阻单元，所述信号处理单元用于比较所述信号检测单元输出的 电压检测信号与一阈值电压的大�。⒏荼冉辖峁涑龈叩偷缙叫藕�。
所述的装置，其中，所述二极管单元含有一个二极管或者至少两个二 极管串联构成的电路；所述二极管单元与电阻单元相并联的一个结点连接 所述直流风扇供电电路的地端或所述直流风扇的正电压输入端，所述电阻 单元或所述二极管单元的两端作为所述信号检测单元的电压检测信号输出端。
所述的装置，其中，所述电阻单元含有一个电阻或者至少两个电阻串 联构成的电路。
所述的装置，其中，所述信号处理单元包括 一光藕电路，该光藕电 路包括第一上拉电阻和光藕，所述光藕的原边二极管阳极连接所述信号检 测单元的一个电压检测信号输出端，所述光藕的原边二极管阴极连接所述 信^f^测单元的另 一个电压检测信号输出端，所述光藕的副边三极管集电 极通过所述第 一上拉电阻连接一直流电源的输出端，所述光藕的副边三极 管发射极连接信号地端。
所述的装置，其中，所述信号处理单元包括 一比较电路，该比较电 路包括运算放大器和第二上拉电阻，所述信号检测单元的电压检测信号 输出端连接所述运算放大器的一个输入端，所述运算放大器的另一个输入 端连接一基准电压输出端，所述运算放大器的输出端通过所述第二上拉电 阻连接一直流电源的输出端。
所述的装置，其中，所述信号处理单元还包括 一滤波电路，该滤波 电路串联在所述信号检测单元的电压检测信号输出端与所述光藕电路或所 述比较电路的输入端之间，用以滤出所述信号检测单元输出信号的电压噪 声。
所述的装置，其中，当检测多个直流风扇时，每一个直流风扇对应一 个信号检测单元和一个信号处理单元，通过将各个信号处理单元的输出进 行串联或并联的方式实现对多个直流风扇的检测。
所述的装置，其中，所述滤波电路为RC滤波电路。
所述的装置，其中，所述滤波电路包括一个电阻和一个电容，所述电 阻的一端连接所述信号检测单元中二极管单元的阳极，所述电阻的另一端 连接所述电容的一端和所述光藕电路或所述比较电路的输入端；所述电容 的另一端连接所述信号检测单元中二极管单元的阴极。通过采用了以上技术方案，本实用新型实现了对直流风扇电流的检测， 并且相对于现有:^支术而言，可靠性高，成本低；而且可以在风扇堵转和正
常时输出不用的信号用以区别，检测力度大、检测故障的类型更多。
图1是现有技术中使用电流传感器采样风扇电流的风扇故障检测方法 的^*
图2是专利公开号为CN101113992的风扇检测方法的示意图3是本实用新型的电路原理示意图4是实施例l和实施例3的电路原理示意图5是实施例2的电路原理示意图6是实施例4和实施例5的电路原理示意图7是实施例6的电路原理示意图8是实施例7的电路原理示意图。
具体实施方式
如图3所示，本实用新型提出一种高可靠性，低成本的直流风扇故障 检测装置，其包括所述检测装置包括用于将直流风扇供电电路上的电流 信号转化为电压信号输出的信号检测单元210,及用于接收所述信号检测单 元输出的电压检测信号的信号处理单元220;所述信号检测单元210设置在 所述直流风扇供电电路上，所述信号检测单元210与直流风扇串联；所述 信号处理单元220用于比较所述信号检测单元210输出的电压检测信号与 一阈值电压的大小，并根据比较结果输出高低电平信号，即输出直流风扇 故障检测信号。当所述风扇不在位、断路故障或者堵转时，信号处理单元 220能发出区别与风扇正常工作时发出的信号。
以下结合附图将详细描述本实用新型的各较佳实施例。实施例1:如图3所示，本实施例中的信号检测单元210包括二极管 单元211，及与二极管单元211并联的电阻单元212, 二极管单元211与电 阻单元212相并联的一个结点连接直流风扇供电电路的地端GND1，而二 极管单元211与电阻单元212相并联的另一个结点连接直流风扇的负电压 输入端，电阻单元212或二极管单元211的两端作为所述信号检测单元210 的电压检测信号输出端，将与所述信号处理单元220的输入端相连。这里 的j^l管单元211可以含有一个二极管，或者含有至少两个二极管串联构 成的电路；这里的电阻单元212含有一个电阻，或者含有至少两个电阻串 联构成的电路。
实施例2:如图5所示，本实施例与实施l的不同点在于，二极管单元 211与电阻单元212相并联的一个结点连接直流风扇供电电路的电源VCC1 输出端，而二极管单元211与电阻单元212相并联的另一个结点连接直流 风扇的正电压输入端。其他组成部分和连接关系与实施例l相同。
从上述两个实施例看出，本实用新型的信号检测单元210可以有两个 安装位置，比如，可以设置在直流风扇的负电压输入端与直流风扇供电电 路的地端之间，也可以设置在直流风扇供电电路的电源输出端与直流风扇 的正电压输入端之间。这两种方式均可以实现本实用新型检测直流风扇的 故障功能。
实施3:如图4所示，本实施例与实施1的不同点在于，信号处理单元 220包括 一光藕电路221，该光藕电路221包括第一上拉电阻R3和光藕 Dl,光藕Dl的原边二极管阳极连接信号检测单元210的一个电压检测信 号输出端，即如图4所示，该输出端可以是信号检测单元210中二极管单 元的阳极，光藕Dl的原边二极管阴极连接信号检测单元210的另一个电压 检测信号输出端，即如图4所示，该输出端可以是信号检测单元210中二 极管单元的阴极，光藕D1的副边三极管集电极通过第一上拉电阻R3连接 一直流电源VCC2的输出端，光藕Dl的副边三极管发射极连接信号地端GND2。本实施例中，光藕D1原边二极管的导通电压即是上述指出的阈值 电压。其他组成部分和连接关系与实施例1相同。在本实施例中，由于光 耦具有隔离信号作用，可以如图5所示改变信号检测单元与直流风扇的位 置，因此只要加在光耦原边二极管的电压不变，检测电路一样能正常工作。
实施例4:如图6所示，本实施例与实施1的不同点在于，信号处理单 元220可以包括 一比较电路223,该比较电路223包括运算放大器Al 和落J^ii-拉电阻R4，信号检测单元220的电压检测信号输出端连接运算放 大器Al的一个输入端，运算放大器Al的另一个输入端连接一基准电压 VREF输出端，运算放大器Al的输出端通过第二上拉电阻R4连接一直流 电源VCC2的输出端。其他组成部分和连接关系与实施例1相同。在本实 施例中，利用比较器替代光耦处理信号，可以选择比较信号的基准电压 VREF,即上述阀值电压，使电路更加灵活。当信号检测单元中二极管上电 压高于基准电压VREF，直流风扇信号为低电平，表示风扇正常；当信号检 测单元中二极管上电压低于基准电压VREF,风扇信号为高电平，表示风扇 故障。在应用中，基准电压VREF可为0.7V。
在本实施例中，运算放大器Al的一个输入端连接图6所示的信号检测 单元210中二极管单元的阳极，而信号检测单元210中二极管单元的阴极 连接直流风扇供电电路的地端GND1。如图6所示，本实施例将运算放大 器Al的反相输入端作为电压检测信号的输入端，而运算放大器Al的同相 输入端作为基准电压VREF的输入端；相反，如果运算放大器Al的同相输 入端作为电压检测信号的输入端，则运算放大器Al的输出信号正好与图6 所示的方式相反。
实施例5:如图4、 6和7所示，本实施例与实施3或4的不同点在于， 信号处理单元220还可以包括 一滤波电路222，该滤波电路222串联在所 述信号检测单元210的电压检测信号输出端与光藕电路221或比较电路223 的输入端之间，用以滤出所述信号检测单元输出信号的电压噪声。其他组
9成部分和连接关系与实施3或4相同。这里的滤波电路可以为RC滤波电路， 其包括一电阻R2和一电容C1，如图4至图6所示，电阻R2的一端连接信 号检测单元210中二极管单元的阳极，电阻R2的另一端连接电容C1的一 端和光藕电路221中光藕D1原边二极管的阳极、或者比较电路223中运算 放大器Al的反相输入端；电容C1的另一端连接信号检测单元210中二极 管单元的阴极。
^4L上述实施例3和实施例4可以看出，其给出了实现信号处理单元比 较功能的两种较为筒单、且成本低的实施方式，当然本实用新型不限于这 两种方式，信号处理单元还可以釆用其他方式或者上述两种方式的变形形 式。另外，从实施例5中可以看出，为了节约成本，本实用新型采用成本 较低的RC滤波电路，当然本实用新型也不限于此，本领域的技术人员熟知 的任何滤波电路也可以用在此处。
实施例6:当需要同时检测两个或两个以上的直流风扇时，可以使每一 个直流风扇对应一个图3所示的信号检测单元和一个图3所示的信号处理 单元，然后通过将各个信号处理单元的输出进行串联实现对多个直流风扇 的检测，串联之后的话，各个信号处理单元的输出信号构成"或"的逻辑。 如图7所示，给出了采用图4所示的电路在检测两个直流风扇时，将 两个直流风扇的直流风扇故障检测信号串联构成"或"逻辑的电路原理示 意图，其中，二极管VD1、 VD2、电阻R1构成直流风扇1的信号检测电路， 电阻R2和电容C1构成改直流风扇1的RC滤波电路，光藕D1和电阻R3 构成该直流风扇1的信号处理单元；二极管VD3、 VD4、电阻R5构成直流 风扇2的信号检测电路，电阻R6和电容C2构成改直流风扇2的RC滤波 电路，光藕D2和电阻R3构成该直流风扇2的信号处理单元。在两个风扇 时，可以保留其中一个信号处理单元中的上拉电阻R4，将其中一个信号处 理单元的光耦副边三极管集电极连接到另一个信号处理单元的光耦副边的 发射极，即让所有信号处理单元中光耦副边的三极管串联起来，构成一个总的直流风扇故障检测信号，当其中任一个风扇故障时，对应光耦副边三 极管不导通，直流风扇故障检测信号为高电平，表示风扇故障，达到将直 流风扇故障检测信号构成"或"逻辑。如此类推，当有三个或者以上风扇 时，将对应直流风扇故障检测信号串联，即可构成"或"逻辑。
实施例7:当需要同时检测两个或两个以上的直流风扇时，还可以使每 一个直流风扇对应一个图3所示的信号检测单元和一个图3所示的信号处 理#^然后通过将各个信号处理单元的输出进行并联实现对多个直流风 扇的检测，并联之后的话，各个信号处理单元的输出信号构成"与"的逻 辑。本实施例与实施例5不同的地方在于，本实施例采用的是并联的方式。
如图8所示，给出了采用如图4所示的电路在检测两个直流风扇时， 将两个直流风扇的直流风扇故障检测信号并联构成"与"逻辑的电路原理 示意图，其中，二极管VD1、 VD2、电阻R1构成直流风扇l的信号检测电 路，电阻R2和电容C1构成改直流风扇1的RC滤波电路，光藕D1和电阻 R3构成该直流风扇1的信号处理单元；二极管VD3、 VD4、电阻R5构成 直流风扇2的信号检测电路，电阻R6和电容C2构成改直流风扇2的RC 滤波电路，光藕D2和电阻R3构成该直流风扇2的信号处理单元，图8中 的组成与图7相同，只不过在光藕电路的输出部分，图8采用并联方式， 图7采用串联方式。在两个风扇时，可以保留其中一个信号处理单元中的 上拉电阻R4,将其中 一个信号处理单元的光耦副边三极管集电极连接到另 一个信号处理单元光耦副边的集电极，发射极连接到发射极，即让所有检 测电路中光耦副边的三极管并联起来，构成一个总的直流风扇故障检测信 号。当所有风扇都故障时，对应光耦副边三极管都不导通，直流风扇故障 检测信号才为高电平，表示风扇故障，达到将直流风扇故障检测信号构成 "与"逻辑。如此类推，当有三个或者以上风扇时，将对应直流风扇故障 检测信号并联，即可构成"与"逻辑。
本实用新型在实现直流风扇故障检测时，首先通过一串联在直流风扇供电电路上的信号检测单元，将直流风扇供电电路上的电流信号转化为电
压信号输出；然后，通过一接收所述信号检测单元输出的电压检测信号的 信号处理单元，比较所述信号检测单元输出的电压检测信号与一阈值电压 的大�。⒏荼冉辖峁涑龈叩偷缙叫藕�。以下以图4和5所示的实 施例，详细说明其工作原理，在应用中，风扇电源VCC1为24V，风扇信 号电源VCC2为9V，上拉电路R4或R3为5KQ;由R2、 Cl组成RC滤 波4^滤除检测信号中的电压噪声，R2可以为50Q， Cl可以为10uF。
如图4和5所示，信号处理电路220采用光藕进行信号比较，输出直 流风扇故障检测信号，由于信号检测单元需要让后续信号处理单元中光耦 的二极管导通，因此，信号检测单元输出电压必须比光耦原边的二极管导 通电压高，所以信号检测单元采用使用两个二极管VD1和VD2串联，再与 电阻R1并联的形式。
当风扇正常工作时，信号检测单元210输出高电压，则信号处理单元 220中光耦D1原边二极管上有1.4V左右的压降，光耦D1原边二极管导通， 使得光耦D1副边导通，直流风扇故障检测信号为低电平，说明直流风扇无 故障。由于有两个二极管VD1和VD2的钳位作用，使得R1上的电压为1.4V 左右。Rl为50Q， Rl上功率约为1.4x1.4/50 = 0.0392W，使用一般的1/4W 甚至1/8W的小功率电阻即可。在风扇低速运行时，即使电流降至正常的一 半，二极管上压降也不会有太多的改变。
当直流风扇断路或没有接上时，二极管上电压为零，信号检测单元输 出低电压，则信号处理单元220中光耦D1原边二极管上电压很低，光耦 Dl原边二极管不导通，使得光耦副边不导通，直流风扇故障检测信号为高 电平，说明风扇故障。并且，在直流风扇堵转的时候，风扇处于高阻状态， 风扇流过小电流，这时由于并联了较小的电阻Rl，则二极管VD1和VD2 上仍为低电平，那么从信号处理单元输出的也会是高电平。可以，如果采 用本实用新型所给的技术方案，则可以同时检测直流风扇堵转、断路不在位、或正常工作。
综上所述，通过采用了以上技术方案，本实用新型实现了对直流风扇
电流的检测，利用二极管导通时的管压降，判断风扇正常工作；在风扇被 堵转的时候，风扇处于高阻状态，有微小电流通过，利用小电阻对二极管 上电压钳位，从而判断出风扇处于故障状态；利用光耦将信号转化为数字 量，提供给监控系统使用。在多个风扇时，还可将风扇故障信号直接串联 或;^^:，构成"或"或者"与"的逻辑，可达到减少后续监控系统接口
数量的要求。本实用新型的电阻R1由于不需要流过风扇电流，只需使用一 般小功率电阻既可；本实用新型的光耦由于不需要传递高速信号，因此也 不需要使用高成本的高速光耦。可见，本实用新型克服现有技术中或者功 能不全或者成本高的问题，提出一种高可靠性，低成本的直流风扇故障检 测方法和装置。
上述各具体步骤的举例说明较为具体，并不能因此而认为是对本实用 新型的专利保护范围的限制，本实用新型的专利保护范围应以所附权利要 求为准。
权利要求1、一种直流风扇故障检测装置，所述检测装置包括用于将直流风扇供电电路上的电流信号转化为电压信号输出的信号检测单元，及用于接收所述信号检测单元输出的电压检测信号的信号处理单元；所述信号检测单元设置在所述直流风扇供电电路上，所述信号检测单元与直流风扇串联；其特征在于，所述信号检测单元包括二极管单元，及与所述二极管单元并联的电阻单元；所述信号处理单元用于比较所述信号检测单元输出的电压检测信号与一阈值电压的大�。⒏荼冉辖峁涑龈叩偷缙叫藕�。
2、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述二极管单元含有一 个二极管或者至少两个二极管串联构成的电路；所述二极管单元与电阻单 元相并联的一个结点连接所述直流风扇供电电路的地端或所述直流风扇的 正电压输入端，所述电阻单元或所述二极管单元的两端作为所述信号检测 单元的电压检测信号输出端。
3、 根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述电阻单元含有 一个电阻或者至少两个电阻串联构成的电路。
4、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元包括 一光藕电路，该光藕电路包括第一上拉电阻和光藕，所述光藕的原边二极 管阳极连接所述信号检测单元的一个电压检测信号输出端，所述光藕的原 边二极管阴极连接所述信号检测单元的另一个电压检测信号输出端，所述 光藕的副边三极管集电极通过所述第一上拉电阻连接一直流电源的输出 端，所述光藕的副边三极管发射极连接信号地端。
5、
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元包括一比较电路，该比较电路包括运算放大器和第二上拉电阻，所述信号检 测单元的电压检测信号输出端连接所述运算^t大器的一个输入端，所述运 算放大器的另一个输入端连接一基准电压输出端，所述运算放大器的输出 端通过所述第二上拉电阻连接一直流电源的输出端。
7、 根据权利要求4或6所述的装置，其特征在于，所述信号处理单元 还包括 一滤波电路，该滤波电路串联在所述信号检测单元的电压检测信 号输出端与所述光藕电路或所述比较电路的输入端之间，用以滤出所述信 号检测单元输出信号的电压噪声。
8、 根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当检测多个直流风扇时， 每一个直流风扇对应一个信号检测单元和一个信号处理单元，通过将各个 信号处理单元的输出进行串联或并联的方式实现对多个直流风扇的检测。
9、 根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述滤波电路为RC滤 波电路。
10、 根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述滤波电路包括一 个电阻和一个电容，所述电阻的一端连接所述信号检测单元中二极管单元 的阳极，所述电阻的另一端连接所述电容的一端和所述光藕电路或所述比 较电路的输入端；所述电容的另一端连接所述信号检测单元中二极管单元 的阴极。
专利摘要本实用新型公开了一种直流风扇故障检测装置，所述检测装置包括信号检测单元，及信号处理单元；所述信号检测单元设置在所述直流风扇供电电路上，所述信号检测单元与直流风扇串联；所述信号检测单元包括二极管单元，及与所述二极管单元并联的电阻单元，所述信号处理单元用于比较所述信号检测单元输出的电压检测信号与一阈值电压的大�。⒏荼冉辖峁涑龈叩偷缙叫藕拧Ｍü捎昧艘陨霞际醴桨福臼涤眯滦褪迪至硕灾绷鞣缟鹊缌鞯募觳猓⑶蚁喽杂谙钟屑际醵裕煽啃愿撸杀镜停欢铱梢栽诜缟榷伦驼Ｊ笔涑霾挥玫男藕庞靡郧穑觳饬Χ却�、检测故障的类型更多。
文档编号G01R19/165GK201233424SQ20082009613
公开日2009年5月6日 申请日期2008年7月30日 优先权日2008年7月30日
发明者陈坤鹏 申请人:中兴通讯股份有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
