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          三畅创新研发仪表、助力工业自动化升级

          分解直流风扇的控制和保护选项

          来源: 作者: 发布日期:2020-10-14 16:10:57

           作为一种众所周知且广泛使用的热管理设备,直流风扇可以单独,串联或并联使用,以提供强制空气对流冷却。它们的多功能性和相对简单的操作使其成为多年提高终端应用的热性能的可靠选择。根植于基本物理学中的风扇所产生的移动空气通过吸收热量然后将热量转移到待散发的设备中,从而有效地冷却了组件。但是,它们的有效性会受到几个因素的影响,工程师可以从对直流风扇可用功能和选件的更好理解中受益,以提高其可靠性和效率。

          自然对流与强制空气对流冷却
          要开始直流风扇的选择过程,工程师将需要进行一些基本的热分析,以便计算出非常小的气流需求。典型的热分析可能包括热源,环境条件和温度上升的建模。还需要考虑其他因素,例如风扇的尺寸,风扇的方向以及应用程序内的气流路径,以确保实现合适的解决方案。CUI Devices的博客“了解正确选择直流风扇的气流基础知识”提供了有关热分析和选择过程的更多详细信息。
           
          完成热分析并选择适当大小和额定的风扇后,剩下的就是为风扇供电并使其正常工作,对吗?虽然在某些情况下全时间运行风扇可以达到其目的,但连续的强制通风冷却通常无法提供节能或长期的解决方案。当今的直流风扇为设计人员提供了一套控制,监视和保护选项,以增强其热管理功能。本文的其余部分将涵盖这些功能,因此设计人员可以从更先进的风扇控制技术中受益。
           
          开/关循环
          如上所述,全时风扇运行肯定会保持对温度敏感的组件冷却,但会忽略其消耗的功率以及风扇具有活动部件且使用寿命有限的事实。当风扇运行时,它们还会产生听觉噪声,这在各种应用程序和环境中可能都是不需要的。
           
          风扇围绕温度设定值的开/关循环是一种替代方法,可以减轻风扇连续运行的一些缺点。风扇的开/关控制技术可以通过限制运行时间来节省功率,减轻风扇运动部件的压力,并在温度降至设定值以下时关闭风扇,从而降低可听见的噪音。
           
          然而,开/关风扇控制在许多方面也太简化了强制风冷的方法,并且有其自身的缺点。首先,开/关控制技术将热和冷的循环引入到温度敏感组件中。与在恒定高温下运行相比,热循环对关键组件的危害甚至更大。这是因为热循环会在温度系数上产生差异,从而导致材料和焊点承受额外应力,从而导致过早失效。
           
          其次,是不可避免的热超调的因素。这是风扇打开与风扇产生的强制空气实际开始冷却之间的时间延迟。在此时间延迟内,除非降低“风扇开启”设定点,否则可能会导致组件过热。同样,通过降低设定点,风扇接通电源并产生可听到的噪音的时间也会增加。非常后,为避免在设定点附近快速通断(通常称为“抖动”),需要实现迟滞。
           
          下图有助于说明由于开/关风扇控制应用中的热滞而引起的热超调难题。该图以步进变化(浅蓝色),风扇的开/关循环(绿色)和实际温度(深蓝色)绘制所需的设定温度。
          风扇的开/关循环可能导致热超调和滞后
          当今的风扇控制选项
          如今的直流风扇为设计人员提供了一系列控制和保护选项,可用于更精细的热管理系统。这些先进的设计使基本的开/关风扇控制达到了更高的性能,效率和可靠性水平。还提供保护选项,可以在问题造成风扇和风扇冷却组件损坏之前检测出问题。下面介绍了一些非常常见的风扇控制和保护选项:
           
          脉冲宽度调制
          脉宽调制(PWM)是一种用于根据变化的热工条件控制和更改风扇速度的常用方法。与先进的控制算法配合使用时,基于PWM的变速控制可提高运行效率,该算法可适应使风扇速度与热负荷匹配的运行动态。
           
          通过采用比例积分微分(PI和PID)闭环控制策略,也可以使用此方法来升级开/关风扇控制。这些策略通过确保气流将条件保持在所需的设定点温度,有助于避免负载变化时的热过冲或下冲。
           
          嵌入式转速表信号
          嵌入式转速表用于闭环反馈和更高级的风扇控制,可通过测量脉冲输出信号的频率来感应并报告风扇的转速。它还可以用作锁定传感器,在风扇由于断电,阻塞等原因而停止运行时,向用户发出警报。能够尽快检测到这些问题是系统运行的主要好处,并允许及时关机保护对温度敏感的组件。
           
          自动重启保护
          自动重启保护功能可检测何时阻止风扇电动机旋转并自动切断驱动电流。这样可以保护风扇驱动电路,并可以将由于驱动电流关闭而引起的紧急问题通知风扇控制器。
           
          旋转检测/锁定传感器
          旋转检测/锁定传感器用于检测风扇电动机是否正在运行或停止,可防止启动或运行过程中出现问题。
           
          概要
          当应用产生过多的热量时,直流风扇是使组件保持在其工作范围内并改善散热的常见选择。当然,在经过一些基本的热分析后,连续选择和运行风扇当然是一个选择,但更先进的风扇控制和保护功能可以为设计人员提供更长的使用寿命和效率。

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