风扇系统及其温感保护装置.pdf

一种风扇系统，其包括风扇模块、启动模块、温感元件以及控制模块。其中，启动模块与风扇模块电连接，并且用以启动风扇模块；温感元件根据环境温度，产生相对应的感测信号；控制模块接收感测信号，并根据感测信号以控制启动模块，当环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制启动模块以关闭风扇模块。

1.  一种风扇系统，包括：
风扇模块；
启动模块，其与所述风扇模块电连接，并且用以启动所述风扇模块；
温感元件，其根据环境温度，产生相对应的感测信号；以及
控制模块，其接收所述感测信号，并根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块。

2.  根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述控制模块包括：
第一控制单元，其与所述温感元件电连接，且根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度高于所述第一温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块；以及
第二控制单元，其与所述温感元件电连接，且根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度低于所述第二温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块。

3.  根据权利要求2所述的风扇系统，其中，所述第一控制单元包括：
第一开关元件，其与所述启动模块电连接；以及
第一比较器，其具有第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端接收第一参考信号，所述第二输入端接收所述感测信号，所述输出端与所述第一开关元件电连接，以控制所述第一开关元件。

4.  根据权利要求2所述的风扇系统，其中，所述第二控制单元包括：
第二开关元件，其与所述启动模块电连接；以及
第二比较器，其具有第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端接收所述感测信号，所述第二输入端接收第二参考信号，所述输出端与所述第二开关元件电连接，以控制所述第二开关元件。

5.  根据权利要求3或4所述的风扇系统，其中，所述第一开关元件及所述第二开关元件是晶体管。

6.  根据权利要求3或4所述的风扇系统，其中，所述第一比较器及所述第二比较器的所述第一输入端是正相输入端，所述第一比较器及所述第二比较器的所述第二输入端是反相输入端。

7.  根据权利要求3所述的风扇系统，其中，所述第一比较器的所述第二输入端与所述输出端分别与电阻器电连接。

8.  根据权利要求4所述的风扇系统，其中，所述第二比较器的所述第一输入端与所述输出端分别与电阻器电连接。

9.  根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述启动模块包括：
第三开关元件，其一端与所述风扇模块电连接，以控制所述风扇模块；
第四开关元件，其与所述第三开关元件电连接，以控制所述第三开关元件；
电容器，其一端与所述第三开关元件电连接；
电阻器，其与所述电容器电连接；以及
至少一个二极管，其第一端接收输入电压，且第二端与所述第三开关元件电连接。

10.  根据权利要求9所述的风扇系统，其中，所述第三开关元件及所述第四开关元件分别是晶体管。

11.  根据权利要求1所述的风扇系统，其中，所述温感元件是热敏电阻或者是负温度系数热敏电阻。

12.  一种温感保护装置，其与风扇模块相配合，包括：
启动模块，其与所述风扇模块电连接，并且用以启动所述风扇模块；
温感元件，其根据环境温度，产生相对应的感测信号；以及
控制模块，其接收所述感测信号，并根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块。

13.  根据权利要求12所述的温感保护装置，其中，所述控制模块包括：
第一控制单元，其与所述温感元件电连接，且根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度高于所述第一温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块；以及
第二控制单元，其与所述温感元件电连接，且根据所述感测信号以控制所述启动模块，当所述环境温度低于所述第二温度时，控制所述启动模块以关闭所述风扇模块。

14.  根据权利要求13所述的温感保护装置，其中，所述第一控制单元包括：
第一开关元件，其与所述启动模块电连接；以及
第一比较器，其具有第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端接收第一参考信号，所述第二输入端接收所述感测信号，所述输出端与所述第一开关元件电连接，以控制所述第一开关元件。

15.  根据权利要求13所述的温感保护装置，其中，所述第二控制单元包括：
算二开关元件，其与所述启动模块电连接；以及
第二比较器，其具有第一输入端、第二输入端及输出端，所述第一输入端接收所述感测信号，所述第二输入端接收第二参考信号，所述输出端与所述第二开关元件电连接，以控制所述第二开关元件。

16.  根据权利要求12所述的温感保护装置，其中，所述启动模块包括：
第三开关元件，其一端与所述风扇模块电连接，以控制所述风扇模块；
第四开关元件，其与所述第三开关元件电连接，以控制所述第三开关元件；
电容器，其一端与所述第三开关元件电连接；
电阻器，其与所述电容器电连接；以及
至少一个二极管，其第一端接收输入电压，且第二端与所述第三开关元件电连接。

17.  根据权利要求12所述的温感保护装置，其中，所述温感元件是热敏电阻或者是负温度系数热敏电阻。

风扇系统及其温感保护装置
技术领域
本发明涉及一种风扇系统及其温感保护装置，特别是涉及一种具有温感元件的风扇模块及其温感保护装置。
背景技术
一般而言，电子系统都具有风扇系统，以确保电子系统可维持在正常的工作温度，使电子系统可正常运作。而风扇系统本身也具有特定的使用规格，例如风扇系统的工作温度(operating temperature)。
如图1所示，一种现有的风扇系统1主要包括风扇模块11以及启动模块12。其中，启动模块12用以启动风扇模块11进行散热。但是，当风扇系统1的工作温度过高或过低时，会导致风扇系统1损坏。针对这种问题，现有技术通常采用模拟式控制芯片13以感测风扇系统1的工作温度，当感测到工作温度过高或过低时，则自动停止风扇系统1运作，以达到保护的效果。
但是模拟式控制芯片13价格昂贵，所以现有的风扇系统1整体生产成本过高。此外，模拟式控制芯片13也无法达到软启动(soft-start)的效果。
因此，本发明提供一种风扇系统及其温感保护装置，以改善上述的问题。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种风扇系统及其温感保护装置，通过温感元件测量到工作温度处于过高或过低时，即停止风扇系统运作，以达到保护的目的。
因此，为达上述目的，根据本发明的风扇系统包括风扇模块、启动模块、温感元件以及控制模块。其中，启动模块与风扇模块电连接，并且用以启动风扇模块；温感元件根据环境温度，产生相对应的感测信号；控制模块接收感测信号，并根据感测信号控制启动模块，当环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制启动模块以关闭风扇模块。
为达上述目的，根据本发明的温感保护装置与风扇模块相配合，温感保护装置包括启动模块、温感元件以及控制模块。其中，启动模块系与风扇模块电连接，并且用以启动风扇模块；温感元件根据环境温度产生相对应的感测信号；控制模块接收感测信号，并根据感测信号控制启动模块，当环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制启动模块以关闭风扇模块。
综上所述，根据本发明的风扇系统及其温感保护装置，是通过当温感元件测量到工作温度处于过高或过低时，关闭风扇模块以达到保护的效果。与现有技术相比较，本发明的风扇系统及其温感保护装置利用温感元件感测工作温度，以确保风扇系统运作正常，并可取代模拟式控制芯片，以降低整体生产成本。
附图说明
图1是一种现有风扇系统的示意图；
图2是本发明优选实施例的一种风扇系统的示意图；以及
图3是本发明优选实施例的一种风扇系统的电路图。
元件符号说明：
1-风扇系统            11-风扇模块
12-启动模块           13-模拟式控制芯片
2-风扇系统            21-风扇模块
22-启动模块           23-控制模块
231-第一控制单元      232-第二控制单元
24-温感元件           V_t-感测信号
Q₁-第一开关元件       Q₂-第二开关元件
Q₃-第三开关元件       Q₄-第四开关元件
U₁-第一比较器         U₂-第二比较器
V_refl-第一参考信号    V_ref2-第二参考信号
input₁-第一输入端        input₂-第二输入端
output-输出端            R₁～R₃-电阻器
D₁、D₂-二极管            C-电容器
S-源极                   G-栅极
D-漏极
具体实施方式
以下将参照相关图示，说明根据本发明优选实施例的一种风扇系统及其温感保护装置。
图2所示为本发明优选实施例的一种风扇系统的示意图。风扇系统2可应用于电子系统(图中未示出)内部，以作为散热用。
风扇系统2包括风扇模块21、启动模块22、控制模块23以及温感元件24。其中，风扇模块21具有风扇，也可根据散热需求分别在风扇模块21处配置多个风扇，用以加强散热效果。
其中，启动模块22与风扇模块21电连接，并且用以启动风扇模块21。温感元件24根据环境温度产生相对应的感测信号V_t，温感元件24可以是热敏电阻，在本实施例中，温感元件24是负温度系数热敏电阻。环境温度可以是电子系统的内部温度，温感元件24根据环境温度产生相对应的感测信号V_t(可以是一个电压值)。由于负温度系数热敏电阻本身特性，因此，当电子系统内部温度提高时，将使得温感元件24的阻值变小，因此，感测信号V_t的电压值也随之下降；反之，当电子系统内部环境温度降低时，温感元件24的阻值变大，因此，感测信号V_t的电压值也随之上升。
控制模块23接收感测信号V_t，并根据感测信号V_t控制启动模块22，当环境温度高于第一温度或低于第二温度时，控制模块23控制启动模块22关闭风扇模块21，以防止风扇模块21在不正常温度下操作，而造成风扇系统2损坏。在本实施例中，第一温度与第二温度根据风扇系统2本身的使用规格而定，第一温度是风扇系统2的上限工作温度，第二温度是风扇系统2的下限工作温度，例如，第一温度是70℃，第二温度是-40℃。
另外，如图3所示，控制模块23包括第一控制单元231及第二控制单元232。其中，第一控制单元231包括第一开关元件Q₁与第一比较器U₁，第二控制单元232包括第二开关元件Q₂与第二比较器U₂。
第一开关元件Q₁与第二开关元件Q₂可以是晶体管或其它具有开关效果的电子元件，在本实施例中，第一开关元件Q₁与第二开关元件Q₂是NMOS晶体管。
就第一控制单元231而言，第一开关元件Q₁的漏极D与启动模块22电连接，用以控制启动模块22，第一开关元件Q₁的源极S接地。
第一比较器U₁具有第一输入端input₁、第二输入端input₂及输出端output。在本实施例中，第一输入端input₁是正相输入端，第二输入端input₂是反相输入端。
第一输入端input₁接收第一参考信号V_ref1，其可通过由至少两个电阻器所组成的分压电路产生，并根据使用者需求选用不同阻值的电阻器，以调整第一参考信号V_ref1的大小，在此处，第一参考信号V_ref1用以判断风扇系统2的上限工作温度，第二输入端input₂接收感测信号V_t，输出端output与第一开关元件Q₁的栅极G电连接，以控制第一开关元件Q₁。为了方便说明，假设第一比较器U₁的电压增益为1，当感测信号V_t低于第一参考信号V_ref1时，输出端output输出一个正电压，使第一开关元件Q₁开启，以控制启动模块22关闭风扇模块21。
此外，本实施例的第一比较器U₁的第二输入端input₂与输出端output分别与电阻器R₁电连接，使得第一比较器U₁具有较精密的温度转折特性。举例说明，第一控制单元231应该在第一温度为70度时，即需要控制启动模块22以关闭风扇模块21，但是因为电子元件本身特性的关系(电子元件本身具有误差)，而使得第一温度为72度时，才控制启动模块22以关闭风扇模块21。为了防止上述情况，第一比较器U₁的第二输入端input₂与输出端output之间设置电阻器R₁作为电压回授补偿，因此第一比较器U₁在70度时，即可精准控制启动模块22关闭风扇模块21，以达到具有较精密的温度转折特性的效果。
就第二控制单元232而言，第二开关元件Q₂的漏极D与启动模块22电连接，用以控制启动模块22，第二开关元件Q₂的源极S接地。
第二比较器U₂具有第一输入端input₁、第二输入端input₂及输出端output。在本实施例中，第一输入端input₁是正相输入端，第二输入端input₂是反相输入端。
第一输入端input₁接收感测信号V_t，第二输入端input₂接收第二参考信号V_ref2，其可通过由至少两个电阻器所组成的分压电路产生，并根据使用者需求选用不同阻值的电阻器，以调整第二参考信号V_ref2的大小，在此处，第二参考信号V_ref2用以判断风扇系统2的下限工作温度。输出端output与第二开关元件Q₂的栅极G电连接，以控制第二开关元件Q₂。为了方便说明，假设第二比较器U₂的电压增益为1，当感测信号V_t高于第二参考信号V_ref2时，输出端output输出一个正电压，使第二开关元件Q₂开启，以控制启动模块22关闭风扇模块21，此外，第一输入端input₁与输出端output分别与电阻器R₂电连接，电阻器R2的运作原理同上述的电阻器R₁一样，以使得第二比较器U₂可以具有较精密的温度转折特性的效果。
综上所述，可知，当感测信号V_t低于第一参考信号V_ref1或高于第二参考信号V_ref2时，第一比较器U₁及第二比较器U₂的输出端output都输出正电压，以控制启动模块22关闭风扇模块21。
本实施例的启动模块22包括第三开关元件Q₃、第四开关元件Q₄、至少一个电容器C、至少一个电阻器R₃与多个二极管D₁、D₂。其中，第三开关元件Q₃及第四开关元件Q₄可以是晶体管或其它具有开关效果的电子元件，在本实施例中，第三开关元件Q₃是PMOS晶体管，第四开关元件Q₄是NMOS晶体管。
第三开关元件Q₃的源极S与二极管D₁、D₂电连接，第三开关元件Q₃的漏极D与风扇模块21电连接，以启动风扇模块21，第三开关元件Q₃的栅极G与第四开关元件Q₄的漏极D电连接，电容器C的一端与第三开关元件Q₃的源极S电连接，电阻器R₃与电容器的另一端电连接。此外，二极管D₁、D₂可以是肖特基二极管(Schottky Diodes)，用以防止逆向电流。第四开关元件Q₄的栅极G分别与第一开关元件Q₁的漏极D及第二开关元件Q₂的漏极D电连接。
风扇系统2作动方式如下：当电子系统的内部温度介于第一温度与第二温度之间(正常工作温度范围)时，此时，温感元件24产生的感测信号V_t高于第一参考信号V_ref1，并且低于第二参考信号V_ref2，因此第一开关元件Q₁及第二开关元件Q₂关闭，第四开关元件Q₄开启。
并且电容器C开始充电，直到电容器C的电压值达到第三开关元件Q₃的开启电压时，第三开关元件Q₃开启以启动风扇模块21进行散热。需要注意的是，风扇系统2可通过电容器C与电阻器R₃的充电电路，使得流经风扇模块21的电流以较为缓慢的速率增加，使其达到软启动的效果。
当电子系统的内部温度高于第一温度时，此时感测信号V_t低于第一参考信号V_ref1，因此第一开关元件Q₁开启，第四开关元件Q₄及第三开关元件Q₃关闭，从而使风扇模块21关闭，以达到保护的目的与效果。
同理，当电子系统的内部温度低于第二温度时，此时感测信号V_t高于第二参考信号V_ref2，因此第二开关元件Q₂开启，第四开关元件Q₄及第三开关元件Q₃关闭，从而使风扇模块21关闭，以达到保护的目的与效果。由上述可知，风扇系统2通过温感元件24感测内部温度是否高于上限工作温度或低于下限工作温度，并且在高于上限工作温度或低于下限工作温度时，强制关闭风扇模块21，以防止风扇系统2损坏。
本发明还公开一种温感保护装置，其与风扇模块相配合。温感保护装置系包括启动模块、温感元件以及控制模块，其同上述的启动模块22、温感元件24及控制模块23一样，具有相同的构成与功能，在此不加以赘述。
综上所述，根据本发明的风扇系统及其温感保护装置，通过温感元件测量工作温度处于过高或过低时，关闭风扇模块以达到保护的效果。与现有技术相比较，本发明的风扇系统及其温感保护装置是利用温感元件感测工作温度，以确保风扇系统运作正常，并可取代模拟式控制芯片以降低整体生产成本。
以上所述仅仅是示例性的，而不是限制性的。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在后附的申请专利范围中。