DKK | EUR | USD

Opdeling af kontrol- og beskyttelsesmuligheder for DC-ventilatorer

Af Jeff Smoot, VP of Apps Engineering and Motion Control at CUI Devices

Som et velkendt og bredt implementeret termisk styringsapparat kan DC-ventilatorer bruges individuelt, i serie eller parallelt til at give tvungen luft-konvektionskøling. Deres alsidighed og relativt enkle betjening har gjort dem til et solidt valg til at forbedre slutapplikationens termiske profil i mange år. Forankret i grundlæggende fysik er den bevægelige luft, som ventilatorer producerer, effektiv til at køle komponenter ved at absorbere varme og derefter overføre den varme ud af en enhed, der skal spredes. Imidlertid påvirkes deres effektivitet af flere faktorer, og ingeniører kan drage fordel af en bedre forståelse af de funktioner og muligheder, der er tilgængelige for DC-ventilatorer for at forbedre deres pålidelighed og effektivitet.

Diagram over naturlig konvektion vs. konvektionskøling med tvungen luftFigur 1: Naturlig konvektion vs. køling med tvungen luft (billedkilde: CUI Devices)

For at begynde valgsprocessen for DC-ventilator skal en ingeniør foretage nogle grundlæggende termiske analyser for at beregne minimumsbehovet for luft. En typisk termisk analyse kan omfatte modellering af varmekilder, omgivende forhold og temperaturstigning. Andre faktorer såsom ventilatorens størrelse, dens orientering og luftstrømens vej inden for applikationen skal også overvejes for at sikre, at en passende løsning implementeres. CUI Devices 'blog, “Understanding Airflow Fundamentals for Proper Dc Fan Selection” giver yderligere detaljer om termisk analyse og udvælgelsesprocessen.

Med den termiske analyse afsluttet og den valgte størrelse og nominelle ventilator valgt, er det eneste, der er tilbage, at tænde for blæseren og lade den komme i gang, ikke? Mens drift af en ventilator på fuld tid kan tjene sit formål i visse scenarier, giver kontinuerlig køling med tvungen luft generelt ikke en energieffektiv eller langsigtet løsning. Dagens DC-ventilatorer tilbyder designere en række kontrol-, overvågnings- og beskyttelsesmuligheder for at forbedre deres termiske styringsfunktioner. Resten af denne artikel vil sigte mod at dække disse funktioner, så designere kan drage fordel af mere avancerede kontrolteknikker i ventilatorer.

On/off-cykling

Som nævnt ovenfor vil fuldtids ventilatorfunktion helt sikkert holde temperaturfølsomme komponenter kølige, men ignorerer både den strøm, den bruger, og det faktum, at ventilatorer har bevægelige dele med en begrænset levetid. Når ventilatorer kører, producerer de også hørbar støj, der kan være uønsket i en række applikationer og miljøer.

On/off-cykling af en ventilator omkring et temperaturindstillingspunkt er en alternativ tilgang, der kan afhjælpe nogle af manglerne ved kontinuerlig ventilatorfunktion. On/off ventilatorstyringsteknikken kan spare strøm ved at begrænse driftstiden, lægge mindre belastning på en ventilators bevægelige komponenter og reducere hørbar støj, når ventilatoren cykler ud, når temperaturen falder under sætpunktet.

On/off-ventilatorkontrol er imidlertid også for forenklet til en tilgang til tvungen luftkøling på mange måder og har sit eget sæt mangler. Først og fremmest introducerer on/off-kontrolteknikken cyklusser med varmt og koldt til de temperaturfølsomme komponenter. Termisk cykling kan være lige så skadeligt eller værre for kritiske komponenter end drift ved konstant forhøjede temperaturer. Dette skyldes, at termisk cykling skaber forskelle i temperaturkoefficienter, der forårsager yderligere belastning på materialer og loddefuger, hvilket fører til for tidlig svigt.

Dernæst er den faktor, der er uundgåelig termisk overskridelse. Dette er tidsforsinkelsen mellem at blæseren tændes, og når den tvungne luft, den producerer, faktisk begynder at køle af. I løbet af denne tidsforsinkelse kan overophedning af komponenterne opstå, medmindre "blæser på" sætpunktet sænkes. Ved at sænke sætpunktet øges også tiden, hvor blæseren tændes og skaber lyd. Endelig er hysterese nødt til at blive implementeret for at undgå hurtig til- og frakobling af setpunktet, ofte kendt som 'chattering'.

Grafen nedenfor hjælper med at illustrere det termiske overskridelsesdilemma forårsaget af termisk forsinkelse i on/off-ventilatorstyringsapplikationer. Denne graf tegner den ønskede sætpunkt-temperatur med et trinskift (lyseblå) sammen med tænd/sluk-cykling af blæseren (grøn) og den aktuelle temperatur (mørkeblå).

Diagram over on/off-cykling kan føre til termisk overskridelse og forsinkelseFigur 2: On/off-cykling kan føre til termisk overskridelse og forsinkelse (billedkilde: CUI Devices)

Dagens ventilatorstyringsmuligheder

Dagens DC-ventilatorer har råd til designere en række kontrol- og beskyttelsesmuligheder, der giver mulighed for mere finjusterede termiske styringssystemer. Disse avancerede designs tager grundlæggende on/off-ventilatorstyring til et nyt niveau af ydeevne, effektivitet og pålidelighed. Der er også beskyttelsesmuligheder, der opdager problemer, før de forårsager skader på ventilatoren og komponenterne, som blæseren køler af. Nogle af de mest almindelige ventilatorstyrings- og beskyttelsesmuligheder er beskrevet nedenfor:

Pulsbreddemodulation

Pulsbreddemodulation (PWM) er en almindelig metode, der bruges til at kontrollere og ændre ventilatorhastigheden baseret på forskellige termiske forhold. PWM-baseret variabel hastighedskontrol resulterer i bedre driftseffektivitet, når den parres med avancerede kontrolalgoritmer, der kan tilpasse sig driftsdynamikken, der matcher blæserhastighed til termisk belastning.

On/off-ventilatorkontrol kan også opgraderes ved hjælp af denne metode, samt ved at vedtage proportional-integral-derivat (PI og PID) styringsstrategier med lukket kredsløb. Disse strategier hjælper med at undgå termisk overskridelse eller underskridning på trods af belastningsændringer ved at sikre, at luftstrømmen holder forholdene ved den ønskede nominelle temperatur.

Indbygget omdrejningstællersignal

Brugt til feedback fra lukket-sløjfe kredsløb og mere avanceret ventilatorstyring, indlejret omdrejningstæller registrerer og rapporterer om en ventilators rotationshastighed ved at måle frekvensen af et pulserende udgangssignal. Det fungerer også som en stopsensor, der advarer brugere, hvis blæseren har stoppet driften på grund af strømtab, forhindringer osv. At være i stand til at opdage disse problemer så hurtigt som muligt er en stor fordel for systemets drift og giver mulighed for hurtig afbrydelse beskytte temperaturfølsomme komponenter.

Auto-genstart beskyttelse

Auto-genstart-beskyttelse registrerer, når blæsermotoren forhindres i at rotere, og skærer automatisk drevstrømmen. Dette beskytter ventilatorkredsløbet og underretter ventilatorens regulator om øjeblikkelige problemer på grund af nedlukningen af strømmen.

Rotationsdetektering/låsesensor

Bruges til at registrere, om en blæsermotor kører eller stoppes, og rotationsdetektering/låsesensor er en beskyttelse mod problemer ved opstart eller under drift.

Sammenfatning

Når en applikation producerer overskydende varme, er DC-ventilatorer et almindeligt valg for at holde komponenter inden for deres driftsgrænser og forbedre varmeafledning. Mens valg og kørsel af en blæser kontinuerligt efter nogle grundlæggende termiske analyser helt sikkert er en mulighed, kan mere avancerede blæserstyringer og -beskyttelse tilbyde designere en større driftslevetid og effektivitet. CUI Devices har en omfattende portefølje af DC-ventilator og blæsere med en række størrelser, luftgennemstrømninger, hastigheder og kontroller for at gøre denne proces enkel.

Disclaimer: The opinions, beliefs, and viewpoints expressed by the various authors and/or forum participants on this website do not necessarily reflect the opinions, beliefs, and viewpoints of Digi-Key Electronics or official policies of Digi-Key Electronics.

Om denne forfatter

Jeff Smoot, VP of Apps Engineering and Motion Control at CUI Devices

Article provided by Jeff Smoot of CUI Devices.