低成本風速計防塵

本應用筆記介紹了一種低成本電路，該電路可以檢測機箱風扇過濾器何時被灰塵堵塞。它通過使用溫度傳感器來確定冷卻風扇氣路中晶體管的冷卻速率來實現(xiàn)這一點，從而實現(xiàn)簡單的熱風速計。

隨著更高的功耗水平強調(diào)了對冷卻的需求（尤其是處理器），越來越多的風扇進入小型電子外殼。然而，風扇吸入這些外殼的灰塵可能會給高可靠性系統(tǒng)帶來重大問題。通過涂覆散熱器和帶電組件，它充當毯子，提高這些組件與空氣之間的有效熱阻。

解決這個問題的一種簡單方法是在進氣口上放置一次性過濾器。但是，如果用戶未能定期更換過濾器，它可能會堵塞并充當空氣壩。這種情況比原來的問題更糟糕。試圖通過用轉(zhuǎn)速計信號感應風扇旋轉(zhuǎn)來檢測堵塞的過濾器是沒有用的，因為風扇旋轉(zhuǎn)與氣流沒有直接關(guān)系。

通過使用“熱線”風速計確定實際氣流，可以檢測到過濾器維護不良，但大多數(shù)電子風速計既昂貴又笨重。作為替代方案，可以使用 I/O 擴展器、一些廉價開關(guān)和低成本遠程溫度傳感器創(chuàng)建 SMBus?/I2C 風速計（圖 1）。該傳感器利用晶體管的基極至發(fā)射極電壓（Q3）來確定晶體管的結(jié)溫。氣流確定如下：

圖1.通過加熱溫度傳感元件（Q3），然后記錄其返回原始溫度1°C以內(nèi)的時間，該風速計測量氣流速率。

使用 SMBus I/O 擴展器 IC4，關(guān)閉 MOSFET Q1 和 Q2，并打開模擬開關(guān) IC2 和 IC3。測量環(huán)境空氣溫度，Q3沒有預熱。然后，要施加電流加熱Q3，請關(guān)閉IC2和IC3，并打開Q1和Q2。允許大約五分鐘的“浸泡”以達到溫度平衡。（平衡所需的確切加熱時間取決于設(shè)置，必須通過實驗確定。

達到平衡后，通過關(guān)閉Q3和Q1來斷開Q2的電源，然后打開模擬開關(guān)IC2和IC3進行溫度測量。氣流與溫度下降的速率直接相關(guān)，可以通過注意晶體管恢復到其原始溫度的1°C以內(nèi)所需的時間來確定。

溫度傳感器向基極結(jié)注入非常小的電流，因此布局對于防止DXP和DXN線路產(chǎn)生噪聲非常重要。如果要將遠程晶體管安裝在空氣通道中，則使用雙絞線連接將允許長達12英尺的距離。下表列出了放置在距離風扇約 12 英寸處的傳感器的氣流與冷卻時間的關(guān)系，該風扇以全速 （12V）、中速 （8V）、低速 （6V） 和零速（關(guān)閉）運行。

較長的電源浸泡時間（最多 30 分鐘）不會顯著改變這些值。

當Q200加熱時，電路吸收約3mA電流。如果這種功耗是一個問題，則可以將測量頻率降低到每小時甚至每天的周期，因為氣流的變化會隨著時間的推移而緩慢發(fā)生。還可以在系統(tǒng)活動低時安排測量，此時整體功耗下降。

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