一种风扇控制电路及一种主机的制作方法

1.本发明涉及主机风扇控制领域，特别涉及一种风扇控制电路及一种主机。


背景技术：

2.当前，服务器系统的风扇控制一般使用专用的hot swap控制芯片搭配外围电路完成，为了适应多种应用场景，hot swap内部集成了非常多的功能模块，从而具有极高的通用性。但是，在实际应用中hot swap控制芯片大多数功能都未用到，属于冗余设计，造成功能浪费，同时hot swap控制芯片需要从国外进口，硬件成本较高。
3.因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是目前本领域技术人员需要解决的问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种成本低、功能不冗余的风扇控制电路及一种主机。其具体方案如下：
5.一种风扇控制电路，包括：电源、cpld、金手指形式的风扇接口、比较器、电流采样模块和开关模块，其中：
6.所述电源通过所述开关模块连接所述风扇接口的电源引脚，所述电流采样模块对所述电源输出的电流进行采样；
7.所述比较器的同相输入端与所述cpld的电源开关引脚连接，反相输入端与所述电流采样模块的输出端连接；
8.所述开关模块由所述比较器的输出端控制；
9.所述cpld与所述风扇接口的在位信号引脚连接；
10.当所述风扇接口接有风扇时，所述在位信号引脚向所述cpld发出在位信号，所述cpld接到所述在位信号后通过所述电源开关引脚发出高电平的电源导通信号，以使所述比较器输出高电平控制所述开关模块导通，由所述电源为所述风扇供电。
11.优选的，所述电流采样模块包括差分放大器和采样电阻，其中：
12.所述电源通过所述采样电阻与所述开关模块连接；
13.所述差分放大器的同相输入端和反相输入端分别连接于所述采样电阻两端，输出端与所述比较器的反相输入端连接。
14.优选的，所述差分放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运放、第二运放和第三运放，其中：
15.所述第一运放的同相输入端与所述采样电阻的电流输入端连接；
16.所述第一运放的反相输入端与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端均连接；
17.所述第一运放的输出端与所述第一电阻的第二端、所述第四电阻的第一端连接；
18.所述第二运放的同相输入端与所述采样电阻的电流输出端连接；
19.所述第二运放的反相输入端与所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端连接；
20.所述第二运放的输出端与所述第三电阻的第二端、所述第五电阻的第一端连接；
21.所述第三运放的反相输入端与所述第四电阻的第二端、所述第六电阻的第一端连接；
22.所述第三运放的同相输入端与所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第一端连接；
23.所述第三运放的输出端与所述第六电阻的第二端连接并作为所述差分放大器的输出端；
24.所述第七电阻的第二端接地。
25.优选的，所述第一电阻与所述第三电阻的阻值相同，所述第四电阻和所述第五电阻的阻值相同，所述第六电阻和所述第七电阻的阻值相同。
26.优选的，所述风扇控制电路还包括：
27.电压采样模块，用于对所述风扇接口的所述电源引脚进行电压采样；
28.adc转换模块，用于将所述电流采样模块和所述电压采样模块输出的模拟信号转换为数字信号并发送给所述cpld；
29.所述cpld还用于接收所述adc转换模块的数字信号并计算所述风扇的功率。
30.优选的，所述风扇控制电路还包括模拟开关，用于分时接通所述电流采样模块与所述adc转换模块、所述电压采样模块与所述adc转换模块。
31.优选的，所述风扇接口的所有金手指形式的引脚中，所述在位信号引脚最短，接地引脚最长。
32.优选的，所述风扇控制电路还包括：
33.与所述电源引脚连接的接地tvs。
34.优选的，所述电流采样模块还用于当检测到电流超过电流阈值，输出电平比所述电源导通信号更高的过流信号，以使所述比较器输出低电平控制所述开关模块关断。
35.相应的，本技术还公开了一种主机，包括如上文任一项所述风扇控制电路。
36.本技术公开了一种风扇控制电路，包括：电源、cpld、金手指形式的风扇接口、比较器、电流采样模块和开关模块，其中：所述电源通过所述开关模块连接所述风扇接口的电源引脚，所述电流采样模块对所述电源输出的电流进行采样；所述比较器的同相输入端与所述cpld的电源开关引脚连接，反相输入端与电流采样模块的输出端连接；所述开关模块由所述比较器的输出端控制；所述cpld与所述风扇接口的在位信号引脚连接；当所述风扇接口接有风扇时，所述在位信号引脚向所述cpld发出在位信号，所述cpld接到所述在位信号后通过所述电源开关引脚发出高电平的电源导通信号，以使所述比较器输出高电平控制所述开关模块导通，由所述电源为所述风扇供电。本技术公开的风扇控制电路，在满足各种场景下控制风扇的需求时，使用较少的电路单元，避免了冗余设计，节省了pcb空间，以较低的成本达到了专用控制芯片的控制效果。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
38.图1为本发明实施例中一种风扇控制电路的结构分布图；
39.图2为本发明实施例中一种具体的风扇控制电路的结构分布图。
具体实施方式
40.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.hot swap控制芯片的大多数功能在实际应用中都未用到，属于冗余设计，造成功能浪费，同时hot swap控制芯片需要从国外进口，硬件成本较高。本技术公开的风扇控制电路，在满足各种场景下控制风扇的需求时，使用较少的电路单元，避免了冗余设计，节省了pcb空间，以较低的成本达到了专用控制芯片的控制效果。
42.本发明实施例公开了一种风扇控制电路，包括：电源v、cpld 1、金手指形式的风扇接口2、比较器u1、电流采样模块3和开关模块4，其中：
43.电源v通过开关模块4连接风扇接口2的电源引脚，电流采样模块3对电源v输出的电流进行采样；
44.比较器u1的同相输入端与cpld 1的电源开关引脚连接，反相输入端与电流采样模块3的输出端连接；
45.开关模块4由比较器u1的输出端控制；
46.cpld 1与风扇接口2的在位信号引脚连接；
47.当风扇接口2接有风扇时，在位信号引脚向cpld 1发出在位信号，cpld 1接到在位信号后通过电源开关引脚发出高电平的电源导通信号，以使比较器u1输出高电平控制开关模块4导通，由电源v为风扇供电。
48.可以理解的是，风扇控制电路中可包括一个或多个风扇接口2，每个风扇接口2在插入风扇后，cpld 1检测到风扇接口的在位信号，控制电源v对风扇供电，同时cpld 1通过与风扇接口2的连接向其发送pwm控制信号。
49.具体的，若风扇接口2没有接入风扇，则在位信号引脚不会向cpld 1发出在位信号，cpld 1的电源开关引脚为低电平，此时电源v与风扇接口2的电路未导通，电流采样模块3采集到的电流值为0，比较器输出低电平，开关模块4断开，风扇接口2不带电；
50.若风扇接口2接入风扇，在位信号引脚将向cpld 1发出在位信号，cpld 1在接到在位信号后，发出高电平的电源导通信号，由比较器u1的同相输入端接收，同时由于此时电源v和风扇接口2的电路尚未导通，电流采样模块3采集到的电源v输出的电流值为0，因此比较器u1的反相输入端的电压值极低，使比较器u1输出高电平，从而控制开关模块4导通，从而使电源v与风扇接口2的供电通路导通，以便电源v为风扇供电。
51.之后当电源v输出的电流处于正常电流范围，电流采样模块3向比较器u1输出的电压值依然处于低电平范围，也即低于电源导通信号的高电平，从而比较器u1的输出信号依
然控制开关模块4保持导通，由电源v为风扇供电。
52.可以理解的是，一旦电源v输出的电流超出正常电流范围，电流采样模块3向比较器u1输出的电压值将变大，高过电源导通信号的高电平，从而比较器u1的输出信号为低，控制开关模块4断开，风扇接口2断电，实现风扇的过流保护，因此，电流采样模块3还用于当检测到电流超过电流阈值，输出电平比电源导通信号更高的过流信号，以使比较器u1输出低电平控制开关模块4关断。
53.可以理解的是，这里提到比较器u1根据同相输入端和反相输入端的电压变化控制开关模块4的状态，实际上是以电流采样模块3的输出作为比较器u1的参考电压，对cpld 1的电源开关引脚的高电平或低电平进行比较，因此电流采样模块3的电路，需要根据上文中各情况中所提到的电源开关引脚对应的电压比较范围进行设计，从而使风扇的供电电流始终保持在安全范围内，进而保证了风扇的热插拔安全。
54.本技术公开的风扇控制电路，在满足各种场景下控制风扇的需求时，使用较少的电路单元，避免了冗余设计，节省了pcb空间，以较低的成本达到了专用控制芯片的控制效果。
55.本发明实施例公开了一种具体的风扇控制电路，相对于上一实施例，本实施例对技术方案作了进一步的说明和优化。具体的，参见图2所示：
56.其中，电流采样模块3包括差分放大器和采样电阻rpr：
57.电源v通过采样电阻rpr与开关模块4连接；
58.差分放大器的同相输入端和反相输入端分别连接于采样电阻r两端，输出端与比较器u1的反相输入端连接。
59.可以理解的是，本实施例中的采样电阻rpr选择精密采样电阻，该电阻串联在电源v和开关模块4的通路上，精密采样电阻能够尽量降低对通路的压降影响。差分放大器则利用多个运算放大器及其外围电阻实现，差分放大器的放大倍数有外围电阻决定。
60.进一步的，差分放大器包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一运放u2、第二运放u3和第三运放u4，其中：
61.第一运放u2的同相输入端与采样电阻rpr的电流输入端连接；
62.第一运放u2的反相输入端与第一电阻r1的第一端、第二电阻r2的第一端均连接；
63.第一运放u2的输出端与第一电阻r1的第二端、第四电阻r4的第一端连接；
64.第二运放u3的同相输入端与采样电阻rpr的电流输出端连接；
65.第二运放u3的反相输入端与第二电阻r2的第二端、第三电阻r3的第一端连接；
66.第二运放u3的输出端与第三电阻r3的第二端、第五电阻r5的第一端连接；
67.第三运放u4的反相输入端与第四电阻r4的第二端、第六电阻r6的第一端连接；
68.第三运放u4的同相输入端与第五电阻r5的第二端、第七电阻r7的第一端连接；
69.第三运放u的输出端与第六电阻r的第二端连接并作为差分放大器的输出端；
70.第七电阻r7的第二端接地。
71.进一步的，差分放大器中的电阻满足以下关系：第一电阻r与第三电阻r的阻值相同，第四电阻r和第五电阻r的阻值相同，第六电阻r和第七电阻r的阻值相同。
72.此时该差分放大器的放大倍数为k＝(1+(2
×
r1)/r2)r6/r4；其计算式中的电阻表示对应的阻值。
73.在图2中，采样电阻rpr的电流输入端为pwr_sensor_p，电流输出端为pwr_sensor_n，差分放大器的输出电压为uo，根据k、pwr_sensor_p以及pwr_sensor_n决定。
74.进一步的，比较器u1的反相输入端接收差分放大器的输出电压uo，同相输入端使用串联电阻r8和r9分压的方式接入cpld 1的电源导通信号pwr_en，当电源导通信号pwr_en为高电平，高电平的电压值为3.3v，比较器u1的同相输入端的电压应当为vr＝r9/(r8+r9)
×
3.3v。
75.可以理解的是，在实际应用中，上述比较器u1、第一运放u2、第二运放u3和第三运放u4可通过一个四路运算放大器集成芯片中的四个运放实现，从而节省布线空间和设计成本。
76.更进一步的，开关模块4可通过两个开关管实现，例如图2中的三极管q1和功率pmos管pq1，其中比较器u1输出端通过一个电阻连接三极管q1的基极b，三极管q1的集电极c连接功率pmos管pq1的栅极g，三极管q1的发射极e接地，功率pmos管pq1的源极s连接采样电阻rpr的电流输出端，栅极d连接风扇接口2的电源引脚v_fan。
77.进一步的，风扇控制电路还可包括：
78.电压采样模块5，用于对风扇接口2的电源引脚进行电压采样；
79.adc转换模块6，用于将电流采样模块3和电压采样模块5输出的模拟信号转换为数字信号并发送给cpld 1；
80.cpld 1还用于接收adc转换模块6的数字信号并计算风扇的功率。
81.具体的，电压采样模块5通常采用电阻r10和r11分压的方式实现，从而得到该电源引脚v_fan的采样电压信号v_test＝r11/(r10+r11)
×
v_fan。
82.利用adc转换模块6将电流采样模块3输出的模拟信号uo以及电压采样模块5输出的模拟信号v_test转为数字信号并发送给cpld 1，由cpld 1计算该风扇的功率。
83.进一步的，考虑到本实施例的风扇控制电路中可能包括多个风扇接口2，可能接有多个风扇，因此对多个风扇的功率参数的采样，可采用分时模式轮询进行，也即：风扇控制电路还包括模拟开关7，用于分时接通电流采样模块3与adc转换模块6、电压采样模块5与adc转换模块6，cpld 1在收到同一个风扇的电流和电压的采样值后，可确定该风扇当前功率。cpld 1通过该模拟开关7也可检测风扇上电完成信号pgd。总之该模拟开关7可用于本实施例风扇控制中时限要求不高的信号的传输和检测。
84.进一步的，考虑到不同电位的稳定，可在必要的电位点增加瞬态抑制二极管tvs，例如与电源v连接的接地tvs 1，再例如与电源引脚连接的接地tvs2，以及与风扇接口2上风扇转速反馈引脚tach连接的接地tvs 3，与在位信号引脚prn连接的接地ts4等。同时，pwm控制信号由cpld发出，经过两级开关管q2和q3隔离，然后到达风扇接口2。
85.更进一步的，考虑到电路安全，可对风扇接口2的金手指形式的引脚的长度进行设置，具体遵循原则为：风扇接口2的所有金手指形式的引脚中，在位信号引脚最短，接地引脚最长，从而防止带电插拔时电流过冲。
86.本实施例中的风扇控制电路，具有器件引脚少、封装小型化、外围电路简单、pcb空间少、走向方便的优点，相较原本成本较高的进口芯片，成本大幅下降，且不存在功能冗余浪费的情况。
87.相应的，本技术还公开了一种主机，包括如上文任一项所述风扇控制电路。
88.其中，风扇控制电路的具体细节可以参照上文实施例中的相关描述，此处不再赘述。
89.其中，本实施例中主机具有与上文实施例中风扇控制电路相同的技术效果，此处不再赘述。
90.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
91.以上对本发明所提供的一种风扇控制电路及一种主机进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种风扇控制电路，其特征在于，包括：电源、cpld、金手指形式的风扇接口、比较器、电流采样模块和开关模块，其中：所述电源通过所述开关模块连接所述风扇接口的电源引脚，所述电流采样模块对所述电源输出的电流进行采样；所述比较器的同相输入端与所述cpld的电源开关引脚连接，反相输入端与所述电流采样模块的输出端连接；所述开关模块由所述比较器的输出端控制；所述cpld与所述风扇接口的在位信号引脚连接；当所述风扇接口接有风扇时，所述在位信号引脚向所述cpld发出在位信号，所述cpld接到所述在位信号后通过所述电源开关引脚发出高电平的电源导通信号，以使所述比较器输出高电平控制所述开关模块导通，由所述电源为所述风扇供电。2.根据权利要求1所述风扇控制电路，其特征在于，所述电流采样模块包括差分放大器和采样电阻，其中：所述电源通过所述采样电阻与所述开关模块连接；所述差分放大器的同相输入端和反相输入端分别连接于所述采样电阻两端，输出端与所述比较器的反相输入端连接。3.根据权利要求2所述风扇控制电路，其特征在于，所述差分放大器包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一运放、第二运放和第三运放，其中：所述第一运放的同相输入端与所述采样电阻的电流输入端连接；所述第一运放的反相输入端与所述第一电阻的第一端、所述第二电阻的第一端均连接；所述第一运放的输出端与所述第一电阻的第二端、所述第四电阻的第一端连接；所述第二运放的同相输入端与所述采样电阻的电流输出端连接；所述第二运放的反相输入端与所述第二电阻的第二端、所述第三电阻的第一端连接；所述第二运放的输出端与所述第三电阻的第二端、所述第五电阻的第一端连接；所述第三运放的反相输入端与所述第四电阻的第二端、所述第六电阻的第一端连接；所述第三运放的同相输入端与所述第五电阻的第二端、所述第七电阻的第一端连接；所述第三运放的输出端与所述第六电阻的第二端连接并作为所述差分放大器的输出端；所述第七电阻的第二端接地。4.根据权利要求3所述风扇控制电路，其特征在于，所述第一电阻与所述第三电阻的阻值相同，所述第四电阻和所述第五电阻的阻值相同，所述第六电阻和所述第七电阻的阻值相同。5.根据权利要求1所述风扇控制电路，其特征在于，还包括：电压采样模块，用于对所述风扇接口的所述电源引脚进行电压采样；adc转换模块，用于将所述电流采样模块和所述电压采样模块输出的模拟信号转换为数字信号并发送给所述cpld；所述cpld还用于接收所述adc转换模块的数字信号并计算所述风扇的功率。
6.根据权利要求5所述风扇控制电路，其特征在于，还包括模拟开关，用于分时接通所述电流采样模块与所述adc转换模块、所述电压采样模块与所述adc转换模块。7.根据权利要求1所述风扇控制电路，其特征在于，所述风扇接口的所有金手指形式的引脚中，所述在位信号引脚最短，接地引脚最长。8.根据权利要求7所述风扇控制电路，其特征在于，还包括：与所述电源引脚连接的接地tvs。9.根据权利要求1至8任一项所述风扇控制电路，其特征在于，所述电流采样模块还用于当检测到电流超过电流阈值，输出电平比所述电源导通信号更高的过流信号，以使所述比较器输出低电平控制所述开关模块关断。10.一种主机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述风扇控制电路。

技术总结
本申请公开了一种风扇控制电路及一种主机，该风扇控制电路包括：电源、CPLD、风扇接口、比较器、电流采样模块和开关模块，电源通过开关模块连接风扇接口的电源引脚，电流采样模块对电源输出的电流采样；比较器的同相输入端与CPLD的电源开关引脚连接，反相输入端与电流采样模块的输出端连接；开关模块由比较器的输出端控制；CPLD与风扇接口的在位信号引脚连接；当风扇接口接有风扇时，在位信号引脚向CPLD发出在位信号，以使比较器输出高电平控制开关模块导通，由电源为风扇供电。本申请公开的风扇控制电路，使用较少的电路单元，避免了冗余设计，节省了PCB空间，以较低的成本达到了控制风扇的效果。扇的效果。扇的效果。


技术研发人员：池金波
受保护的技术使用者：山东云海国创云计算装备产业创新中心有限公司
技术研发日：2021.11.05
技术公布日：2022/3/8