低成本風(fēng)速計(jì)防塵

本應(yīng)用筆記介紹了一種低成本電路，該電路可以檢測(cè)機(jī)箱風(fēng)扇過濾器何時(shí)被灰塵堵塞。它通過使用溫度傳感器來確定冷卻風(fēng)扇氣路中晶體管的冷卻速率來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的熱風(fēng)速計(jì)。

隨著更高的功耗水平強(qiáng)調(diào)了對(duì)冷卻的需求（尤其是處理器），越來越多的風(fēng)扇進(jìn)入小型電子外殼。然而，風(fēng)扇吸入這些外殼的灰塵可能會(huì)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(dāng)毯子，提高這些組件與空氣之間的有效熱阻。

解決這個(gè)問題的一種簡(jiǎn)單方法是在進(jìn)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(huì)堵塞并充當(dāng)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(jì)信號(hào)感應(yīng)風(fēng)扇旋轉(zhuǎn)來檢測(cè)堵塞的過濾器是沒有用的，因?yàn)轱L(fēng)扇旋轉(zhuǎn)與氣流沒有直接關(guān)系。

通過使用“熱線”風(fēng)速計(jì)確定實(shí)際氣流，可以檢測(cè)到過濾器維護(hù)不良，但大多數(shù)電子風(fēng)速計(jì)既昂貴又笨重。作為替代方案，可以使用 I/O 擴(kuò)展器、一些廉價(jià)開關(guān)和低成本遠(yuǎn)程溫度傳感器創(chuàng)建 SMBus?/I2C 風(fēng)速計(jì)（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(shí)間，該風(fēng)速計(jì)測(cè)量氣流速率。

使用 SMBus I/O 擴(kuò)展器 IC4，關(guān)閉 MOSFET Q1 和 Q2，并打開模擬開關(guān) IC2 和 IC3。測(cè)量環(huán)境空氣溫度，Q3沒有預(yù)熱。然后，要施加電流加熱Q3，請(qǐng)關(guān)閉IC2和IC3，并打開Q1和Q2。允許大約五分鐘的“浸泡”以達(dá)到溫度平衡。（平衡所需的確切加熱時(shí)間取決于設(shè)置，必須通過實(shí)驗(yàn)確定。

達(dá)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(jìn)行溫度測(cè)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(fù)到其原始溫度的1°C以內(nèi)所需的時(shí)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(duì)于防止DXP和DXN線路產(chǎn)生噪聲非常重要。如果要將遠(yuǎn)程晶體管安裝在空氣通道中，則使用雙絞線連接將允許長(zhǎng)達(dá)12英尺的距離。下表列出了放置在距離風(fēng)扇約 12 英寸處的傳感器的氣流與冷卻時(shí)間的關(guān)系，該風(fēng)扇以全速 （12V）、中速 （8V）、低速 （6V） 和零速（關(guān)閉）運(yùn)行。

較長(zhǎng)的電源浸泡時(shí)間（最多 30 分鐘）不會(huì)顯著改變這些值。

當(dāng)Q200加熱時(shí)，電路吸收約3mA電流。如果這種功耗是一個(gè)問題，則可以將測(cè)量頻率降低到每小時(shí)甚至每天的周期，因?yàn)闅饬鞯淖兓瘯?huì)隨著時(shí)間的推移而緩慢發(fā)生。還可以在系統(tǒng)活動(dòng)低時(shí)安排測(cè)量，此時(shí)整體功耗下降。

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