🏽 🙇🏻 🤚 整流模块监控器 🎾 🍆 🚄

当前，许多技术分支都使用现成的开关整流器模块-AC-DC转换器。

与变压器电源相比，它们的尺寸要小得多，同时效率也很高（高达96％）。但是，其中大多数（特别是具有高输出功率的模块）都需要强制冷却，这就是为什么它们具有内置风扇的原因。

该风扇的故障（或其严重污染）可能导致内置电子电路过热和整流器故障。例如，如果这种整流器为蜂窝通信提供了重要的设备，例如它是基站电源单元（EPU）的一部分，那么其故障后果将非常可悲。

因此，经常不仅需要控制冷却风扇本身的故障，而且还需要预测冷却风扇在不久的将来可能发生的故障。某些AC-DC转换器具有内置风扇速度传感器（转速表）和电路，当速度降至极限值以下时会发出警报。但是，并非所有整流器都具有这样的电路，因此经常需要某种外部控制设备。

乍一看，最简单的方法是连接风扇本身并处理来自风扇的信号。但是此选项并非始终可用，因为它需要打开整流器外壳并确定其内部电路。这通常是不可能的，因为整流器可以在保修期内。

因此，挑战是开发一种检测故障的非接触方法。下面，我将描述一种基于控制通过整流器的空气流量原理的方法。如果有这样的气流，将对风扇的运行做出结论。空气流的温度将给出整流器内部平均温度的相当准确的值，这将使预测过热引起的故障成为可能。

风扇停止控制选项

尽管我在上面写了控制风扇的方法，但我将使用一种估计空气流量的方法，但实际上，实验始于测试风扇叶轮的光学控制。为此，使用未调制的LED点亮工作风扇，并在光电探测器处评估可变组件。假定来自叶轮瓣的反射将给出一些可变分量，该可变分量是转速的倍数。但是，它的电平却极低（风扇为哑黑色，反射很小），并且考虑到恒定分量，信号的动态范围非常大。

从这里，我得出结论，光学方法是不可靠的，因此是不可接受的。

接下来，我继续进行主版本并估算空气流量。的确，这里有两个选择-以机械方式（通过悬垂的叶片的挠度）或通过热流量计的原理（通过气流的热传递）评估流量。

第一种选择似乎很容易实现，但是在操作上可能并不可靠：叶轴的任何污染等。可能会干扰整流器监控设备的运行。

第二种选择似乎更有效。在这种情况下，可以获得气流的数值估计（实际上，这将是空气质量流量传感器），因此可以对风扇的状态进行分析。同时，还可以获得通过整流器驱动的空气温度的估算值（但这可能需要使用另一个温度传感器）。

布局

为了构建布局，我使用了连接到实验室电源的0.25 W输出电阻形式的加热器以及温度传感器（万用表热电偶）：

风扇停止控制设备的布局图

在此布局上，我们研究了空气流量在各种温度下对热电偶温度的影响。加热器和传感器的组合（它们相对于气流方向的相对位置不同，加热器和传感器之间的距离（d）不同）。

通过整流器进气格栅的部分或完全重叠来控制气流。

实验结果如下。经典形式的热流量计的原理在加热器温度较低时几乎没有用。事实证明，工作风扇的气流过大，从加热器到传感器的热量传递不明显。由于加热器或传感器表面的污染/扬尘可能导致过热，因此不希望温度升高。

最有效的是通过气流评估加热器的冷却程度。同时，将固定功率“泵送”到加热器中，以确保以高于环境温度的固定值进行加热。在实验中，选择约30℃的值。

在这种情况下，传感器位于加热器表面附近（d≈1÷2 mm），并且在没有流动的情况下可以自由地从辐射中加热。该方法实际上消除了传感器和加热器的相对位置相对于整流器的气流和对流的影响。

整流器气流比加热器的温度要低得多，因此冷却时会导致传感器温度下降。从上面的描述可以看出，测量原理与热流量计有很大不同，在热流量计中，气流通过加热器传递的热量使传感器的温度升高。

在全空气流（环境温度为22°C）和无空气流的实验中，传感器的温度差为7°C或更高（温度差随加热器功率的增加而增加），平均约为10°C。

图中显示了实验结果：

温度与加热器两端的电压之间的关系

虚线显示了加热器两端的温度与电压之间的关系（0.25 W电阻器，电阻为1 kOhm），其中风扇有全部空气流通，而实心加热器则具有部分阻塞的整流器进气格栅。

从该图可以看出，提出的解决方案使我们能够记录风扇停止的事实，并量化其可操作性程度以预测其故障。

下面显示了用于评估通过气流冷却加热器的程度的组装模型的照片。

模拟风扇停止

在没有空气流动的情况下，热电偶记录的温度约为50°C。

风扇的气流进入传感器，

当风扇的气流进入传感器时，温度急剧下降至24°C。

创建一个原型

整流器监控器的原型基于PIC16F1824微控制器和两个MCP9700A热传感器制成。使用与布局方案中相同的功率为0.25 W的电阻器作为加热器：

整流器监视器的外观

一个热传感器（在加热电阻器旁边）用于估计来自风扇的空气流量，另一个热传感器用于测量整流器内部的温度。

板上还安装了RS-485驱动程序，以将多个此类监视器连接到网络。 DIP开关设置特定监视器的地址。

实际的电子控制单元上安装的监视器的外观如下所示：

电子控制单元上安装的监视器

几种类似的设备已经在实际的ECU上进行了测试。确定风扇是否停止的时间平均约为30秒。原则上，可以通过减少阈值的变化来减少它，但是客户对该选项感到满意。

整流模块监控器

风扇停止控制选项

布局

创建一个原型

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