THB | USD

การทำลายตัวเลือกการควบคุมและการป้องกันสำหรับพัดลม DC

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

ในฐานะที่เป็นอุปกรณ์จัดการระบายความร้อนที่รู้จักกันดีและใช้กันอย่างแพร่หลาย พัดลม dc สามารถใช้แยกกันเป็นชุดหรือแบบขนานเพื่อให้การระบายความร้อนด้วยการหมุนเวียนอากาศแบบบังคับ ความเก่งกาจและการใช้งานที่ค่อนข้างเรียบง่ายทำให้พวกเขาเป็นตัวเลือกที่ดีในการปรับปรุงโปรไฟล์ระบายความร้อนของแอปพลิเคชันสุดท้ายเป็นเวลาหลายปี มีรากฐานมาจากฟิสิกส์พื้นฐานอากาศเคลื่อนที่ที่พัดลมผลิตขึ้นนั้นมีประสิทธิภาพในการทำความเย็นโดยการดูดซับความร้อนแล้วถ่ายเทความร้อนนั้นออกจากอุปกรณ์เพื่อกระจายไป อย่างไรก็ตามประสิทธิภาพได้รับผลกระทบจากปัจจัยหลายประการและวิศวกรจะได้รับประโยชน์จากความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับคุณสมบัติและตัวเลือกที่มีให้สำหรับพัดลม dc เพื่อปรับปรุงความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ

แผนภาพการพาความร้อนตามธรรมชาติเทียบกับการพาความเย็นด้วยอากาศบังคับรูปที่ 1: การพาความร้อนตามธรรมชาติเทียบกับการหมุนเวียนอากาศแบบบังคับ (ที่มาของภาพ: CUI อุปกรณ์)

ในการเริ่มต้นกระบวนการเลือกพัดลม dc วิศวกรจะต้องทำการวิเคราะห์เชิงความร้อนขั้นพื้นฐานเพื่อคำนวณหาความต้องการการไหลเวียนของอากาศขั้นต่ำ การวิเคราะห์เชิงความร้อนโดยทั่วไปอาจรวมถึงการสร้างแบบจำลองของแหล่งความร้อนสภาพแวดล้อมและอุณหภูมิที่สูงขึ้น ปัจจัยอื่น ๆ เช่นขนาดของพัดลมการวางแนวและเส้นทางการไหลเวียนของอากาศภายในแอปพลิเคชันจะต้องได้รับการพิจารณาเพื่อให้แน่ใจว่ามีการใช้โซลูชันที่เหมาะสม บล็อกของอุปกรณ์ CUI “การทำความเข้าใจพื้นฐาน Airflow สำหรับการเลือกพัดลม Dc ที่เหมาะสม” ให้รายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการวิเคราะห์เชิงความร้อนและกระบวนการคัดเลือก

ด้วยการวิเคราะห์ความร้อนอย่างครบถ้วนและเลือกขนาดและพัดลมที่เหมาะสมแล้ว ที่เหลือก็คือการเปิดพัดลมและปล่อยให้มันทำงาน ถูกมั้ยครับ? ในขณะที่การใช้งานพัดลมเต็มเวลา สามารถตอบสนองวัตถุประสงค์ของมันได้ในบางสถานการณ์ โดยทั่วไปการระบายความร้อนด้วยอากาศแบบบังคับอย่างต่อเนื่องไม่ได้เป็นวิธีแก้ปัญหาที่ประหยัดพลังงานหรือในระยะยาว พัดลม dc ในปัจจุบันนำเสนอชุดตัวเลือกการควบคุมการตรวจสอบและการป้องกันสำหรับนักออกแบบเพื่อเพิ่มความสามารถในการจัดการความร้อน ส่วนที่เหลือของบทความนี้จะครอบคลุมคุณสมบัติเหล่านี้ดังนั้นนักออกแบบจึงสามารถใช้ประโยชน์จากเทคนิคการควบคุมพัดลมขั้นสูงได้

เปิด/ปิดรอบการหมุน

ตามที่ระบุไว้ข้างต้นการทำงานของพัดลมแบบเต็มเวลาจะทำให้ส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิเย็นลงอย่างแน่นอน แต่จะไม่สนใจทั้งพลังงานที่สิ้นเปลืองและความจริงที่ว่าพัดลมที่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวซึ่งมีอายุการใช้งานจำกัด เมื่อพัดลมกำลังทำงานพวกเขายังสร้างเสียงรบกวนที่อาจไม่ต้องการในการใช้งานและสภาพแวดล้อมที่หลากหลาย

การเปิด/ปิดการหมุนพัดลมรอบ ๆ จุดอุณหภูมิเป็นอีกวิธีหนึ่งที่สามารถบรรเทาข้อบกพร่องบางประการของการทำงานของพัดลมต่อเนื่องได้ เทคนิคการควบคุมพัดลมเปิด/ปิดสามารถประหยัดพลังงานได้โดยการจำกัดเวลาในการทำงานลดความเครียดให้กับชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของพัดลมและลดเสียงรบกวนเมื่อพัดลมปิดตัวลงเมื่ออุณหภูมิลดลงต่ำกว่าค่าที่ตั้งไว้

อย่างไรก็ตามการควบคุมการเปิด/ปิดพัดลมยังง่ายเกินไปสำหรับวิธีการระบายความร้อนด้วยอากาศบังคับในหลาย ๆ วิธีและมีข้อบกพร่องของตัวเอง ประการแรกเทคนิคการควบคุมการเปิด/ปิดจะแนะนำวงจรของความร้อนและเย็นให้กับส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ วัฏจักรความร้อนอาจเป็นอันตรายหรือแย่กว่าสำหรับส่วนประกอบที่สำคัญมากกว่าการทำงานที่อุณหภูมิสูงขึ้นอย่างต่อเนื่อง เนื่องจากวัฏจักรความร้อนสร้างความแตกต่างของค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิซึ่งทำให้เกิดความเครียดเพิ่มเติมกับวัสดุและข้อต่อบัดกรีซึ่งนำไปสู่ความเสียหายก่อนเวลาอันควร

ต่อไปเป็นปัจจัยของการระบายความร้อนที่ไม่สามารถหลีกเลี่ยงได้ นี่คือการหน่วงเวลาระหว่างการเปิดพัดลมและเมื่ออากาศที่ถูกบังคับพัดลมจะเริ่มเย็น ในระหว่างการหน่วงเวลานี้ส่วนประกอบอาจมีความร้อนสูงเกินไปเว้นแต่ว่าค่าที่ตั้งไว้ "พัดลมเปิด" จะลดลง นอกจากนี้การลดค่าที่ตั้งไว้จะทำให้เวลาที่พัดลมเปิดทำงานและสร้างเสียงรบกวนจะเพิ่มขึ้น สุดท้ายเพื่อหลีกเลี่ยงการเปิดและปิดอย่างรวดเร็วในการสลับรอบ setpoint ซึ่งมักเรียกกันว่า "chattering" จำเป็นต้องดำเนินการ hysteresis

กราฟด้านล่างช่วยแสดงให้เห็นถึงภาวะที่กลืนไม่เข้าคายไม่ออกของระบบระบายความร้อนที่เกิดจากความล่าช้าในการเปิด/ปิดพัดลม กราฟนี้จะแสดงอุณหภูมิที่ตั้งไว้ที่ต้องการด้วยการเปลี่ยนแปลงขั้นตอน (สีฟ้าอ่อน) พร้อมกับการเปิด/ปิดการหมุนของพัดลม (สีเขียว) และอุณหภูมิจริง (สีน้ำเงินเข้ม)

แผนภาพการเปิด/ปิดพัดลมอาจทำให้เกิดความร้อนเกินและล้าได้รูปที่ 2: การเปิด/ปิดพัดลมอาจทำให้เกิดความร้อนเกินและล้าได้ (ที่มาของภาพ: CUI อุปกรณ์)

ตัวเลือกการควบคุมพัดลมของวันนี้

พัดลม dc ในปัจจุบันทำให้นักออกแบบมีตัวเลือกการควบคุมและการป้องกันที่หลากหลายซึ่งช่วยให้สามารถปรับแต่งระบบการจัดการระบายความร้อนได้ดียิ่งขึ้น การออกแบบขั้นสูงเหล่านี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือในระดับใหม่ นอกจากนี้ยังมีตัวเลือกการป้องกันที่ตรวจจับปัญหาก่อนที่จะก่อให้เกิดความเสียหายกับพัดลมและส่วนประกอบของพัดลมระบายความร้อน ตัวเลือกการควบคุมและการป้องกันพัดลมทั่วไปบางส่วนมีดังต่อไปนี้:

การมอดูเลตความกว้างพัลส์

การมอดูเลตความกว้างพัลส์ (PWM) เป็นวิธีการทั่วไปที่ใช้ในการควบคุมและเปลี่ยนความเร็วพัดลมโดยพิจารณาจากสภาวะความร้อนที่แตกต่างกัน การควบคุมความเร็วตัวแปรตาม PWM ส่งผลให้ประสิทธิภาพการทำงานดีขึ้นเมื่อจับคู่กับอัลกอริธึมการควบคุมขั้นสูงซึ่งสามารถปรับให้เข้ากับพลวัตการทำงานที่ตรงกับความเร็วของพัดลมกับโหลดความร้อน

นอกจากนี้ยังสามารถอัพเกรดการควบคุมพัดลมเปิด/ปิดได้โดยใช้วิธีนี้โดยใช้กลยุทธ์การควบคุมวงปิดตามสัดส่วน-ปริพันธ์-อนุพันธ์ (PI และ PID) กลยุทธ์เหล่านี้ช่วยหลีกเลี่ยงการระบายความร้อนเกินหรือขาดช่วงแม้จะมีการเปลี่ยนแปลงของโหลดโดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่ากระแสลมจะรักษาสภาวะที่อุณหภูมิที่กำหนดไว้

สัญญาณมาตรวัดความเร็วในตัว

ใช้สำหรับการตอบรับแบบวงปิดและการควบคุมพัดลมขั้นสูงยิ่งขึ้นความรู้สึกมาตรวัดความเร็วแบบฝังและรายงานเกี่ยวกับความเร็วในการหมุนของพัดลมโดยการวัดความถี่ของสัญญาณเอาต์พุตพัลซิ่ง นอกจากนี้ยังทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ล็อคที่แจ้งเตือนผู้ใช้หากพัดลมหยุดทำงานเนื่องจากการสูญเสียกำลังไฟสิ่งกีดขวาง ฯลฯ การตรวจพบปัญหาเหล่านี้โดยเร็วที่สุดเป็นประโยชน์หลักในการทำงานของระบบและช่วยให้สามารถปิดเครื่องได้อย่างทันท่วงที ปกป้องส่วนประกอบที่ไวต่ออุณหภูมิ

การป้องกันการรีสตาร์ทอัตโนมัติ

การป้องกันการรีสตาร์ทอัตโนมัติจะตรวจจับเมื่อมอเตอร์พัดลมถูกป้องกันไม่ให้หมุนและตัดกระแสของไดรฟ์โดยอัตโนมัติ สิ่งนี้ช่วยป้องกันวงจรพัดลมไดรฟ์และแจ้งให้ตัวควบคุมพัดลมทราบถึงปัญหาที่เกิดขึ้นทันทีเนื่องจากการปิดกระแสไฟของไดรฟ์

เซ็นเซอร์ตรวจจับการหมุน/ล็อค

ใช้เพื่อตรวจจับว่ามอเตอร์พัดลมทำงานหรือหยุดทำงานหรือไม่เซ็นเซอร์ตรวจจับการหมุน/ล็อคเป็นตัวป้องกันปัญหาเมื่อสตาร์ทเครื่องหรือระหว่างการทำงาน

สรุป

เมื่อแอปพลิเคชันก่อให้เกิดความร้อนส่วนเกิน พัดลม dc เป็นตัวเลือกทั่วไปในการรักษาส่วนประกอบให้อยู่ในขอบเขตการทำงานและเพื่อปรับปรุงการกระจายความร้อน ในขณะที่การเลือกและใช้งานพัดลมอย่างต่อเนื่องหลังจากการวิเคราะห์ความร้อนขั้นพื้นฐานเป็นทางเลือกหนึ่งอย่างแน่นอนการควบคุมและการป้องกันพัดลมขั้นสูงที่มากขึ้นสามารถช่วยให้นักออกแบบมีอายุการใช้งานและประสิทธิภาพที่ดีขึ้น อุปกรณ์ CUI มีผลงานที่ครอบคลุมของ พัดลมและเครื่องเป่าลม dc ด้วยขนาดการไหลเวียนของอากาศความเร็วและการควบคุมที่หลากหลายเพื่อให้กระบวนการนี้ง่ายขึ้น

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.

About this author

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

Article provided by Jeff Smoot of CUI Devices.