En gjennomgang av regulerings- og beskyttelsesalternativer for DC-vifter

Som en kjent og allment implementert termisk styringsenhet, kan DC-vifter brukes individuelt, i serie eller parallelt for å gi konveksjonskjøling med tvungen luft. Viftenes allsidighet og relativt enkle drift har gjort dem til et solid valg for å forbedre sluttprodukters termiske profil i mange år. Rotfestet i grunnleggende fysikk, er den bevegelige luften som viftene produserer effektiv i kjølekomponenter ved å absorbere varme og deretter avlede varmen fra en enhet og overføre den ut. Imidlertid påvirkes deres effektivitet av flere faktorer, og ingeniører kan dra nytte av en bedre forståelse av funksjonene og alternativene som er tilgjengelige for DC-vifter for å forbedre påliteligheten og virkningsgraden deres.

Figur 1: Naturlig konveksjon kontra tvungen konveksjonsavkjøling med luft (Bildekilde: Same Sky)

For å starte valgsprosessen av en passende DC-vifte, må en ingeniør utføre noen grunnleggende termiske analyser for å beregne minimumskravet til luftstrøm. En typisk termisk analyse kan omfatte modellering av varmekilder, omgivelsesforhold og temperaturøkning. Andre faktorer som størrelsen på viften, viftens retning og luftstrømningsbanen i utrustningen må også tas i betraktning for å sikre at en egnet løsning implementeres. Same Sky sin bloggpost , «Forstå det grunnleggende om luftstrømmer for riktig valg av DC-vifte» gir ytterligere detaljer om termisk analyse og valgprosessen.

Med fullført termisk analyse og vifte med egnet størrelse og klassifisering valgt, er alt som står igjen å forsyne viften – så den kommer i gang, ikke sant? Mens bruk av en vifte som går hele tiden kan tjene sitt formål i visse scenarier, gir kontinuerlig kjøling med tvungen luft generelt ikke en energieffektiv eller langsiktig løsning. Dagens DC-vifter tilbyr designere en serie med alternativer for regulering, overvåking og beskyttelse for å forbedre de termiske reguleringsfunksjonene deres. Resten av denne artikkelen vil ta sikte på å dekke disse funksjonene, slik at designere kan dra nytte av mer avanserte viftereguleringteknikker.

På/av-sykluser

Som nevnt ovenfor, vil heltidsdrift av viften helt sikkert holde temperaturfølsomme komponenter kjølige, men ignorerer både strømforbruket og det faktum at vifter har bevegelige deler med begrenset levetid. Når viftene kjører, produserer de også hørbar støy som kan være uønsket i en rekke bruksområder og miljøer.

På/av-sykluser for en vifte rundt et temperaturinnstillingspunkt er en alternativ tilnærming som kan dempe noen av manglene ved kontinuerlig viftedrift. På/av-teknikken for vifteregulering kan spare strøm ved å begrense kjøretiden, legge mindre belastning på en viftes bevegelige komponenter og redusere hørbar støy når viften er avslått, når temperaturen faller under settpunktet.

Men på/av-vifteregulering er også for forenklet tilnærming til kjøling med tvungen luft som på mange måter har sine mangler. Først og fremst introduserer på/av-reguleringsteknikken sykluser for varmt og kaldt til de temperaturfølsomme komponentene. Termisk syklus kan være like skadelig eller verre for kritiske komponenter enn drift ved konstante forhøyede temperaturer. Dette skyldes at termisk syklus skaper forskjeller i temperaturkoeffisienter som forårsaker ytterligere belastning på materialer og loddeforbindelser, noe som fører til for tidlig svikt.

Deretter er faktoren for uunngåelig termisk overskridelse. Dette er tidsforsinkelsen mellom viftens slås på og når tvangsluften den produserer faktisk begynner å avkjøles. I løpet av denne tidsforsinkelsen kan det oppstå overoppheting av komponentene med mindre settpunktet for «vifte på» senkes. Ved å senke settpunktet økes også tiden viften slås på og det skapes hørbar støy. Til slutt må hysterese implementeres for å unngå rask påsetting og avslutning rundt settpunktet, ofte kjent som «skrangling».

Grafen nedenfor hjelper til med å illustrere det dilemmaet med termiske overskridelse, forårsaket av termisk forsinkelse i utrustninger med på/av-vifteregulering. Denne grafen plotter ønsket settpunkttemperatur med en trinnvis endring (lyseblå), sammen med på/av-syklus for viften (grønn) og den faktiske temperaturen (mørkeblå).

Figur 2: På/av-viftesyklus kan føre til termisk overskridelse og forsinkelse (Bildekilde: Same Sky)

Dagens viftereguleringalternativer

Dagens DC-vifter gir designere en matrise med en rekke regulering- og beskyttelsesalternativer som gir mulighet for mer finjusterte termiske reguleringssystemer. Disse avanserte konstruksjonene tar grunnleggende av/på-vifteregulering til et nytt nivå av ytelse, virkningsgrad og pålitelighet. Beskyttelsesalternativer er også tilgjengelige som oppdager problemer før de forårsaker skade på viften og komponentene viften kjøler. Noen av de vanligste vifteregulering- og beskyttelsesalternativene er dekket nedenfor:

Pulsbreddeforvrengning

Pulsbreddemodulering (PWM) er en vanlig metode som brukes til å regulere og endre viftehastigheten basert på varierende termiske forhold. PWM-basert regulering med variabel hastighet gir bedre virkningsgrad ved drift når den er paret med avanserte reguleringalgoritmer som kan tilpasse seg driftsdynamikken som samsvarer med viftehastighet og termisk belastning.

På/av-vifteregulering kan også oppgraderes ved hjelp av denne metoden ved å vedta proporsjonal-integral-derivat (PI og PID) strategier med lukket sløyfe. Disse strategiene bidrar til å unngå termisk overskridelse eller underfall til tross for lastendringer ved å forsikre seg at luftstrømmen holder forholdene ved ønsket settpunkttemperatur.

Integrert turtellersignal

Brukes for tilbakemelding med lukket sløyfe og mer avansert vifteregulering, innebygd turteller registrerer og rapporterer om viftens rotasjonshastighet ved å måle frekvensen til et pulserende utgangssignal. Den fungerer også som en låsingssensor som varsler brukerne hvis viften har stoppet driften på grunn av strømtap, blokkering eller lignende. Å kunne oppdage disse problemene så snart som mulig er en stor fordel for systemdriften og muliggjør avslutninger i tide til å beskytte temperaturfølsomme komponenter.

Automatisk omstartbeskyttelse

Automatisk omstartbeskyttelse oppdager når viftemotoren hindres i å rotere og kutter automatisk driftstrømmen. Dette beskytter viftedrivkretsene og varsler viftereguleringeren om umiddelbare problemer på grunn av stenging av driftstrømmen.

Rotasjonsdeteksjon/låsingssensor

Brukes til å oppdage om en viftemotor er i drift eller stoppet, rotasjonsdeteksjon/låsingssensor er en beskyttelse mot problemer ved oppstart eller under drift.

Sammendrag

Når en utrustning produserer overskuddsvarme, velges det gjerne å bruke DC-vifter for å holde komponentene innenfor driftsgrensene og for å forbedre varmeavledningen. Selv om det er absolutt et alternativ å velge og kjøre en vifte kontinuerlig etter noen grunnleggende termiske analyser, kan mer avanserte viftereguleringer og -beskyttelse tilby designere lengre levetid og høyere virkningsgrad. Same Sky har en omfattende portefølje av DC-vifter og -vifteenheter med en rekke ulike størrelser, luftstrømmer, hastigheter og reguleringer som forenkler denne prosessen.