원칙적으로 CPU 팬 모터는 DC-AC 모터인가요?
1. DC 냉각팬의 작동 원리 및 적용
다양한 전원 공급 방법에 따라 DC와 AC의 두 가지 유형의 모터가 있습니다. 컴퓨터에 사용되는 팬은 DC 모터이며 전원 전압은 12V, 속도는 1000~10000rpm입니다.
DC 모터는 직류를 기계로 변환하는 회전 기계입니다.
고정자, 회전자, 정류자의 세 부분으로 구성됩니다. 고정자(주 자극)는 팬 브래킷에 고정되어 있으며 모터의 회전하지 않는 부분입니다.
로터에 있는 두 세트 이상의 코일은 에나멜선으로 만들어지며 권선이라고 합니다. 권선에 전류가 흐르면 자기장이 생성되고, 이는 고정자의 자기장과 상호 작용하여 힘을 생성합니다. 고정자가 고정되어 있으므로 회전자는 힘에 의해 회전합니다.
정류자는 DC 전력을 위한 특수 장치로, 인접한 두 개의 정류자 세그먼트가 각각 절연 시트로 구성됩니다. 회전하는 전기자 권선이 외부 회로에 연결될 수 있도록 고정 브러시를 누르는 정류자 표면에 스프링이 있습니다. 회전자가 특정 각도로 회전하면 정류자는 공급 전압을 다른 권선 쌍에 연결하고 권선에 자기장을 계속 생성합니다. 정류의 존재로 인해 전기자 코일에 수신된 전자기 토크는 변하지 않고 유지되며 이 전자기 토크의 작용으로 전기자가 회전한다는 것을 알 수 있습니다.
로터는 베어링과 하우징 사이의 동적 끼워 맞춤을 사용합니다. 팬 블레이드는 로터에 고정되어 있으므로 로터가 회전하면 팬 블레이드도 로터와 함께 회전합니다. 일반 팬은 일반적으로 팬 작동의 안정성을 향상하고 서비스 수명을 늘리기 위해 오일 함유 베어링을 사용하며 팬의 안정성을 더욱 향상시키고 서비스 수명을 늘리기 위해 일반적으로 고급 유압 베어링을 사용합니다. 팬은 더 효율적인 볼 베어링을 사용합니다.
2. 브러시 모터 및 브러시리스 모터
앞서 언급했듯이 DC 모터는 정류를 위해 카본 브러시를 사용합니다. 카본 브러시의 마찰로 인해 브러시의 수명은 물론 모터의 수명도 단축됩니다. 동시에 브러시는 고속 작동 중에 스파크를 발생시키고 주변 전자 회로에 간섭을 일으킬 수도 있습니다. 이러한 이유로 사람들은 종종 브러시리스 모터라고도 불리는 카본 브러시가 필요하지 않은 DC 모터를 발명했습니다.
브러시리스 모터는 권선을 고정자로, 영구자석을 회전자로 사용하는 구조로, 브러시 모터와 정반대다. 브러시리스 모터는 전자 회로를 사용하여 권선의 에너지 순서를 전환하여 회전 자기장을 생성하고 로터를 밀어 회전시킵니다.
카본 브러시가 없기 때문에 브러시리스 모터는 유지 관리가 필요 없고 수명이 길며 속도 조정 정확도가 높습니다. 따라서 가변 주파수 기술을 적용한 가전제품(가변 주파수 에어컨, 가변 주파수 냉장고 등)은 기존 브러시 모터를 빠르게 대체하고 있으며, 전면 냉각팬도 거의 모두 브러시리스 모터를 사용하고 있다.
3. 가변 주파수 모터의 작동 원리
DC 냉각 팬의 모터를 분해합니다. DC 냉각 팬은 위치에서 식별할 수 있는 가변 주파수 모터를 사용합니다. 코일. 가변 주파수 모터 제어 회로 기판과 제어 칩은 DSP 기능과 구동 장비를 통합하여 회로 구조를 단순화합니다. 제어 칩을 프로그래밍하면 모터 속도를 변경할 수 있습니다.
모터의 구조
가변주파수 모터는 DC 모터의 특성을 가지지만 AC 모터 구조를 사용합니다. 즉, 외부 전원은 DC이지만 DC-AC 가변 주파수 변환기 제어 기술이 사용되며 모터 본체는 완전히 AC 원리에 따라 작동합니다. 따라서 가변 주파수 모터는 "자체 제어형 가변 주파수 동기 모터"라고도 합니다. 모터의 속도 N은 컨트롤러가 설정한 주파수 F에 따라 달라집니다.
3상 스타 결선 방식은 가변 주파수 모터 제어 회로를 갖고 있으며, DC 전원 공급 장치는 MOS 튜브로 구성된 3상 주파수 변환 회로를 통해 모터의 3개 권선에 시분할 전원을 공급한다. . 매 순간, 세 쌍의 권선 중 하나만이 이를 통해 전기를 통과하여 자기장을 생성합니다. 그런 다음 이 권선 쌍에 전원 공급을 중단하고 이러한 방식으로 축이 인접한 다른 쌍의 권선에 전원을 공급합니다. 고정자의 자기장은 공간에서 120도 회전합니다. 회전자는 자기력의 영향을 받아 고정자 자기장을 따라 120도 회전합니다.
A B-, A C-, B C-, B A-, C A-, C B-에 차례로 전압을 가하면 고정자에 회전 자기장이 형성되어 모터가 연속적으로 회전합니다.
가변 주파수 모터의 구동 회로는 주 회로와 제어 회로의 두 부분으로 구성됩니다. 이제 이 두 부분이 동일한 칩에 통합되어 가변 주파수 모터의 모든 제어 기능이 제공됩니다. 일반적으로 사용되는 제어 칩으로는 일본 Sanyo Corporation의 LB1964, 미국 MAXIM Corporation의 MAX6625 및 STMicroelectronics의 ST72141이 있습니다. 업계에서 에너지 절약 및 소음 억제에 대한 관심이 높아지면서 많은 산업용 제품에서 브러시리스 모터를 사용하는 경향이 있으며, 이로 인해 모터 마이크로컨트롤러에 대한 요구 사항이 높아집니다. 차세대 모터 제어 DSP 칩인 TI의 비용 효율적인 TMS320C240은 다음과 같은 용도에 매우 적합합니다. 이 작업을 완료하세요.
IV.가변 주파수 모터의 회로 구성
팬 모터의 작동을 모니터링하기 위해서는 팬 모터에서 속도 신호를 마더보드로 출력하여 모니터링해야 합니다. 팬의 작동. 모니터링 회로는 팬 속도를 표시하는 데 사용되며 팬 정지로 인해 CPU 또는 기타 장치가 타는 것을 방지하기 위해 전자 컴퓨터의 경보 및 생생한 종료를 실현할 수 있습니다. 요즘 가변 주파수 모터는 일반적으로 이 기능을 달성하기 위해 통합 전력 장치를 사용하므로 제어 회로가 크게 단순화됩니다. 정밀한 제어 효과를 얻으려면 회전자 위치를 반영하는 신호가 통합 전력 장치에 입력되어야 합니다. 따라서 가변 주파수 모터에는 모터 위치 피드백 메커니즘이 있어야 합니다. 현재 위치 및 광전 센서가 일반적으로 사용됩니다. 속도 감지.
홀 소자는 1879년 미국 과학자 에드윈 홀(Edwin Hall)이 발견한 홀 효과(Hall Effect)를 기반으로 한 자기 센서이다. 현재 홀 효과를 이용한 자기 센서 제품이 널리 사용되고 있다.
홀 효과의 원리. 에너지가 공급된 반도체 시트 조각에 시트 표면에 수직인 자기장 B가 있으면 시트 양쪽에 전압이 나타납니다(Vh를 홀 전압이라고 함)
가변 주파수 모터 홀소자를 이용하여 측정한 회전자의 상대위치와 획득된 신호를 제어칩에 입력하여 모터를 회전시키게 됩니다. 동시에 신호는 마더보드를 통해서도 출력되어 속도 측정 신호로 사용될 수 있어 일석이조입니다. 정류 펄스는 구형파 신호이기 때문에 마더보드에서 간단한 처리를 한 후 표시 및 제어를 위해 마더보드로 보낼 수 있습니다. 모터의 상 수는 일반적으로 2상 이상이므로 정류 신호의 주파수는 모터 속도의 몇 배이므로, 정류 펄스를 속도 측정 신호로 사용하는 경우에는 분할 연산을 수행하여 구해야 합니다. 실제 모터 속도.
홀 잠금 스위칭 회로 CS2018로 구성된 브러시리스 모터 제어 회로입니다. CS2018은 홀 전압 발생기, 차동 증폭기, 슈미트 트리거 및 오픈 컬렉터 출력단을 통합하여 소형 전력 모터 권선을 직접 구동할 수 있습니다. .
일부 팬은 광전 센서를 사용하여 팬의 속도를 감지합니다. 구체적인 방법은 모터 회전자에 라이트 실드를 설정하여 모터가 회전할 때마다 라이트 실드가 빛을 비추도록 하는 것입니다. 감광관의 빛은 한 번 차단되고 감광관 컬렉터의 전압은 한 번 변경되어 모터 속도를 반영하는 펄스 신호를 얻을 수 있습니다.
위의 소개에서 알 수 있듯이 홀 센서와 광전 센서를 사용하여 얻은 속도 측정 신호에는 차이가 있습니다. 광전 센서를 사용하여 속도를 측정하는 경우 속도 신호의 주파수는 모터 속도와 동일합니다. 홀 장치에서 출력되는 정류 신호를 속도 측정 신호로 사용하는 경우 두 신호의 차이는 몇 배입니다. 2상 모터의 경우 정류 신호의 주파수는 속도의 2배이고, 3상 모터의 정류 신호의 주파수는 속도의 3배입니다. 여기서, 사용시 BIOS에 표시되는 속도가 실제 팬 속도인지 주목해주세요!
5. 속도 조정 방법
DC 모터의 속도를 조정하는 방법에는 전압 조정과 주파수 조정이 있습니다. 브러시 모터를 사용하는 일반 팬은 전압 조정을 통해 속도를 변경할 수 있지만, 가변 주파수 모터를 사용하는 팬은 주파수 조정을 통해서만 속도를 조정할 수 있습니다.
브러시 모터의 경우 공급 전압을 변경하면 회전자 권선의 전류가 변경되므로 토크가 감소함에 따라 모터 속도가 증가합니다. 이러한 종류의 모터의 부하 저항이 증가하면 모터 속도도 그에 따라 감소합니다. 부하가 변할 때 속도를 일정하게 유지하려면 폐쇄 루프 제어를 채택해야 하며 이는 속도 네거티브 피드백을 통해 달성되므로 제어 회로가 상대적으로 복잡합니다.
MIC501 특수 칩을 핵심 및 일부 주변 구성 요소로 사용하여 실용적인 브러시 모터 제어 방식을 구현합니다. 브러시리스 모터 제어 회로를 간단히 비교하면 두 회로 구조의 명백한 차이점을 알 수 있습니다.
브러시 모터 회로에서 모터의 주 회로는 파워 트랜지스터 VT와 직렬로 연결됩니다. VT는 칩의 핀 7에 의해 출력되는 신호가 베이스에 연결됩니다. 베이스 저항 Rb를 통해 VT의 전도도가 제어되고 VT 전도도의 변화에 따라 모터 속도가 변경됩니다. VT가 차단되면 모터가 정지하고, VT가 포화되어 켜지면 모터가 최고 속도로 회전합니다. 서미스터로서 제어 칩의 제1 제어 단자 VT1에 연결되어 자동 속도-온도 제어를 실현하며, 제2 제어 입력 단자에 가변 저항으로 구성된 바이어스 회로를 연결하여 속도 수동 제어를 실현한다.
브러쉬 모터의 속도는 부하의 영향을 받기 때문에 이러한 유형의 모터를 사용하는 팬은 사용 중 먼지와 윤활 불량 등의 요인으로 인해 속도가 느려지거나 심지어 정지되기 쉽습니다. CPU와 같은 구성 요소는 보안을 위협합니다. 컴퓨터 장애 시 팬 속도 저하로 인해 컴퓨터 충돌, 블루 스크린, 재시작이 자주 발생하며, 팬 정지로 인해 칩이 타는 경우도 있습니다.
가변 주파수 모터에서는 속도가 설정 주파수에만 관련되고 부하 및 공급 전압과는 아무런 관련이 없기 때문에 이러한 문제가 거의 발생하지 않습니다. 속도 피드백 제어 없이 일정한 속도를 달성할 수 있으므로 팬이 작동합니다. 안정성과 신뢰성이 크게 향상되었습니다.
이 글을 읽고 나면 Venus 12 팬 액세서리의 속도 조절 손잡이가 가변 주파수 대신 이 팬이 역방향 기술을 사용하는 브러시 모터를 사용하는 것이 아닐까 하는 의문이 들 수도 있습니다. 모터? 브러시 모터는 일반적으로 속도 조정을 위해 직렬 저항을 조정하여 공급 전압을 조정하므로 저항 저항을 조정하면 실제로 공급 전압이 조정됩니다. 실제로는 그렇지 않다. 아날로그 신호를 출력하는 브러시 모터 제어 회로와 달리 가변 주파수 모터의 속도 제어는 전적으로 DSP(디지털 신호 처리) 제어 프로세스를 기반으로 한다. 전위차계 자체에 의해 실현되는 DC 전압 조정은 DSP 칩의 아날로그 신호 입력 끝에서 연결됩니다. 매개변수가 A/D로 변환된 후에도 제어 칩의 출력은 여전히 디지털 신호입니다. 즉, 브러시 모터의 제어 프로세스는 입력에서 출력까지 완전히 아날로그인 반면, 가변 주파수 모터의 제어 회로는 아날로그 신호(예: 온도, 전압 또는 PWM 신호)를 입력하고 디지털 신호를 출력합니다.
일부 고급 팬은 냉각되는 장치의 온도 변화에 따라 자동으로 속도를 조정할 수 있습니다. 프로세스는 온도 센서(서미스터 등)를 사용하여 냉각되는 장치의 온도를 측정하는 것입니다. 냉각된 후 그 값을 팬 제어 회로에 다시 공급하면 제어 회로는 설정된 온도-속도 특성 곡선에 따라 팬 속도를 조정합니다. 팬의 이러한 적응형 기능은 냉각 중인 장치를 효과적으로 보호할 수 있을 뿐만 아니라 온도가 낮을 때 전력 소비와 소음을 줄일 수 있습니다. 일부 제조업체가 자사 제품에 "스마트 팬"(예: Thermaltake Technology의 SMART CASE FAN 11 팬)이라는 명성을 부여하는 이유는 바로 이 기능 때문입니다.
6. 팬 모니터링 및 보호
가변 주파수 모터는 신뢰성이 높지만 장기간 사용하면 속도가 떨어지거나 심지어 정지될 수 있습니다. , 따라서 적시에 문제를 감지할 수 있도록 팬의 작동 상태를 실시간으로 모니터링하는 것이 가장 좋습니다.
현재 팬 자체에 대한 모니터링 방법에는 알람 센서와 속도 센서의 두 가지 유형이 있습니다. 알람 센서는 팬 속도가 특정 임계값보다 낮을 때 알람 신호를 보내는 데 사용할 수 있습니다. , 속도 신호 출력은 팬 속도의 실시간 모니터링이 가능합니다.
팬 회로에서 출력되는 경보 신호에는 "높은 수준"과 "낮은 수준"이라는 두 가지 상태가 있습니다. 두 수준으로 표시되는 의미는 일반적으로 양극 논리 시스템을 따릅니다. ", 낮은 수준은 "정상"을 의미합니다.
팬 회로에서 출력되는 속도 신호는 일반적으로 펄스 형태입니다. 각 웨이브 헤드는 팬의 1회전을 나타냅니다. 이러한 신호는 디스플레이용 데이터 버스를 통해 호스트에 직접 제공될 수 있습니다. 일부 팬의 속도 신호 출력은 팬의 실제 속도가 아니라 속도의 배수입니다. 예를 들어 회전당 2, 4 또는 6개의 펄스가 생성되며 이를 반영하는 실제 속도 신호를 형성하려면 처리되어야 합니다. 팬. 팬 속도가 실제 속도인지 배수인지 확인하려면 타코미터를 사용하여 실제 속도를 측정하고 표시된 데이터와 비교하십시오. 팬의 속도 측정 신호는 일반적으로 3리드 플러그에서 출력됩니다. 3개의 리드 중 노란색과 검정색 선은 각각 12V 전원 공급 장치와 접지이고 다른 색상 선은 속도 신호 출력 선입니다. 일부 3리드 팬의 세 번째 리드는 속도 측정 신호 출력 라인이 아니라 속도 제어 신호가 팬 모터에 입력되는 속도 제어 신호 라인이라는 점에 유의해야 합니다.
7. 고급 팬 배선
일반 팬에는 전원 플러그가 하나만 있으며 사용이 매우 간단합니다. 고급형 팬에는 플러그가 많기 때문에 이러한 고급 기능을 사용하려면 먼저 해당 기능을 파악하고 올바른 설정과 연결을 수행해야 합니다.
1. 온도 측정 신호 연결. 온도 신호는 일반적으로 온도 샘플링을 위한 온도 센서로 서미스터를 사용합니다. Tt Venus 12 팬을 예로 들면 온도 변화로 인해 서미스터의 저항이 변경되므로 입력 신호에는 극성이 없습니다. CPU와 방열판 사이에 서미스터를 놓고 팬에 있는 노란색 신호선의 점퍼를 뽑고 팬의 노란색 신호선을 연결하면 온도 측정 신호선 연결이 완료됩니다. .
2. 속도 조절기 신호선 연결. 수동 속도 조절기는 실제로 가변 저항입니다. 저항을 최소로 조정하면(또는 점퍼로 단락하면) 팬 속도가 가장 낮습니다. 전속력. Tt Venus 12 팬에는 2개의 속도 조절기가 포함되어 있으며 상황에 따라 둘 중 하나를 선택할 수 있습니다. 호스트 케이스 전면 패널의 3.5인치 플로피 드라이브나 호스트 뒷면의 슬롯에 설치할 수 있습니다. 마지막으로 플러그를 팬의 빨간색 와이어 소켓에 연결합니다.