低成本风速计防尘

本应用笔记介绍了一种低成本电路，该电路可以检测机箱风扇过滤器何时被灰尘堵塞。它通过使用温度传感器来确定冷却风扇气路中晶体管的冷却速率来实现这一点，从而实现简单的热风速计。

随着更高的功耗水平强调了对冷却的需求（尤其是处理器），越来越多的风扇进入小型电子外壳。然而，风扇吸入这些外壳的灰尘可能会给高可靠性系统带来重大问题。通过涂覆散热器和带电组件，它充当毯子，提高这些组件与空气之间的有效热阻。

解决这个问题的一种简单方法是在进气口上放置一次性过滤器。但是，如果用户未能定期更换过滤器，它可能会堵塞并充当空气坝。这种情况比原来的问题更糟糕。试图通过用转速计信号感应风扇旋转来检测堵塞的过滤器是没有用的，因为风扇旋转与气流没有直接关系。

通过使用“热线”风速计确定实际气流，可以检测到过滤器维护不良，但大多数电子风速计既昂贵又笨重。作为替代方案，可以使用 I/O 扩展器、一些廉价开关和低成本远程温度传感器创建 SMBus™/I²C 风速计（图 1）。该传感器利用晶体管的基极至发射极电压（Q3）来确定晶体管的结温。气流确定如下：

图1.通过加热温度传感元件（Q3），然后记录其返回原始温度1°C以内的时间，该风速计测量气流速率。

使用 SMBus I/O 扩展器 IC4，关闭 MOSFET Q1 和 Q2，并打开模拟开关 IC2 和 IC3。测量环境空气温度，Q3没有预热。然后，要施加电流加热Q3，请关闭IC2和IC3，并打开Q1和Q2。允许大约五分钟的“浸泡”以达到温度平衡。（平衡所需的确切加热时间取决于设置，必须通过实验确定。

达到平衡后，通过关闭Q3和Q1来断开Q2的电源，然后打开模拟开关IC2和IC3进行温度测量。气流与温度下降的速率直接相关，可以通过注意晶体管恢复到其原始温度的1°C以内所需的时间来确定。

温度传感器向基极结注入非常小的电流，因此布局对于防止DXP和DXN线路产生噪声非常重要。如果要将远程晶体管安装在空气通道中，则使用双绞线连接将允许长达12英尺的距离。下表列出了放置在距离风扇约 12 英寸处的传感器的气流与冷却时间的关系，该风扇以全速 （12V）、中速 （8V）、低速 （6V） 和零速（关闭）运行。

 

扇 电压	冷却 时间
12	30 秒
8	47 秒
6	60 秒
无风扇	84 秒

 

较长的电源浸泡时间（最多 30 分钟）不会显著改变这些值。

当Q200加热时，电路吸收约3mA电流。如果这种功耗是一个问题，则可以将测量频率降低到每小时甚至每天的周期，因为气流的变化会随着时间的推移而缓慢发生。还可以在系统活动低时安排测量，此时整体功耗下降。

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