CN101729006B

CN101729006B - 一种微风吊扇调速器

Info

Publication number: CN101729006B
Application number: CN2009102325295A
Authority: CN
Inventors: 孙培勇; 颜知安
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2029-12-07
Also published as: CN101729006A

Abstract

一种微风吊扇调速器，该调速器设置于交流市电电源与微风吊扇之间，调速器连接交流市电电源，输出端与微风吊扇的交流电源输入端对接；调速器设有交流周波检测电路、比例周波控制电路及其所属的包括按键开关、LED显示器在内的外设器件和功率驱动电路；交流市电电源经交流周波检测电路后，输出与市电同频同相的方波信号至比例周波控制电路中的单片机的外部中断输入口，单片机根据不同键值，输出不同比例的周波信号，该周波信号经过功率驱动电路输出至微风吊扇电源插头端，通过选取一定数量的完整周期正弦波馈入风扇，改变风扇的工作频率，实现微风吊扇的调速。

Description

一种微风吊扇调速器

技术领域

本发明涉及吊扇的转速调节，尤其是一种微风吊扇调速器。

背景技术

微风吊扇是人们夏日避暑纳凉的日常用品，它以价格便宜、省电节能深受广大民众的喜爱。但市面上的微风吊扇都没有调速功能，一些体弱、老人、儿童因长时间使用后，常出现身体不适，甚至感冒发烧。由于微风吊扇采用的是永久磁铁励磁的同步电动机，其转速是由交流市电频率决定的，普通调相调速器无法胜任调节其转速，只有用变频器才能实现，而变频器价格昂贵。所以微风吊扇调速问题一直没有很好解决。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术之不足，提供一种微风吊扇调速器，在不改变现有各种型号的微风吊扇结构情况下，从交流市电中按需选取一定数量完整周期正弦波馈入风扇，控制市电输入至电扇的周波数而改变电扇的工作频率，从而改变电扇的转速，解决了微风吊扇调速问题。

本发明由以下技术方案实现：一种微风吊扇调速器，特征在于：该调速器设置于交流市电电源与微风吊扇之间，调速器输入端连接交流市电电源，调速器输出端与微风吊扇的交流电源输入端对接；调速器设有交流周波检测电路、比例周波控制电路以及功率驱动电路，其中，比例周波控制电路设有单片机以及包括按键电路、LED显示器在内的外设；交流市电电源经交流周波检测电路后，输出与市电同频同相的方波信号至比例周波控制电路中的单片机的外部中断输入口，单片机根据不同按键值，输出不同比例的周波信号，该周波信号输入功率驱动电路，功率驱动电路的输出与交流市电电源以及微风吊扇的电源插头构成串联回路；通过选取设定数量的完整周期正弦波馈入风扇，改变风扇的工作频率，实现微风吊扇的调速。

所说交流周波检测电路包括光电隔离周波采样电路、放大整形电路；比例周波控制电路设有单片机以及速度按键电路、定时按键电路、LED速度状态显示、LED定时状态显示，交流周波检测电路中放大整形电路的放大器输出端与单片机的外部中断输入口相连，单片机通过输入输出口与按键电路、速度状态显示元件、定时状态显示元件相连接；功率驱动电路包括放大器以及双向可控硅，双向可控硅的T2端为功率驱动电路的输出端，此端与交流市电的一端共同构成调速器的输出端。

交流周波检测电路含电阻、二极管以及光电耦合器共同构成光电隔离周波采样电路，至少一个三极管构成的三极管放大器和电阻构成放大整形电路，二极管的正端分别接交流市电的一端和光电耦合器的输入负端，二极管的负端分别接光电耦合器的输入正端和第一电阻的一端，第一电阻的另一端接交流市电的另一端，此端也是调速器的一个输出端；光电耦合器中的三极管集电极作为光耦一个输出端接三极管放大器的输入端，此端还通第二电阻接直流电源正端，光电耦合器中的三极管发射极作为光耦另一输出端接三极管放大器的接地端，三极管放大器的输出端接比例周波控制电路单片机的外部中断输入口，同时此端还通第三电阻接直流电源正端；

功率驱动电路含电阻、电容、至少一个三极管构成的三极管放大器以及双向可控硅，比例周波控制电路单片机的其中一个输入输出口通过第四电阻连接于三极管放大器的输入端，放大器的输出端连接双向可控硅的控制端，同时此端还通第五电阻接地，双向可控硅的T1端接地，双向可控硅的T2端为功率驱动电路的输出端，此端还通过第六电阻与一个电容串联后接地，功率驱动电路中所有接地端均与交流周波检测电路中二极管的正端连接，三极管放大器的第三端通过第七电阻接直流电源正端；

外设按键电路含两个电阻分别串联两个按键开关后再并联，两个电阻的另一端接直流电源正端，两个按键开关的另一端接地，两个电阻与两个按键之间分别连接在比例周波控制电路单片机的其中两个输入输出口上。

所说放大整形电路和功率驱动电路中的三极管放大器可以是一个NPN管或一个PNP管，也可由NPN～NPN管、PNP～PNP管、NPN～PNP管、PNP～NPN管构成的达林顿放大电路。

所说功率驱动电路中，在双向可控硅的控制端与三极管放大器之间，还设有双向可控硅光电耦合器。

所说调速器可制成带有插座孔的外接式，微风吊扇电源插头插入插座孔，调速器电源插头与交流市电电源连接；调速器也可制成内藏式，将微风吊扇电源插头藏入调速器内与调速器输出端连接。

本发明的优点及显著效果：本发明没有采用昂贵的变频器，而是设计了一种比例周波调功器，按需选取一定数量完整周期正弦波馈入风扇，改变风扇的工作频率，从而实现了微风吊扇的调速。本发明采用周波检测、单片机比例抽波、双向可控硅开关电路，从交流市电中按需选取一定数量完整周期正弦波馈入风扇，改变风扇的工作频率，从而实现了微风吊扇的调速。实时周波检测电路具备了良好的跟踪性，风扇不会因电网波动而抖动或堵转，风量调节明显，转速平稳，通过外部按键和状态显示，能方便明了地改变通断周波比例。可以使微风吊扇在交流12～50HZ之间工作。风量大小可调，风扇转速均匀、平稳，不堵转，不改变现有微风吊扇结构，只要把微风吊扇电源插头插入本装置即可。本发明同样适用于其它电机、加热器的功率调节，且具有高频干扰小，制造成本低的特点。

附图说明

图1是本发明电路框图；

图2是本发明电路图；

图3是图2中的功率驱动电路采用双向可控硅光耦合器功率驱动电路图；

图4a～4f分别是本发明中可采用的六种三极管放大器；

图5a～5c分别是市电交流周波图、本发明交流周波检测电路输出信号图、本发明通断比例2∶1时调速器输出端的波形即通过电扇的交流波形图；

图6是本发明中单片机控制程序说明图；

图7a、7b分别调速器的“外接式”和“内藏式”实施图；

具体实施方式

参看图1，交流市电同时进入交流周波检测电路1和功率驱动电路3，交流周波检测电路输出与市电同频同相的方波信号至比例周波控制电路2中的单片机的外部中断输入口，单片机根据外部按键电路4不同键值，输出不同比例的周波信号(发生中断时，单片机内部计数器计数值与按键模式对应数进行比较，输出需求数量的周波。由于采用外部中断，有很好的实时性确保周波的完整)，周波信号输入功率驱动电路3，功率驱动电路的输出端与交流市电电源的一端构成调速器的输出端A、B，对接微风吊扇的电源插头端，单片机通过输入输出口与LED状态显示5连接。

参看图2，交流周波检测电路1含电阻R1、R2，二极管D1以及光电耦合器IC1共同构成光电隔离周波采样电路，一个NPN三极管放大器Q1和电阻R3构成放大整形电路，光耦IC1与Q1放大器以并联方式连接(也可串联方式连接)。二极管D1的正端分别接交流市电的一端和光电耦合器IC1的输入负端，二极管D1的负端分别接光电耦合器IC1的输入正端和电阻R1的一端，R1的一另端接交流市电的另一端，此端也是调速器的一个输出端A；光电耦合器IC1的三极管集电极输出接NPN三极管放大器的基极输入端，此端还通电阻R2接直流电源VCC，过光电耦合器IC1的三极管发射极输出接NPN三极管放大器的发射极接地端，NPN三极管放大器的集电极输出端接比例周波控制电路单片机IC2的外部中断输入口，同时此端还通电阻R3接直流电源VCC。

功率驱动电路3可采用无光电隔离功率驱动电路，含电阻R6、R7、R9、R10，电容C1，一个NPN三极管放大器Q2以及双向可控硅VT1。比例周波控制电路单片机IC2的一个输入输出口通过电阻R6连接NPN三极管放大器的基极输入端，NPN三极管放大器的发射极输出端连接双向可控硅的控制端G，以串联方式连接(也可并联方式连接)，同时此端还通过电阻R9接地，双向可控硅的T1端接地，双向可控硅的T2端为功率驱动电路的输出端B，此端还通过电阻R10与电容C1串联后接地，功率驱动电路中所有接地端均与交流周波检测电路中二极管D1的正端连接，NPN三极管放大器的集电极通过电阻R7接直流电源VCC。

外设按键电路4含两个电阻R11、R12分别串联两个按键开关S1、S2后再并联，R11、R12的另一端接直流电源VCC，两个按键开关S1、S2的另一端接地，两个电阻与两个按键之间分别连接在比例周波控制电路单片机IC2的两个输入输出口上。

LED状态显示器5包括速度状态显示和定时状态显示，当按下按键开关S1或S2，按键的键值发生变化，单片机IC2根据不同的S1键值输出对应的比例周波信号到功率驱动电路，同时通过输入输出口点亮速度状态显示器对应的LED灯；单片机IC2根据不同的S2键值输出对应定时器值，同时通过输入输出口点亮定时状态显示器中对应的LED灯。

上述功率驱动电路中，也可采用有光电隔离的功率驱动电路，如图3，在双向可控硅VT1的控制端G与NPN三极管放大器Q2之间设有可控硅光耦合器IC3。R6、R7、R8、R9、R10、C1、Q2放大器、IC3双向可控硅光耦、VT1双向可控硅构成功率驱动。Q2放大器输出端与IC3可控硅光耦控制端以串联方式连接(也可并联方式连接)，VT1双向可控硅T1极与交流周波检测电路中二极管正端所连接的市电一端连接，VT1双向可控硅T2极与B相连。在驱动功率较小的微风吊扇时VT1双向可控硅可以省去，直接用IC3双向可控硅光电耦合器驱动，此时，IC3双向可控硅光电耦合器两输出端中，一端与交流周波检测电路中二极管正端所连接的市电一端连接，另一端接B。

上述交流周波检测电路和功率驱动电路中的三极管放大器也可采用一个PNP管，或由NPN～NPN管、PNP～PNP管、NPN～PNP管、PNP～NPN管构成的达林顿放大电路。如图4。不同极性管构成放大器时，放大器的输入、输出端和管脚的对应关系是不同的，其具体连接是公知常识，不再赘述。

图5a所示的是市电交流周波图，交流市电经过交流周波检测电路，输出图5b所示的市电同频同相的方波信号，信号送入比例周波控制器单片机外部中断输入口，单片机根据外部不同键值，输出一定通断比例的周波信号，再将信号输入功率驱动电路，完成对微风吊扇的调速。图5c是通断比例2∶1时A，B输出端的波形，既通过电扇的交流波形。电扇此时工作频率是市电频率的三分之二，电扇速度为原速度的三分之二。

比例周波控制器单片机工作原理图6所示：主程序，首先初始化单片机外部中断，设定通断寄存器ON，OFF初始值，然后循环扫描按键，将键值对应数送入寄存器ON，OFF，点亮对应状态灯。由交流周波检测电路输出信号触发单片机外部中断，进入中断程序，导通标志寄存器K_ON加一同寄存器ON比较，K_ON值小于ON值，单片机输出信号为零。K_ON值大于ON值，关闭标志寄存器K_OFF同寄存器OFF比较，K_OFF值大于OFF值，K_ON，K_OFF清零返回。K_OFF值小于OFF值，K_OFF加一单片机输出信号为1。从而完成根据键值输出一定数量的通断信号。

参看图7，调速器外壳设有电源开关4、速度控制按键开关S1、定时控制按键开关S2、速度状态显示7、定时状态显示5。a)为“外接式”，将将微风吊扇电源插头1直接插入调速器插座2内；b)为“内藏式”，由于调速器操作经常拿在手里，考虑到安全性，把微风吊扇的电源插头1内藏在调速器外壳6内与调速器输出端连接，确保插头整体不外露。在调速器外壳后盖9上可装有螺丝。

Claims

1.一种微风吊扇调速器，其特征在于：该调速器设置于交流市电电源与微风吊扇之间，调速器输入端连接交流市电电源，调速器输出端与微风吊扇的交流电源输入端对接；调速器设有交流周波检测电路、比例周波控制电路以及功率驱动电路，其中，比例周波控制电路设有单片机以及包括按键电路、LED显示器在内的外设；交流周波检测电路含由电阻、二极管以及光电耦合器共同构成的光电隔离周波采样电路，以及由至少一个三极管构成的三极管放大器和电阻构成的放大整形电路，二极管的正端分别接交流市电的一端和光电耦合器的输入负端，二极管的负端分别接光电耦合器的输入正端和第一电阻的一端，第一电阻的另一端接交流市电的另一端，此端也是调速器的一个输出端；光电耦合器中的三极管集电极作为光耦一个输出端接三极管放大器的输入端，此端还通过第二电阻接直流电源正端，光电耦合器中的三极管发射极作为光耦另一输出端接三极管放大器的接地端，三极管放大器的输出端接比例周波控制电路的单片机的外部中断输入口，同时此端还通过第三电阻接直流电源正端；功率驱动电路含电阻、电容、至少一个三极管构成的三极管放大器以及双向可控硅，比例周波控制电路的单片机的其中一个输入输出口通过第四电阻连接于三极管放大器的输入端，放大器的输出端连接双向可控硅的控制端，同时此端还通过第五电阻接地，双向可控硅的T1端接地，双向可控硅的T2端为功率驱动电路的输出端，此端还通过第六电阻与一个电容串联后接地，功率驱动电路中所有接地端均与交流周波检测电路中二极管的正端连接，三极管放大器的第三端通过第七电阻接直流电源正端；

交流市电电源经交流周波检测电路后，输出与市电同频同相的方波信号至比例周波控制电路中的单片机的外部中断输入口，单片机根据不同按键值，输出不同比例的周波信号，该周波信号输入功率驱动电路，功率驱动电路的输出与交流市电电源以及微风吊扇的电源插头构成串联回路；通过选取设定数量的完整周期正弦波馈入风扇，改变风扇的工作频率，实现微风吊扇的调速。

2.根据权利要求1所述的微风吊扇调速器，其特征在于：比例周波控制电路设有单片机以及速度按键电路、定时按键电路、LED速度状态显示元件、LED定时状态显示元件，交流周波检测电路中放大整形电路的放大器输出端与单片机的外部中断输入口相连，单片机通过输入输出口与按键电路、LED速度状态显示元件、LED定时状态显示元件相连接；功率驱动电路包括放大器以及双向可控硅，双向可控硅的T2端为功率驱动电路的输出端，此端也是调速器的另一个输出端。

3.根据权利要求2所述的微风吊扇调速器，其特征在于：按键电路含两个电阻分别串联两个按键开关后再并联，两个电阻的另一端接直流电源正端，两个按键开关的另一端接地，两个电阻与两个按键之间分别连接在比例周波控制电路单片机的其中两个输入输出口上。

4.根据权利要求1所述的微风吊扇调速器，其特征在于：放大整形电路和功率驱动电路中的三极管放大器是一个NPN管或一个PNP管，或由NPN～NPN管、PNP～PNP管、 NPN～PNP管、PNP～NPN管构成的达林顿放大电路。

5.根据权利要求1所述的微风吊扇调速器，其特征在于：功率驱动电路中，在双向可控硅的控制端与三极管放大器之间，还设有双向可控硅光电耦合器。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的微风吊扇调速器，其特征在于：调速器制成带有插座孔的外接式，微风吊扇电源插头插入插座孔，调速器电源插头与交流市电电源连接，调速器制成内藏式，将微风吊扇电源插头藏入调速器内与调速器输出端连接。

7.根据权利要求1或2或3或4或5所述的微风吊扇调速器，其特征在于：调速器制成内藏式，将微风吊扇电源插头藏入调速器内与调速器输出端连接。