CN101753083A - 风扇及马达控制装置 - Google Patents

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Abstract

一种风扇及马达控制装置，其中马达控制装置电连接一马达及一交流电源，包括一整流电路、一功率因子校正电路及一马达控制电路，整流电路将交流电源整流后，再通过具升压功能的功率因子校正电路转换为一直流电压输出至马达控制电路，该马达控制电路依据直流电压而产生驱动信号，以驱动马达运转。

Description

风扇及马达控制装置
技术领域
本发明涉及一种风扇及马达控制装置，特别是涉及一种通过功率因子校正电路提供的电压信号或利用该电压信号结合脉宽调制信号以驱动马达运转的风扇及马达控制装置。
背景技术
由于各国环境保护法规的规范日趋严格，高节能、高电源质量的需求已成为近代无刷直流马达驱动器的发展趋势，因此，为了使马达系统具有高效率、高功因而通常会加入一功率因子校正(Power Factor Correction，PFC)电路，其目的是为提高电源质量、降低马达系统的谐波及减少电源无意义的损耗(虚功率)，以提高马达效能。
如图1所示，目前具功率因子校正的交流电源控制功能的无刷直流马达54主要是将一交流(AC)电源51经整流电路(例如桥式电路)52整流后，通过PFC电路53转换为一直流(DC)电压VDC，并作为无刷直流马达54的驱动电压源，由于该直流电压VDC为一定值，且无法调整其电压电平；再者，若要改变无刷直流马达54的转速，均是要通过马达控制电路55所提供的脉宽调制(Pulse Width Modulation，PWM)信号SPWM来进行转速的控制，只单纯以脉宽调制信号SPWM的控速方式，将使无刷直流马达54在运转时造成电子切换声的噪音增加及马达控制电路55内的切换元件的耗损及切换损失。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种功率因子校正电路来降低马达产生的谐波及减少虚功率产生，并且可以通过功率因子校正电路来提供一可调整的电压电平作为控制马达转速之用，这样可以避免单纯利用脉宽调制信号控制马达运转所产生的电子切换声及内部切换元件在切换时所衍生的功率损耗。
本发明的另一目的为在马达处于空载(待机)或轻载阶段时，通过停止功率因子校正电路动作及改由马达控制电路内产生的脉宽调制信号进行马达控速，即可减低功率因子校正电路运转时所衍生的功率损耗，以达到空载或轻载时低损耗目的。
为达到上述目的，依据本发明的一种马达控制装置，电连接一马达及一交流电源，包括：整流电路、升压单元、第一电压检测单元、第二电压检测单元及马达控制电路，其中整流电路电连接交流电源，用以接收交流电源并转换成一直流电压后输出一第一电压；该升压单元电连接整流电路，用以接收第一电压，且依据第一电压产生一第二电压；该第一电压检测单元电连接整流电路，用以检测第一电压，并依据该第一电压产生第一电压参考信号输出；该第二电压检测单元电连接升压单元，用以检测第二电压，并依据该第二电压产生第二电压参考信号输出；以及马达控制电路电连接马达、第一电压检测单元及第二电压检测单元，以分别自第一电压检测单元、第二电压检测单元接收第一电压参考信号及第二电压参考信号，且马达控制电路具有一电压默认值，并计算第一电压参考信号及第二电压参考信号的电压差值，其中当差值超过电压默认值时，马达控制电路依据第二电压而产生一驱动信号，以驱动马达运转；反之，当差值低于电压默认值时，即由马达控制电路产生一脉宽调制信号，并依据脉宽调制信号及第二电压参考信号而产生驱动信号，以驱动马达运转。
上述的马达控制电路包括一脉宽调制信号产生单元、一处理单元及一驱动单元，其中脉宽调制信号产生单元用以产生脉宽调制信号；该处理单元电连接第一电压检测单元、第二电压检测单元及脉宽调制信号产生单元，以分别自第一电压检测单元、第二电压检测单元接收第一电压参考信号及第二电压参考信号，且处理单元具有电压默认值，并计算第一电压参考信号及第二电压参考信号的电压差值，其中当差值超过电压默认值时，处理单元依据第二电压参考信号而产生驱动信号输出；反之，当差值低于电压默认值时，接收脉宽调制信号，并依据脉宽调制信号及第二电压参考信号而产生驱动信号；以及驱动单元电连接马达及处理单元，用以接收驱动信号，并依据驱动信号以驱动马达运转。
上述的马达控制装置还包括一电压调整单元及一控制单元，其中电压调整单元电连接升压单元，用以调整第二电压的大小；该控制单元电连接电压调整单元及处理单元，且当接收处理单元输出的第一控制信号时，控制单元通过电压调整单元以调整第二电压的大小；或由处理单元直接输出第一控制信号至电压调整单元，并通过电压调整单元调整第二电压的大小，进而调整马达转速；
上述的马达控制装置还包括一电流检测单元及一运算单元，该电流检测单元电连接整流电路，用以检测整流电路的一端的电流，并输出电流检测信号；该运算单元分别电连接电流检测单元、第二电压检测单元及处理单元，用以分别自电流检测单元及第二电压检测单元接收电流检测信号及第二电压参考信号，并依据电流检测信号及第二电压参考信号，以计算出马达的一消耗功率值，并将消耗功率值输出至处理单元；其中处理单元具有一功率默认值，并将消耗功率值与功率默认值进行比较，且当消耗功率值低于功率默认值时，即会输出一第二控制信号至控制单元，该控制单元在接收到第二控制信号后即通过一开关单元的切换，使控制单元停止动作；同时，处理单元会改由依据脉宽调制信号及第二电压参考信号而产生驱动信号并输出至驱动单元，以驱动马达运转。
附图说明
图1为一种已知马达控制装置连接马达及交流电源的电路方块图；
图2为本发明较佳实施例的马达控制装置连接马达及交流电源的电路方块示意图之一。
图3为本发明较佳实施例的马达控制装置连接马达及交流电源的电路方块示意图之二。
附图符号说明
1马达控制装置        2马达
3功率因子校正电路    4马达控制电路
10交流电源           P共同端
11整流电路           111第一端
112第二端            31第一电容器
32升压单元           321电感器
322二极管            323第二电容器
33开关单元           34第一电压检测单元
35第二电压检测单元 36电流检测单元
37控制单元         38电压调整单元
41转速检测单元     42运算单元
43处理单元         44脉宽调制信号产生单元
45驱动单元         51交流电源
52整流电路         53功率因子校正电路
54马达             55马达控制电路
具体实施方式
以下将参照相关附图，说明依据本发明较佳实施例的一种风扇及马达控制装置。
本发明风扇(图未示)主要包括一叶轮(图未示)、一马达及一马达控制装置，其中马达连接叶轮，并用以带动叶轮转动，而马达控制装置则用以驱动马达运转。
请参考图2及图3所示，本发明马达控制装置1电连接交流电源10及马达2，该马达控制装置1主要包括一整流电路11、一功率因子校正电路(Power Factor Correction Circuit，PFC Circuit)3及马达控制电路4，其中整流电路11电连接交流电源1，该功率因子校正电路3分别电连接整流电路11、马达2及马达控制电路4，而马达控制电路4则分别电连接功率因子校正电路3及马达2。
上述的马达控制电路4包括转速检测单元41(如霍尔元件)、运算单元42(如积分器(Integerator))、处理单元43、脉宽调制信号产生单元44及驱动单元45；其中处理单元43分别电连接转速检测单元41、运算单元42、脉宽调制信号产生单元44及驱动单元45，且驱动单元45及转速检测单元41都分别电连接马达2。在其它实施例中，本发明也可以将运算单元42整合于处理单元43内。
上述的功率因子校正电路3则包括第一电容器31、升压单元32(包括电感器321、二极管322及第二电容器323)开关单元33、第一电压检测单元34、第二电压检测单元35、电流检测单元36、控制单元37及电压调整单元38；其中该控制单元37可以为一PFC IC。
上述的整流电路11的输入端电连接交流电源1，并具有第一端111及第二端112，第一端111电连接升压单元32的一端、第一电压检测单元34及第一电容器31的一端，第二端112则电连接第一电容器31的另一端及电流检测单元36，且电流检测单元36并分别电连接控制单元37及马达控制电路4的运算单元42。第一电压检测单元34电连接该马达控制电路4的处理单元43。升压单元32分别电连接开关单元33的第一端(OFF)、第二端及一共同端P，该共同端P分别电连接电压调整单元38、第二电压检测单元35及马达2。第二电压检测单元35分别电连接升压单元32的第二电容器323、开关单元33的第二端、电流检测单元36及马达控制电路4的运算单元42、处理单元43。电压调整单元38电连接马达控制电路4的处理单元43，而控制单元37电连接开关单元33的第三端(ON)、电压调整单元38及马达控制电路4的处理单元43、运算单元42。在其它实施例中，本发明也可以将电压调整单元38、第二电压检测单元35或电流检测单元36其中一个或全部整合于控制单元43内。
在本实施例中，该马达控制装置1的作动如下：其中整流电路11主要是将接收的交流电源1转换成直流电压后输出第一电压V1至升压单元32，而升压单元32用以提升第一电压V1后产生第二电压V2，并输出至一共同端P，而第二电压V2将维持大于或等于第一电压V1；而第二电压检测单元35用以检测共同端P上的第二电压V2后产生一第二电压参考信号Vref2，并将第二电压参考信号Vref2输出至马达控制电路4的处理单元43，该处理单元43依据第二电压参考信号Vref2而产生一驱动信号SDRIVE，以驱动马达2运转。或者由处理单元43分别接收第二电压参考信号Vref2及脉宽调制信号SPWM，并依据第二电压参考信号Vref2及脉宽调制信号SPWM而产生驱动信号SDRIVE，以驱动马达2运转。
该第一电压检测单元34用以检测经整流电路11整流后所产生的第一电压V1后产生一第一电压参考信号Vref1，并将第一电压参考信号Vref1输出至处理单元43；而处理单元43具有一电压默认值，且分别自第一电压检测单元34、第二电压检测单元35接收第一电压参考信号Vref1及第二电压参考信号Vref2，其中当第一电压参考信号Vref1及第二电压参考信号Vref2的电压差值低于电压默认值的设定时，即由原先单纯以第二电压参考信号Vref2的电压信号驱动模式改由脉宽调制信号产生单元44产生脉宽调制信号SPWM及配合第二电压参考信号Vref2的驱动马达模式，其中将脉宽调制信号SPWM及第二电压参考信号Vref2分别输出至处理单元43，该处理单元43依据脉宽调制信号SPWM及第二电压参考信号Vref2等两种信号而产生驱动信号SDRIVE，以驱动马达2运转。在本实施例中第一电压V1及第一电压参考信号Vref1为相对应比例关系，而第二电压V2及第二电压参考信号Vref2也为相对应比例关系。
再者，该处理单元43可输出一第一控制信号SCON1至控制单元37，由控制单元37通过电压调整单元38以调整第二电压V2的电压大小，或者由处理单元43输出第一控制信号SCON1至电压调整单元38，以直接调整第二电压V2的电压大小，此时，由于第二电压V2的改变，该第二电压检测单元35检测后产生的第二电压参考信号Vref2也会随之改变，因此一旦当第一电压参考信号Vref1及第二电压参考信号Vref2的电压差值超出电压默认值的设定时，该处理单元43会再次改由依据第二电压参考信号Vref2而产生新的驱动信号SDRIVE，以驱动马达2运转，同时可通过电压调整单元38调整共同端P上的第二电压V2的大小，进而达到调整马达2转速的目的。
该电流检测单元36用以检测该整流电路11的第二端112上的电流(I)后输出至控制单元37及马达控制电路4的运算单元42；其中该运算单元42除了接收上述电流检测信号外，并且也会自第二电压检测单元35接收第二电压参考信号Vref2，接着该运算单元42会依据电流检测信号及第二电压参考信号Vref2，以计算出马达2(负载)的消耗功率值(W)，并将计算出的消耗功率值(W)结果输出至处理单元43；该处理单元43具有一功率默认值，且将该消耗功率值(W)与功率默认值进行比较，藉以判断马达2的负载情形(例如空载(待机)、轻载或重载状态)，且当消耗功率值(W)低于功率默认值的设定时，即表示马达2目前处于空载或轻载阶段。反之，当消耗功率值(W)高于功率默认值的设定时，即表示马达2目前处于重载阶段；其中在马达2处于空载或轻载状态时，由于马达2负载的消耗功率值已很低，而所产生的谐波多少及虚功率的大小已不具意义，因此通过关闭功率因子校正电路3以减少功率因子校正电路3产生的损耗，其作法为：当处理单元43判断马达2处于空载或轻载状态时，即会输出第二控制信号SCON2至控制单元37，该控制单元37会控制开关单元310的切换(切换至OFF)，使该功率因子校正电路3(控制单元37)停止动作；同时，由该处理单元43依据脉宽调制信号产生单元44产生的脉宽调制信号SPWM及配合第二电压参考信号Vref2等两种信号而产生驱动信号SDRIVE，以驱动马达2运转。
在本实施例中，处理单元43可以为一微处理器(microprocessor)或一微控制器(microcontroll-er)，而驱动单元45为至少包括一全桥电路或一半桥电路的无刷直流马达驱动电路，其中驱动单元45接收到自处理单元43输出的驱动信号SDRIVE后，使驱动单元45在两个相邻的相位之间切换电流方向(换极)，进而使马达运转。
综上所述，本发明的马达控制装置1除了设计功率因子校正电路(PFC)3可降低马达2产生的谐波及减少虚功率产生外，并可以通过功率因子校正电路(PFC)3来提供一可调整的电压电平(V2)作为控制马达2转速之用，如此一来，即可以避免单独利用脉宽调制信号(PWM)控制马达2运转所产生的电子切换声及驱动单元内的切换元件在切换时所衍生的功率损失。再者，在马达2处于空载或轻载阶段时，由于马达2的消耗功率值已经很低了，因此通过停止功率因子校正电路3动作及改由依据马达控制电路4内所产生脉宽调制信号(PWM)及配合第二电压参考信号Vref2等两种信号进行马达2控速，即可以减低功率因子校正电路3运转时所衍生的功率损耗。
以上所述仅为举例性，并非用以限制本发明的范围。在未脱离本发明的精神与范畴的前提下，而对其进行的等效修改或变更，均应包括于后附的权利要求中。

Claims (19)

1.一种马达控制装置，电连接一马达及一交流电源，包括：
一整流电路，电连接该交流电源，用以接收该交流电源并转换成一直流电压后输出一第一电压；
一升压单元，电连接该整流电路，用以接收该第一电压，且依据该第一电压产生一第二电压；
一第一电压检测单元，电连接该整流电路，用以检测该第一电压，并依据该第一电压而产生一第一电压参考信号输出；
一第二电压检测单元，电连接该升压单元，用以检测该第二电压，并依据该第二电压而产生一第二电压参考信号输出；以及
一马达控制电路，电连接该马达、该第一电压检测单元及该第二电压检测单元，以分别自该第一电压检测单元、该第二电压检测单元接收该第一电压参考信号及该第二电压参考信号，且该马达控制电路具有一电压默认值，并计算该第一电压参考信号及该第二电压参考信号的电压差值，其中当该差值超过该电压默认值时，该马达控制电路依据该第二电压参考信号而产生一驱动信号，以驱动马达运转。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，其中当该差值低于该电压默认值时，即由该马达控制电路产生一脉宽调制信号，并依据该脉宽调制信号及该第二电压参考信号而产生该驱动信号，以驱动马达运转。
3.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该第二电压大于或等于该第一电压。
4.如权利要求1所述的马达控制装置，其中该马达控制电路包括：
一脉宽调制信号产生单元，用以产生该脉宽调制信号；
一处理单元，电连接该第一电压检测单元、该第二电压检测单元及该脉宽调制信号产生单元，以分别自该第一电压检测单元、该第二电压检测单元接收该第一电压参考信号及该第二电压参考信号，且该处理单元具有该电压默认值，并计算该第一电压参考信号及该第二电压参考信号的电压差值，其中当该差值超过该电压默认值时，该处理单元依据该第二电压参考信号而产生该驱动信号输出；反之，当该差值低于该电压默认值时，接收该脉宽调制信号，并依据该脉宽调制信号及该第二电压参考信号而产生该驱动信号；以及
一驱动单元，电连接该马达及该处理单元，用以接收该驱动信号，并依据该驱动信号以驱动该马达运转。
5.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该处理单元为一微处理器或一微控制器。
6.如权利要求4所述的马达控制装置，其中该驱动单元为一至少包括一全桥电路或一半桥电路的无刷直流马达驱动电路。
7.如权利要求4所述的马达控制装置，其还包括：
一电压调整单元，电连接该升压单元，用以调整该第二电压的大小；以及
一控制单元，电连接该电压调整单元及该处理单元，且当接收该处理单元输出的一第一控制信号时，该控制单元通过该电压调整单元以调整该第二电压的大小，进而调整该马达转速。
8.如权利要求7所述的马达控制装置，其中该第二电压检测单元整合于该控制单元内。
9.如权利要求7所述的马达控制装置，其中该处理单元输出该第一控制信号至该电压调整单元，以通过该电压调整单元调整该第二电压的大小，进而调整该马达转速。
10.如权利要求7所述的马达控制装置，其中该电压调整单元整合于控制单元内。
11.如权利要求7所述的马达控制装置，其还包括一电流检测单元，电连接该整流电路，用以检测该整流电路的一端的电流，并输出一电流检测信号。
12.如权利要求11所述的马达控制装置，其中该电流检测单元整合于控制单元内。
13.如权利要求11所述的马达控制装置，其中该马达控制电路还包括一运算单元，分别电连接该电流检测单元、该第二电压检测单元及该处理单元，用以分别自该电流检测单元及该第二电压检测单元接收该电流检测信号及该第二电压参考信号，并依据该电流检测信号及该第二电压参考信号，以计算出该马达的一消耗功率值，并将该消耗功率值输出至该处理单元。
14.如权利要求13所述的马达控制装置，其中该运算单元整合于该处理单元内。
15.如权利要求13所述的马达控制装置，其中该运算单元为一积分器。
16.如权利要求13所述的马达控制装置，其中该处理单元具有一功率默认值，并将该消耗功率值与该功率默认值进行比较，且当该消耗功率值低于该功率默认值时，即会输出一第二控制信号至该控制单元，并且该处理单元会依据该脉宽调制信号及该第二电压参考信号而产生该驱动信号输出至该驱动单元，以驱动马达运转。
17.如权利要求16所述的马达控制装置，其中该控制单元在接收到该第二控制信号后即停止动作。
18.如权利要求17所述的马达控制装置，其还包括一开关单元，电连接该控制单元，该控制单元通过该开关单元的切换而停止动作。
19.一种风扇，包括：
一叶轮；
一马达，连接该叶轮，用以带动叶轮转动；以及
一马达控制装置，电连接该马达及一交流电源，用以驱动马达运转，该马达控制装置包括：
一整流电路，电连接该交流电源，用以接收该交流电源并转换成一直流电压后输出一第一电压；
一升压单元，电连接该整流电路，用以接收该第一电压，且依据该第一电压产生一第二电压；
一第一电压检测单元，电连接该整流电路，用以检测该第一电压，并依据该第一电压而产生一第一电压参考信号输出；
一第二电压检测单元，电连接该升压单元，用以检测该第二电压，并依据该第二电压而产生一第二电压参考信号输出；以及
一马达控制电路，电连接该马达、该第一电压检测单元及该第二电压检测单元，以分别自该第一电压检测单元、该第二电压检测单元接收该第一电压参考信号及该第二电压参考信号，且该马达控制电路具有一电压默认值，并计算该第一电压参考信号及该第二电压参考信号的电压差值，其中当该差值超过该电压默认值时，该马达控制电路依据该第二电压参考信号而产生一驱动信号，以驱动马达运转。
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