CN1021272C - 无干扰电扇多功能控制器 - Google Patents

Abstract

一种无干扰电扇多功能控制器，采用二端网络型结构，无干扰可控硅调速，放电式RC定时及CMOS高阻状态转换电路，微风启动电路。具有调速、定时、微风及模拟自然风等功能，同现有技术比较其优点是：无干扰，节能，定时时间长，结构紧凑，使用方便，造价低廉，功能齐全，可广泛应用于电感性电器、电阻性电器，特别是电扇的多功能控制。

Description

本发明涉及一种工作流体为空气的泵送装置的调节控制。

现有的电扇控制器采用电抗法或抽头法实现电机调速，配上机械定时器或其他电子电路实现多功能控制，调速系统无法实现电子化的主要原因是干扰辐射问题难以解决。众所周知，电子调速系统采用移相触发可控硅调压，可控硅的固有特性是“一触即通”，由此产生很强的高频辐射，它对家用电器，尤其是调幅收音机干扰很大。诸多全电子化技术方案如中国专利CN85105555、CN86200536、CN86203968、CN88206127等，皆因无法抑制移相触发可控硅产生的高频辐射而不能推广应用。

可控硅无干扰调压至今仍是一个技术难题，比较成功的方案是“削波法”，通过电源的过零控制，在一组正弦波中完整地削去若干个半波或全波。此种削波法无干扰调压仅适用于调温等有限的场合，若用于电机调速，由于电源频率低，只有50HZ或60HZ，电机有明显的振动感，若用于调光，则有明显的闪烁感。因此，目前电扇电机调速仍不得不采用笨重的电感元件，其结果是能耗大，材料浪费。

现有的电扇控制器多为四端网络型结构，其中两端直接接220V交流电源，另两端接受控电器，如中国专利CN86200536、CN86200596、CN86203968等，此类方案通用性较差，若用于控制吊扇则显得麻烦;关于廉价的电子定时元件，一般采用RC方式定时，采用555时基电路或结型场效应管作状态转换 部件，如中国专利CN85105555、CN86200536等，用此种结构实现长时间定时难度较大。关于电扇电机低压启动，一般要求提供较大的启动力矩，在电感调速系统中，配上PTC元件，可实现微风功能，但成本较高。

本发明的任务在于提供一种全电子化、无干扰、造价低、大幅度节能、使用方便的无干扰电扇多功能控制器，可提供调速、定时、微风以及模拟自然风等项功能。

本发明的电扇控制器，采用二端网络型结构，实现无干扰可控硅调速，RC放电式定时，CMOS高阻状态转换器件，特殊的低压启动电路，利用一片CMOS4001和一片CMOS4011实现多种逻辑功能。

图面说明：

图1为本发明的无干扰电扇多功能控制器的逻辑框图。图中1-桥式整流电路，2-强电开关，3-移相触发电路，4-电子继电器，5-下降沿平滑触发电路，6-微风启动电路，7-逻辑电源形成电路，8-电子定时器，9-多谐振荡器，21-单向可控硅，22-NPN晶体管，51-单稳态电路，52-积分电路，53-驱动电路，54-反相延时电路，81-初始化电路，82-RC定时电路，83-双稳态电路，K1-电源开关，M-受控电器。

图2为本发明的实施电路图。

图3为工作时的脉动直流电压波形图。

以下结合附图说明，详细描述本发明的具体内容。

如图1、图2所示，本发明的无干扰多功能控制器由一个桥式整流电路1，一个强电开关2，一个移相触发电路3，一个电子继电器4，一个下降沿平滑触发电路5，一个微风启动电路6，一个逻辑电源形成电路7，一个电子定时器8，一个多谐振荡器9以及电源开关K1组成，桥式整流电路1的一个输入端经电源开关K1、受控电器M接电源的一端，另一输入端直接接电源，其输出端分别与逻辑电源形成电路7的输入端、移相触发电路3的一个输入端、强电开关2中单向可控硅3CT的阳极和NPN晶体管3BG1的集电极连接;逻辑电源形成电路7输出的直流电压分别对下降沿平滑触发电路5、微风启动电路6、电子定时器8、多谐振荡器9供电;移相触发电路3的输出端经电子继电器4接入下降沿平滑触发电路5的输入端;下降沿平滑触发电路5的两个输出端分别接强电开关2中单向可控硅3CT的触发端及NPN晶体管3BG1的基极;电子定时器8中与非门NA1的输出端接多谐振荡器9中与非门NA3的一个输入端，与非门NA2的输出端接模拟自然风开关K3的一个触点e;多谐振荡器9的输出端接电子继电器4的控制端;电子定时器8中的初始化电路81的输出端分别接双稳态电路83的一个输入端和微风启动电路6的输入端;微风启动电路6的输出端接移相触发电路3的另一个输入端;当对电扇M进行调速控制时，电源开关K1闭合，定时开关K2闭合于触点C，模拟自然风开关K3闭合于触点e;当附加模拟自然风控制时，模拟自然开关K3断开;定时控制时，定时开关K2断开;调速电位器W1调至最大值，电扇处于微风 状态，微风启动电路6帮助启动。

下降沿平滑触发电路5由单稳态电路51、积分电路52、驱动电路53以及反相延时电路54组成，其中单稳态电路51由CMOS集成电路或非门NO1、NO2、电阻R8和电容C2构成，积分电路52由电阻R9和电容C3构成，驱动电路53由NPN晶体管3BG5和电阻R10构成，反相延时电路54由电阻R11、R12、电容C4和或非门NO3构成，单稳态电路51的一个输出端接积分电路52的输入，另一个输出接反相延时电路54输入，积分电路52的输出接驱动电路53的输入，驱动电路53的输出端接强电开关2中晶体管3BG1的基极，反相延时电路54的输出接强电开关2中可控硅3CT的触发端。

移相触发电路3由PNP晶体管3BG2、NPN晶体管3BG3、电容C1、调速电位器W1和电阻R1～R5构成，其输出端接电子继电器4的输入端。

电子定时器8由初始化电路81、RC定时电路82、双稳态电路83以及定时开关K2组成，其中双稳态电路83由CMOS集成电路与非门NA1和NA2构成，初始化电路81由电阻R15、电容C6和二极管D6构成，其输出端分别接与非门NA1的一个输入端和微风启动电路6的输入端，RC定时电路82由定时电容C7、定时电位器W2和定时开关K2构成，其输出接与非门NA2的一个输入端，与非门NA1的输出接多谐振荡器9中与非门NA3的一个输入端，与非门NA2的输出接模拟自然风开关K3的一个触点e。

多谐振荡器9由CMOS集成电路与非门NA3、NA4、电阻R16、R17、电容C8和模拟自然风开关K3组成，其输出接电子继电器4的控制端。

电子继电器4由NPN晶体管3BG4、电阻R6、R7构成，其输入端接移相触发电路3的输出端，输出端接下降沿平滑触发电路5的输入端，控制端接多谐振荡器9的输出端。

强电开关2包含一个单向可控硅3CT和一个NPN晶体管3BG1。

微风启动电路6由CMOS集成电路或非门NO4、电阻R13和NPN晶体管3BG6组成，其输出端接移相触发电路3的一个输入端。逻辑电源形成电路7由电阻R14、稳压二极管D5和滤波电容C5组成。所用的CMOS集成电路包括一片四-二输入或非门4001和一片四-二输入与非门4011。

初始时，置定时开关K2闭合，模拟自然风开关K3闭合，当闭合电源开关K1后，逻辑电源形成电路7输出直流电压，在初始化电路81作用下，电子定时器8和多谐振荡器9组成逻辑电路保证使电子继电器4导通，移相触发电路3输出的正脉冲经电子继电器4送入下降沿平滑触发电路5，下降沿平滑触发电路5在每次正脉冲触发后，保证先使强电开关2中的晶体管3BG1从截止状态缓变到饱和状态，转换时间约为0.5MS，当晶体管3BG1饱和后，下降沿平滑触发电路5再触发强电开关2中的单向可控硅3CT，使其导通，继而晶体管3BG1释放，使其截止，当电源过零点后，可控硅释放。上述重复周期为电源的半周期， 周而复始，从而使受控电器M上电压改变，实现无干扰调速。触发后的脉动直流电压波形如图3所示，改变调速电位器W1的值，可改变触发相位，从而达到调速的目的。

断开定时开关K2，定时电容C7上的电荷通过定时电位器W2缓慢释放，由于CMOS的高阻抗输入，定时时间取决于定时电容C7的容量和定时电位器W2的电阻值。当定时电容C7上的电压下降到CMOS与非门的转换电平时，双稳态电路83翻转，经多谐振荡器9逻辑变换后使电子继电器4关闭，从而强电开关2断开，受控电器M关闭。

在电子定时器8中的双稳态电路83状态未转换之前，只要断开模拟自然风开关K3，便可实现模拟自然风功能，即断开K3，多谐振荡器9开始振荡，电扇提供模拟自然风。此时，多谐振荡器9仍受电子定时器8的控制，当定时时间到，双稳态电路83状态翻转，振荡禁止。

微风启动电路6保证电源接通数秒钟内使移相触发电路3提前触发，加大启动力矩，使受控电器M在微风状态下可靠启动。

同现有技术比较，本发明具有如下优点：

1、使电扇多功能控制实现全电子化，革除了调速系统中的电抗元件，体积大为缩小;

2、实现可控硅无干扰移相触发调压，而现有技术则辐射干扰严重;

3、节能效果显著，如90cm吊扇，采用现有的电抗调速方案，慢速挡电流为0.14A，电抗直流电阻28Ω，电抗压降 125V，电扇电机压降95V，电抗消耗无功功率17.49W，电抗消耗有功功率0.55W，电机消耗功率13.3W。本发明采用微功耗的CMOS器件作为控制中心，控制器对通过电机的大电流是旁路的，在同等电机转速下，无功功耗为0，有功功耗为0.14W。在实现同等的微风或模拟自然风的条件下，本方案节能的幅度更大;

4、利用CMOS电路的高阻抗输入特性，实现长延时定时，最大可达12小时以上;而一般的TTL器件或结型场效应器件是难以实现的;

5、采用独特的低压启动电路，圆满地解决了电机要求较大启动力矩的矛盾，能在交流187V下保证可靠启动;

6、具有模拟自然风功能，若采用一些随机组合逻辑，可方便地实现随机自然风功能，还可扩展其他逻辑功能;

7、所采用的电子元件均为通用元件，货源充足，价格低廉。

Claims (10)

1、一种具有调速、定时、微风、模拟自然风的无干扰电扇多功能控制器，包括整流电路，强电开关，移相触发电路，继电器，其特征在于：该控制器由一个桥式整流电路(1)，一个强电开关(2)，一个移相触发电路(3)，一个电子继电器(4)，一个下降沿平滑触发电路(5)，一个微风启动电路(6)，一个逻辑电源形成电路(7)，一个电子定时器(8)，一个多谐振荡器(9)以及电源开关(K1)组成，桥式整流电路(1)的一个输入端经电源开关(K1)、受控电器(M)接电源的一端，另一输入端直接接电源，其输出端分别与逻辑电源形成电路(7)的输入端、移相触发电路(3)的一个输入端、强电开关(2)中单向可控硅(3CT)的阳极和NPN晶体管(3BG1)的集电极连接；逻辑电源形成电路(7)输出的直流电压分别对下降沿平滑触发电路(5)、微风启动电路(6)、电子定时器(8)、多谐振荡器(9)供电；移相触发电路(3)的输出端经电子继电器(4)接入下降沿平滑触发电路(5)的输入端；下降沿平滑触发电路(5)的两个输出端分别接强电开关(2)中单向可控硅(3CT)的触发端及NPN晶体管(3BG1)的基极；电子定时器(8)中与非门(NA1)的输出端接多谐振荡器(9)中与非门(NA3)的一个输入端，与非门(NA2)的输出端接模拟自然风开关(K3)的一个触点(e)；多谐振荡器(9)的输出端接电子继电器(4)的控制端；电子定时器(8)中的初始化电路(81)的输出端分别接双稳态电路(83)的一个输入端和微风启动电路(6)的输入端；微风启动电路(6)的输出端接移相触发电路(3)的另一个输入端；当对电扇(M)进行调速控制时，电源开关(K1)闭合，定时开关(K2)闭合于触点(C)，模拟自然风开关(K3)闭合于触点(e)；当附加模拟自然风控制时，模拟自然开关(K3)断开；定时控制时，定时开关(K2)断开；调速电位器(W1)调至最大值，电扇处于微风状态，微风启动电路(6)帮助启动。

2、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的下降沿平滑触发电路（5）由单稳态电路（51）、积分电路（52）、驱动电路（53）以及反相延时电路（54）组成，其中单稳态电路（51）由CMOS集成电路或非门（NO1）、（NO2）、电阻（R8）和电容（C2）构成，积分电路（52）由电阻（R9）和电容（C3）构成，驱动电路（53）由NPN晶体管（3BG5）和电阻（R10）构成，反相延时电路（54）由电阻（R11）、（R12）、电容（C4）和或非门（NO3）构成;单稳态电路（51）的一个输出端接积分电路（52）的输入，另一个输出接反相延时电路（54）输入，积分电路（52）的输出接驱动电路（53）的输入，驱动电路（53）的输出端接强电开关（2）中晶体管（3BG1）的基极，反相延时电路（54）的输出接强电开关（2）中可控硅（3CT）的触发端。

3、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的移相触发电路（3）由PNP晶体管（3BG2）、NPN晶体管（3BG3）、电容（C1）、调速电位器（W1）和电阻（R1）～（R5）构成，其输出端接电子继电器（4）的输入端。

4、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的电子定时器（8）由初始化电路（81）、RC定时电路（82）、双稳态电路（83）以及定时开关（K2）组成，其中双稳态电路（83）由CMOS集成电路与非门（NA1）和（NA2）构成，初始化电路（81）由电阻（R15）、电容（C6）和二极管（D6）构成，其输出端分别接与非门（NA1）的一个输入端和微风启动电路（6）的输入端，RC定时电路（82）由定时电容（C7）、定时电位器（W2）和定时开关（K2）构成，其输出接与非门（NA2）的一个输入端，与非门（NA1）的输出接多谐振荡器（9）中与非门（NA3）的一个输入端，与非门（NA2）的输出接模拟自然风开关（K3）的一个触点（e）。

5、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的多谐振荡器（9）由CMOS集成电路与非门（NA3）、（NA4）、电阻（R16）、（R17）、电容（C8）和模拟自然风开关（K3）组成，其输出接电子继电器（4）的控制端。

6、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的电子继电器（4）由NPN晶体管（3BG4）、电阻（R6）、（R7）构成，其输入端接移相触发电路（3）的输出端，输出端接下降沿平滑触发电路（5）的输入端，控制端接多谐振荡器（9）的输出端。

7、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的强电开关（2）包含一个单向可控硅（3CT）和一个NPN晶体管（3BG1）。

8、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的微风启动电路（6）由CMOS集成电路或非门（NO4）、电阻（R13）和NPN晶体管（3BG6）组成，其输出端接移相触发电路（3）的一个输入端。

9、根据权利要求1的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的逻辑电源形成电路（7）由电阻（R14）、稳压二极管（D5）和滤波电容（C5）组成。

10、根据权利要求2、4、5、8中任一权利要求的无干扰电扇多功能控制器，其特征在于所述的CMOS集成电路包括一片四-二输入或非门4001和一片四-二输入与非门4011。

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