CN102185549A

CN102185549A - 多功能调速调光pwm控制器

Info

Publication number: CN102185549A
Application number: CN2011100932801A
Authority: CN
Inventors: 伍春生; 朱建方; 王秋明
Original assignee: JIANGSU HAOFENG AUTO PARTS CO Ltd
Current assignee: JIANGSU HAOFENG AUTO PARTS CO Ltd
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2031-04-14
Also published as: CN102185549B

Abstract

本发明公开了一种多功能调速调光PWM控制器，包括调制波生成电路，该调制波生成电路将输入的低频PWM信号解耦成稳定的直流电平信号；以及载波生成电路，该载波生成电路用于输出PWM控制信号；以及调制电路，该调制电路分别接收来自于调制波生成电路以及载波生成电路的输出信号，并输出一个PWM信号，该调制电路输出的PWM信号跟随输入的低频PWM信号成反线性变化；以及功率推挽放大电路，该功率推挽放大电路将来自于调制电路的输出的PWM信号进行放大。本发明的多功能调速调光PWM控制器具有电路结构简单、具有自动和手动两种模式、成本低以及能够实现无级调制。

Description

多功能调速调光PWM控制器

技术领域

本发明涉及直流电机PWM调速控制以及灯光PWM调光控制，具体涉及一种无级调制的多功能调速调光PWM控制器。

背景技术

目前鼓风机的控制主要可分为继电器调速控制、线性调速控制与PWM调速控制三种方案。

继电器调速控制方案如图1所示。该控制方案中分别通过切换控制三个继电器使电机运行在高、中、低三种运行状态，显然只是种机械式调速方案，不能实现无极调速。

线性调速方案如图2所示，该控制方案使用传统的线性电流/电压调节手段，通过改变线性分压器件上的电压，去控制鼓风机的转速。线性分压元件可以是机械电阻、功率晶体管和场效应管。该控制方案虽然能够实现鼓风机的无级调速，但只有当风扇在零速或全速状态下运转时(被动组件要么在零速中完全关闭，要么在全速中完全开启)所有功率才能转移到风扇上，但当风扇不在零速或全速时，被动组件中就将有部分功率浪费，因此这种方法的效率值得怀疑。

PWM调速方案如图3所示，该方案克服了线性调速的热损耗问题，它通过调节驱动信号的占空比，根据积分效应，就能改变加在MOSFET两端的电压，从而控制鼓风机的速度。目前的大部分生产厂家的PWM控制方案主要采用定制ASIC与MCU的方案，ASIC方案集成度高，控制外围电路简单，但目前还没有通用的集成芯片，一般需要提供定制服务，只有少数半导体大的半导体生产厂家如ON、ST才能提供这类服务，而且定制成本昂贵，周期长，功能唯一，不利于产品的开发改进；MCU方案采用数字软件智能化控制，功能强大，非常适合于产品的开发改进，但需要提供线性稳压电源及较为复杂的外围电路，成本较高，而且需要软件编程，增加了产品开发的难度。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供了一种电路结构简单、成本低以及能够实现无级调制的多功能调速调光PWM控制器。

实现本发明目的的技术方案如下：

多功能调速调光PWM控制器，

包括调制波生成电路，该调制波生成电路将输入的低频PWM信号解耦成稳定的直流电平信号；

以及载波生成电路，该载波生成电路用于输出PWM控制信号；

以及调制电路，该调制电路分别接收来自于调制波生成电路以及载波生成电路的输出信号，并输出一个PWM信号，该调制电路输出的PWM信号跟随输入的低频PWM信号成反线性变化；

以及功率推挽放大电路，该功率推挽放大电路将来自于调制电路输出的PWM信号进行放大。

在功率推挽放大电路之前有一个PWM信号切换开关。

当切换开关切换至其第1端时，工作于手动模式，并通过改变第二电阻R2的阻值来改变输出的PWM占空比从而实现对直流电机的调速或灯具调光目的。

当切换开关切换其第3端时，工作于自动模式，此时可变第二电阻R2阻值固定，输出PWM的占空比跟随输入的低频PWM信号改变而改变，从而达到自动调速调光的目的。

还包括一个用于检测负载工作情况的保护动作电路，还包括一个用于检测负载工作情况的保护动作电路，该保护动作电路与载波生成电路连接。。

所述调制波生成电路包括第六电阻R6以及第三电容C3，第六电阻R6的一端接收低频PWM信号，第六电阻R6的另一端与第三电容C3连接，第三电容C3的另一端接地。

所述载波生成电路包括555定时器、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1以及第二电容C2；第二电阻R2的一端连接电源，第二电阻R2的另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地；第二二极管D2的阳极与第二电容C2的一端连接，第二二极管D2的阴极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与555定时器的放电引脚连接。

还包括与555定时器的复位引脚连接的保护动作电路，当发生保护时，555定时器复位功能动作，使得输出的PWM信号关闭。

所述调制电路为比较器。

所述功率推挽放大电路包括第一三极管Q1，第二三极管Q2，第四电阻R4以及第五电阻R5，第一三极管Q1的基极连接第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的集电极连接电源，第四电阻R4的两端分别与第一三极管Q1的集电极以及发射极连接，第五电阻R5的两端分别与第二三极管Q2的集电极以及发射极连接。

采用了上述方案，本发明具有自动与手动的两种调速控制模式，整个电路由几个简单的功能单元构成，整个电路只有一个1路运放、1个555定时器、1个切换开关、2个二极管、2个三极管、3个电容及6个电阻组成，因此其电路结构较为简单，成本也很低。通过调制波生成电路、载波生成电路以及调制电路的作用生成了需要初始的PWM信号，该信号经过功率推挽放大电路放大后即可对负载进行无级调控。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1为现有技术中继电器调速控制的结构示意图；

图2为现有技术中线性调速方案的示意图；

图3为现有技术中PWM调速方案的示意图；

图4为本发明的多功能调速调光PWM控制器的基本控制框图；

图5为多功能调速调光PWM控制器的电路原理图；

附图中，10为调制波生成电路，20为载波生成电路，30为调制电路，40为功率推挽放大电路，50为切换开关，60为保护动作电路。

具体实施方式

下面以鼓风机(负载)为例对本发明进行详细的说明：

从图4所示的鼓风机基本控制框图可以看出，该调速控制可分为输入信号、驱动控制、直流电机三个部分，控制目标是根据输入信号产生相应的驱动控制信号，通过控制开关两端的电压V_switch去控制直流电机两端的电压V_motor，从而达到控制直流电机转速的目的。输入信号一般分为HVAC控制面板风速调节指令与ECU发出的PWM风速输出信号。对于本发明来说，该PWM控制器具体的电路采用单电源供电，从工作原理上可将其分为调制波生成电路10、载波生成电路20、调制电路30、功率推挽放大电路40、切换开关50、保护动作电路60六个部分，下面分别对这六部分进行详细说明。

参照图5，调制波生成电路10包括第六电阻R6以及第三电容C3，第六电阻R6的一端接收低频PWM信号，第六电阻R6的另一端与第三电容C3连接，第三电容C3的另一端接地。通过第六电阻R6与第三电容C3构成了一个一阶RC滤波器，从而将输入的低频PWM信号解耦成稳定的直流电信号，该直流电信号幅值A_m由输入信号占空比D_in及其电平A_in决定如下：

A_m＝A_in·D_in

参照图5，载波生成电路20用于输出PWM控制信号。载波生成电路包括555定时器、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1以及第二电容C2。第二电阻R2的一端连接电源，第二电阻R2的另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地，第二电阻R2与第一二极管D1对第二电容C2构成了充电电路。第二二极管D2的阳极与第二电容C2的一端连接，第二二极管D2的阴极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与555定时器的放电引脚7连接，第二二极管D2与第三电阻R3对第二电容C2构成了放电电路。555定时器的低触发引脚2以及高触发引脚6均与调制电路30连接。

载波生成电路20的工作过程为：通过第二电阻R2与第一二极管D1给第二电容C2充电；通过第三电阻R3与第二二极管D2给第二电容C2放电，从而在555定时器的低触发引脚2或者高触发引脚6产生振荡的充放电波形，载波频率f_carrier由第二电阻R2、第三R3及第二电容C2决定：

f_{carrier} = \frac{1}{(R_{2} + R_{3}) C_{2}}

555定时器输出引脚3输出频率为f_carrier的PWM控制信号，其占空比D₅₅₅决定如下：

D_{555} = \frac{R_{2}}{R_{2} + R_{3}}

参照图5，调制电路30为一个比较器，分别接收来自于调制波生成电路以及载波生成电路的输出信号，调制电路30的同相输入端与调制波生成电路10连接，调制电路30的反向输入端与载波生成电路20的555定时器的低触发引脚2以及高触发引脚6连接。调制电路30工作时产生一个频率为f_carrier的PWM信号，其占空比随调制波的幅值A_m成线性变化，从而使输出的PWM信号跟随输入的PWM信号成反线性变化。若使输出PWM信号与输入PWM信号成正线性变化，只要将同向端调制波，反向端接接载波即可。

参照图5，功率推挽放大电路40将来自于调制电路的输出的PWM信号进行放大，使功率MOSFET管可靠导通与关断。功率推挽放大电路40包括第一三极管Q1，第二三极管Q2，第四电阻R4以及第五电阻R5。第一三极管Q1为NPN型的三极管，第一三极管Q1的基极连接第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的集电极连接电源，第四电阻R4的两端分别与第一三极管Q1的集电极以及发射极连接。第二三极管Q2为PNP型的三极管，第五电阻R5的两端分别与第二三极管Q2的集电极以及发射极连接。

参照图5，切换开关50连接于调制电路30与功率推挽放大电路40之间，切换开关50为一个单刀双掷的切换开关。切换开关50用来切换鼓风机调速的控制方式，若切换开关50掷于第1端，则控制器工作于手动调速模式，通过改变可变第二电阻R2的阻值就可以改变555定时器输出引脚3端输出PWM信号的占空比，从而达到调节鼓风机的风速。若切换开关50掷于第3端，则控制器工作自动调速模式，它通过对ECU输入PWM的解耦，通过调制电路产生的PWM信号来控制鼓风机的风速。

参照图5，用于检测负载工作情况的保护动作电路60与载波生成电路连接，其中检测负载工作情况包括检测电机堵转、过流、系统过温、电源电压异常等情况。保护动作电路60与555定时器的复位引脚连接，保护动作电路60还通过上拉电阻R1连接电源VCC。保护动作电路60主要是利用555定时器的引脚4的RESET功能，若检测到电机堵转、过流、系统过温、电源电压异常等情况，则输出一个低电平到555定时器，555定时器复位，从而禁止输出PWM波形，鼓风机停转；当系统工作正常，RESET端通过上拉电阻R1，555电路正常工作，控制器按照设定的模式对鼓风机进行调速。

以下从自动和手动两种模式对本发明的工作过程进行说明：

当切换开关50掷于第3端时，为自动工作模式，555定时器的输出引脚3上的信号被切断。调制电路30分别接收来自于调制波生成电路以及载波生成电路的输出信号，将这两个信号进行处理后，输出PWM信号的占空比跟随输入的低频PWM信号改变而改变，输出的PWM信号至功率推挽放大电路40，功率推挽放大电路40将该PWM信号放大后输出到MOSFET管，以控制直流电机两端的电压V_motor，从而达到调节鼓风机的风速。

当切换开关50掷于第1端时，为手动工作模式，这时调制电路30输出的PWM信号被切断。通过改变可变第二电阻R2的阻值，以改变555定时器输出引脚3端输出PWM信号的占空比，从而达到调节鼓风机的风速。

如果将负载换为灯具，即可对灯具进行调光。当然，本技术领域内的一般技术人员应当认识到，上述具体实施方式及实施例仅是用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明权利要求的实质精神范围内，对上述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims

1.多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：

以及载波生成电路，该载波生成电路用于输出PWM控制信号；

2.根据权利要求1所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：在功率推挽放大电路之前设有一个PWM信号切换开关。

3.根据权利要求2所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：当切换开关切换至其第1端时，控制器工作于手动模式，并通过改变第二电阻R2的阻值来改变输出的PWM占空比从而实现对直流电机的调速或灯具调光目的。

4.根据权利要求2述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：当切换开关切换其第3端时，控制器工作于自动模式，此时可变第二电阻R2阻值固定，输出PWM的占空比跟随输入的低频PWM信号改变而改变，从而达到自动调速调光的目的。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：还包括一个用于检测负载工作情况的保护动作电路，还包括一个用于检测负载工作情况的保护动作电路，该保护动作电路与载波生成电路连接。

6.根据权利要求1至4任意一项任意所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：所述调制波生成电路包括第六电阻R6以及第三电容C3，第六电阻R6的一端接收低频PWM信号，第六电阻R6的另一端与第三电容C3连接，第三电容C3的另一端接地。

7.根据权利要求1至4任意一项所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：所述载波生成电路包括555定时器、第一二极管D1、第二二极管D2、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1以及第二电容C2；第二电阻R2的一端连接电源，第二电阻R2的另一端连接第一二极管D1的阳极，第一二极管D1的阴极连接第二电容C2的一端，第二电容C2的另一端接地；第二二极管D2的阳极与第二电容C2的一端连接，第二二极管D2的阴极与第三电阻R3的一端连接，第三电阻R3的另一端与555定时器的放电引脚连接。

8.根据权利要求7所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：还包括与555定时器的复位引脚连接的保护动作电路，当发生保护时，555定时器复位功能动作，使得输出的PWM信号关闭。

9.根据权利要求1至4任意所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：所述调制电路为比较器。

10.根据权利要求1至4任意所述的多功能调速调光PWM控制器，其特征在于：所述功率推挽放大电路包括第一三极管Q1，第二三极管Q2，第四电阻R4以及第五电阻R5，第一三极管Q1的基极连接第二三极管Q2的基极，第一三极管Q1的集电极连接电源，第四电阻R4的两端分别与第一三极管Q1的集电极以及发射极连接，第五电阻R5的两端分别与第二三极管Q2的集电极以及发射极连接。