CN102208889A - 直流马达双电源供电的调速方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种直流马达双电源供电的调速方法，其将直流电源分成一正常输入电压直流电源及一低电压直流电源，其中该正常输入电压电源导入脉波宽度调变电路，该脉波宽度调变电路并经一滤波电路经适当电感器、电容器加以限流的滤波后供电给直流马达，且其中该低电压直流电源也同时供电给直流马达，进而达成直流马达双电源供电及调速目的。本发明高效率、温升低、高输出、低压降，其可大幅改善现有技术缺点，适用于各种需要使用调整直流马达速度的场合。

Description

直流马达双电源供电的调速方法

技术领域

本发明涉及一种可有效控制直流马达转速的双电源供电的调速方法，尤其涉及其运用可设定直流电压加上可调整脉冲宽度调变(PWM)方波并经滤波的双电源所组成的调速方法。

背景技术

如所知，一般马达控制转速或调整转速方式大致可分为如下三种：

1、使用电阻或晶体管经由串接方式进行调节电压或电流而供电，以达到其控制转速目的，主要缺点为电力使用效率最差，大约在50％以下，故其效率低、耗能大及输出功率小，且其电阻或晶体管温度易上升至90℃以上高温，因此，须加大散热片，显然其结构重量重、体积庞大，若使用晶体管在大电流负载装置下不易饱和功率耗损很大，最大输出时晶体管电压降大至3V输出下降，在低电压装置将失去控制目的。

2、使用脉波宽度调变(PWM)电路并加以整流，将电源滤波成直流供电，其不管降压或升压都利用回授电路控制输出，主要缺点为材料成本高，电力使用效率中等约80％，其主要组件为MOSFET(金属氧化物半导体场效应管)、电感器，电容器，温度上升大至30℃，大电流须加散热片，重量及体积中等。

3、仅用脉波宽度调变(PWM)电路，其虽可提供高效率的方波输出，但主要缺点为易产生不转、振动、异状噪音或杂音。

发明内容

本发明的实施例提供一种直流马达双电源供电的调速方法，能够达到效率高、温升小、低杂音、适用范围广的发明目的。

为达到上述目的，本发明的实施例采用如下技术方案：一种直流马达双电源供电的调速方法，其将直流电源1分成一正常输入电压直流电源11及一低电压直流电源12，其中该正常输入电压电源11导入脉波宽度调变电路13，该脉波宽度调变电路13并经一滤波电路14经适当电感器、电容器加以限流的滤波后供电给直流马达15，且其中该低电压直流电源12也同时供电给直流马达15，进而达成直流马达双电源供电及调速目的。

优选地，其中脉波宽度调变电路13，连接一内建有软件程序的微芯片控制器或硬件集成电路调节控制器16及一回授电路17，该微芯片控制器或硬件体积电路调节控制器16及回授电路17并与直流马达15连接，据此，直流马达15可将其转速、温度、电压、电流、功率或正负周期比等讯息提供给回授电路17并由控制微芯片控制器或硬件电路调节控制器16及调整脉波宽度调变电路13的输出，进而控制及调整直流马达的转速。

优选地，其中滤波电路14，其包含电流涌入限制电阻，据以可限制其浪涌电流的涌入电流，有效供应负载电力、提供电路安全稳定及防止长时间工作下电容器产生极大浪涌电流所致导致的漏液、失效或爆炸等不良影响。

采用本发明的技术方案后，由于本发明技术主要利用脉波宽度调变(PWM)电路输出加上直流输出双回路供电，具有90％以上高效率、温升大约仅为8℃左右、高输出、低压降0.3V，其可大幅改善现有技术缺点，集所有电路优点如下：高效节能、低温升、高功率、低压降、高输出、低杂音、可调范围宽广、转速(RPM)读值准确、涌入电流(Inrush Current)小、电路简单、响应快、轻薄短小、容易控制、易于生产、成本低及安全可靠。

附图说明

图1为本发明动作原理方块图。

图2为本发明以降压电路为例的运作原理波型图。

图3为本发明以内建有计算机软件的微芯片配合电子电路方式达成控制或调节输出目的实施例电路图。

图4为本发明以硬件集成电路配合电子电路方式达成控制或调节输出目的实施例电路图。

【主要组件符号说明】

直流电源(DC Power)(1)

第一电压来源(11)

电压波段(11A)、(11B)、(11C)、(11D)

第二电压来源VDC(12)

脉波宽度调变(PWM)电路(13)

滤波电路(14)

直流马达(15)

微芯片控制器或硬件集成电路调节控制器(16)

回授电路(17)

直流输入电压(V)

马达输入最大电压(Vin)＝(PWM)输出最大电压

时间(t)

正周期(D1)

负周期(D2)

频率(F)

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例直流马达双电源供电的调速方法进行详细描述。

本发明直流马达双电源供电的调速方法，其目的运用在直流马达的速度控制，主要控制电压大小达成控制转速，参考图1本发明动作原理方块图所示，其将直流电源(DC Power)(1)分成一正常输入电压直流电源11(以下简称第一电压来源)及一低电压直流电源12(以下简称第二电压来源)，其中该正常输入电压直流电源11导入脉波宽度调变(PWM)电路13，脉波宽度调变(PWM)电路13并经一滤波电路14经适当电感器、电容器加以限流滤波后供电给直流马达15，其中低电压直流电源12也同时供电给直流马达15，据以达成直流马达双电源供电。

上述脉波宽度调变(PWM)电路13连接一内建有软件程序的微芯片(Micro P)控制器或硬件集成电路(IC)调节控制器16及一回授电路17，微芯片控制器或硬件集成电路调节控制器16及回授电路17并与直流马达15连接，据此，直流马达15可将其转速、温度、电压、电流、功率或正负周期比(Duty)等讯息提供给回授电路17，并由微芯片控制器或硬件集成电路调节控制器16控制调整脉波宽度调变(PWM)电路13的输出，进而有效控制直流马达15的转速。

参考图2本发明以降压式电路(Set down circuit)为例的运作原理波型图(本电路也适合工作在升压式电路Set up circuit)及图3本发明以内建有计算机软件的微芯片配合电子电路方式达成控制或调节输出目的实施例电路图所示，其包含将直流电源(DC Power)1分成一正常输入电压直流电源11(第一电压来源)经脉波宽度调变(PWM)电路13所呈现直立的数个输出电压波段(11A)、(11B)、(11C)、(11D)及一低电压直流电源12(第二电压来源)，其电压为(DCV)，而马达最大输入电压为Vin、时间为(t)，该电压波段(11A)、(11B)、(11C)、(11D)的正周期为(D1)，而各电压波段(11A)、(11B)、(11C)、(11D)d间隔为负周期(D2)，其频率(F)。

如图2所示，现以该降压式电路(Set down circuit)为例说明其运作原理为：

马达输入最大电压(Vin)＝PWM输出最大电压

周期Cycle Dt＝正周期Dt1+负周期Dt2

频率Frequency F＝1/Dt

正周期比(占空比)Duty cyc1e D＝Dt1/Dt

输出电压Output voltage Vo

Vo＝第一电压来源V source 1经脉波宽度调变电路方波部份的平均输出值和电感电容储存电压LC Filter effect voltage再和可设定第二电压来源V source 2两个电力来源构成复合式电压。

若电感电容储存效应电压不列入计算(If let LC Filter effectvoltage＝0V)

Vo＝脉波宽度调变方波部份电压平均值PWM(V Avg.)+DCV＝PWM输出

最大电压Vin DCV)*(Dt1/Dt1+Dt2)+DCV

＝(Vin DCV)*D+DCV.---------------1

如果设定正周期比Duty从0％到100％：

A.当直流电压DCV打开到马达任易可调电压范围(Vo Rang)约从最小(Min)可设定电压DCV到最大(Max)Vin输入电压。

B.当第一电压来源V source 1+第二电压来源V source 2直流电压关闭时Vo输出电压(到马达电压)为0V.。

以下以直流无刷风扇马达为例：

第二电压来源V source 2就是可设第二电压DCV若是DC 4V.。

第一电压来源V source 1若是12V，马达输入最大电压(Vin)是12V正周期比(占空比)Duty cycle D在0.4时输出电压Output voltage Vo

约等于(Vin DCV)*D+DCV.

＝(12V 4V)*0.4+4V

＝8V*0.4+4V

Vo＝7.2V(直流电压)

另Duty cycle D在0.8时直流电压输出为10.4V(直流电压)。

上述本发明直流马达双电源供电的调速方法，其中可由图3所示以内建有计算机软件的微芯片(Micro P)控制器配合电子电路方式达到其控制输出目的。

本发明实施时还可由图4所示以硬件集成电路(IC)配合电子电路方式达到其调节控制输出目的，其中图3及图4的电路呈现方式，仅作为本发明案实施可能的佐证，并不以该内容为作为本发明案方法的限定。

其中图3的电路是以内建有计算机软件的微芯片(Micro P)控制器配合电子电路方式达成本发明目的方法，其微芯片控制器16由电压、转速(RPM)、正负周期比(Duty)回授，并由软件处理脉波宽度调变(PWM)电路开或关而控制输出；其中接点5第二电压来源V source 2 DCV、接点O连接微芯片MicroP并由软件给R2、R3控制TR1晶体管开或关，经D01提供第二电压来源.其D01隔离二极管为隔离第一电压来源V source 1之用；

接点V就是提供直流电压输入给MOSFET Q02，而MOSFET作为PWM开关(switching)，Vin是PWM输出最大电压，由微芯片控制器16接点P推动电路R1，C1，TR2晶体管、R01，R02控制第二电压来源输出；

接点R连接Micro P是转速(RPM)电压、转数、使用率(占空比duty cycle)、电流、温度、频率、速度回授的接点；电感L01，电容EC02提供适当的滤波，其轻微合适滤波，可减少功耗；R08为电阻器，其可限定浪涌电流(InrushCurrent)。

其中图4的电路是以硬件集成电路(IC)配合电子电路方式达到其调节控制输出目的，由硬件及集成电路构成电压、转速(RPM)、正负周期比(Duty)回授并控制脉波宽度调变(PWM)电路而调节输出；

U1A为PWM振荡电路，主要为控制集成电路(IC)，电阻VR1为正负周期比(Duty)调节、输出电压控制的可变电阻。

本发明电路加入滤波电路14，其包含电流涌入限制电阻R08，据以可限制其浪涌电流(Inrush Current)涌入电流于平常值1/3以下，有效供应负载电力、提供电路安全稳定及防止长时间工作下电容器产生极大浪涌电流(Inrush Current)致导致漏液、失效或爆炸等不良影响。

本电路的脉冲宽度调(PWM)电路仅作适当的滤波，输出在调变时电压波型类似方波很高的效率，在理想电容器电路导通瞬间理论值无限大，若线路电阻(r)提供电流限制，电容器电路浪涌电流Ia＝(Vin-VCE电容器初始电压)/(r+ESR电容器等效阻抗)，然而输入电压(Vin)越高线路电流越大，因此加了R08电阻可限制其浪涌电流(Inrush Current)Ib＝(Vin-VCE)/(r+ESR+R08)，结果为Ib＜＜Ia。

LC适当的滤波非整流L01，EC02主要功能是防止产生异音(杂音)。

本发明电路脉冲宽度调变(PWM)电路使用极低频约100Hz.正负60％低频下工作，因此有很高的效率，如马达转速控制或调节乃由电压、转数、使用率(占空比Duty cycle)、电流、温度、频率及速度的回授，进而调变控制。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种直流马达双电源供电的调速方法，其特征在于，其将直流电源(1)分成一正常输入电压直流电源(11)及一低电压直流电源(12)，其中该正常输入电压电源(11)导入脉波宽度调变电路(13)，该脉波宽度调变电路(13)并经一滤波电路(14)经适当电感器、电容器加以限流的滤波后供电给直流马达(15)，且其中该低电压直流电源(12)也同时供电给直流马达(15)，进而达成直流马达双电源供电及调速目的。

2.根据权利要求1所述的直流马达双电源供电的调速方法，其特征在于，其中脉波宽度调变电路(13)，连接一内建有软件程序的微芯片控制器或硬件集成电路调节控制器(16)及一回授电路(17)，该微芯片控制器或硬件体积电路调节控制器(16)及回授电路(17)并与直流马达(15)连接，据此，直流马达(15)可将其转速、温度、电压、电流、功率或正负周期比等讯息提供给回授电路(17)并由控制微芯片控制器或硬件电路调节控制器(16)及调整脉波宽度调变电路(13)的输出，进而控制及调整直流马达的转速。

3.根据权利要求1所述的直流马达双电源供电的调速方法，其特征在于，其中滤波电路(14)，其包含电流涌入限制电阻，据以可限制其浪涌电流的涌入电流，有效供应负载电力、提供电路安全稳定及防止长时间工作下电容器产生极大浪涌电流所致导致的漏液、失效或爆炸等不良影响。

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