CN103062088A - 风扇控制电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种风扇控制电路，用于控制具有直流马达的风扇，马达具有正负两个端口，风扇控制电路包括一端连接至一直流电源的正极的自举电容、具有两个连接端及一可控制连接端导通与否的第一控制端的第一电子开关、具有两个连接端及一可控制连接端导通与否的第二控制端的第二电子开关、包括一用于控制信号的输入端以及一连接至第一及第二控制端的输出端的晶体管驱动电路。第一电子开关的连接端分别连接上述马达的正端口以及电源正极。第二电子开关的连接端分别连接自举电容的另一端及上述马达的正端口。第一及第二控制端在控制信号的控制下同时导通或截止对应的两个连接端。在第二电子开关的作用下，自举电容的电压不受电压马达的影响。

Description

风扇控制电路
技术领域
本发明涉及风扇控制电路，尤其涉及一种应用在汽车的散热器上的风扇的控制电路。
背景技术
现有的一种用于控制汽车的散热器风扇的控制电路包括一个自举电容、一个驱动电路以及一个场效应晶体管。该晶体管与风扇的马达串联于一个直流电源的正负极之间，并且，该晶体管的源极连接至马达，漏极连接至该直流电源的正极。该驱动电路具有一个用于接收脉宽调制信号的输入端以及一个连接至晶体管的栅极的输出端。该自举电容的两端分别连接至一个直流电源以及该晶体管的源极。该自举电容保证了即使在该直流电源的电压发生变化的情况下，该晶体管的栅极与源极之间仍具有一个稳定的电压差，比如10伏，以确保该晶体管在需要时可转换成导通状态。当风扇的叶轮在汽车前进过程中受到气流的压力而旋转时，风扇的马达此时变成一个发电机并产生一个电压，该电压会加载在该自举电容上而阻止该自举电容的充电或者降低该自举电容的电压，导致自举电容无法保证该晶体管的栅极与源极之间的电压差而影响整个控制电路的功能。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种可维持该晶体管的栅极与源极之间的电压差的控制电路。
一种风扇控制电路，用于控制应用在汽车中并且具有马达的风扇，该风扇控制电路包括一个第一场效应晶体管、一个晶体管驱动电路、一个自举电容以及一个可控电子开关。第一场效应晶体管与该马达串联于一个第一直流电源的两端之间，并且其源极连接至该马达。晶体管驱动电路包括一个用于接收脉宽调制信号的输入端以及一个向该第一场效应晶体管的栅极输出控制信号的输出端。自举电容连接在一个第二直流电源与第一场效应晶体管的源极之间。可控电子开关连接在该自举电容与该第一场效应晶体管的源极之间，该可控电子开关具有一个并联连接并且允许电流自该自举电容流向该马达的二极管，该可控电子开关由该晶体管驱动电路的输出端输出的控制信号控制。
优选地，该可控电子开关为一个第二场效应晶体管，其漏极连接至该第一场效应晶体管的源极，并且其源极连接至该自举电容；上述二极管为该第二场效应晶体管的寄生二极管。
优选地，该风扇控制电路还包括两个反方向串联后连接在该第一晶体管的源极与栅极之间的稳压管。
优选地，该风扇控制电路还包括一个稳压管，其阳极及阴极分别连接至该第二场效应晶体管的源极与栅极之间。
优选地，该晶体管驱动电路具有一个用于为该自举电容充电并且与该马达不耦合的充电通路。
优选地，该晶体管驱动电路包括第一至第四三极管；第一三极管的基极连接该输入端，射极接地，集电极连接上述第二直流电源以及第二三极管的基极；第二三极管的射极接地，集电极连接上述第二直流电源以及第三与第四三极管的基极；第三与第四三极管的类型相反，其集电极分别连接至该自举电容的两端，其射极均连接至该输出端；第三三极管的集电极通过一个二极管连接至其基极；第四三极管的集电极连接上述第二直流电源。
优选地，该第一三极管的集电极与该第二直流电源之间还连接有一个第一二极管，并且该第一二极管的阳极连接该第二直流电源。
优选地，该第二三极管的集电极与该第二直流电源之间还连接有一个第二二极管，并且该第二二极管的阳极连接该第二直流电源。
优选地，该风扇控制电路还包多个第三二极管，该多个第三二极管同向并联后连接在该马达的两端并且其阳极连接该马达的正向输入端。
一种风扇控制电路，用于控制具有直流马达的风扇，该马达具有一个正端口及一个接地的负端口，该风扇控制电路包括一个自举电容、一个三极管或场效应晶体管、一个电子开关以及一个晶体管驱动电路。自举电容一端连接至一个直流电源的正极。三极管或场效应晶体管的集电极或漏极连接至该电源正极，射极或源极连接至上述马达的正端口。电子开关具有一个控制端及两个连接端，该控制端可控制该两个连接端导通或截止，该两个连接端分别连接该自举电容的另一端以及上述马达的正端口。晶体管驱动电路包括一个用于接收控制信号的输入端以及一个连接至该三极管或场效应晶体管的基极或栅极及该控制端的输出端，该三极管或场效应晶体管及电子开关在该控制信号的控制下同时导通或截止。
一种风扇控制电路，所述风扇包括电机及与电机的输出轴连接的叶轮，所述电路包括电容、驱动电路、第一开关及第二开关。所述驱动电路被配置为向第一开关交替输出导通和截止控制信号。所述第一开关被配置为当其被加载的电压高于预定值并且收到所述导通控制信号时导通。所述电机与所述第一开关串联，当第一开关导通时所述电机作为电动机驱动所述风扇旋转，当第一开关截止时所述电机可作为发电机产生反向电动势。所述电容被配置为当第一开关截止时由一电源充电，当第一开关导通时经第一开关放电。所述第二开关被配置为当所述驱动电路输出所述导通控制信号时时电连接所述电容与第一开关以向所述第一开关加载高于预定值的电压，当第一开关截止时断开电容与电机间的电连接以避免所述反向电动势降低电容两端的电压。
优选地，所述第二开关由所述导通和截止控制信号控制。
优选地，所述第一开关及第二开关均为场效应晶体管，所述第一开关的漏极及源极分别连接一个外部直流电源的正极以及所述电机，所述第一开关及第二开关的栅极均连接至所述驱动电路的输出端，所述电容通过所述第二开关的源极及漏极连接至所述第一开关的源极。
本发明的中采用的电子开关可在马达变成发电机产生反电势的情况下截断该反电势加载至该电容，保证了电容两端的电压不受该电压影响的作用，
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1是本发明较佳实施方式的风扇控制电路的原理图，其中的带箭头虚线表示了自举电容的充电电流的流向。
图2为图1的风扇控制电路，其中的带箭头虚线表示了自举电容的放电电流的流向。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。
请参阅图1，本发明的较佳实施方式的控制电路1用于控制一个应用在汽车前部的散热器上的风扇2，风扇2包括有刷直流马达3以及由马达3驱动的叶轮4。控制电路1包括一个第一场效应晶体管Q1、一个晶体管驱动电路5、一个自举电容C1以及一个第二场效应晶体管Q2。
晶体管Q1与马达3串联于一个第一直流电源VB1的正极与地之间。晶体管Q1的漏极连接到电源VB1的正极，晶体管Q1的源极连接到马达3的正端口。一个电阻R7连接在晶体管Q1的源极及栅极之间。若干个二极管D1并联后连接在马达3的正端口与地之间。一个电容C4以及一个电阻R2串联后连接在马达3的正端口与直流电源VB1的正极之间。一个分流电阻R10连接在马达3的负端口与地之间。
晶体管驱动电路5包括一个输入端I以及一个输出端O。输入端I用于接收脉冲宽度调制(PWM)或脉冲时间调制信号。输出端O通过一个电阻R4连接至晶体管Q1的栅极。本实施方式中，晶体管驱动电路5包括四个三极管Q3至Q6。三极管Q6为NPN型，其基极通过一个电阻R9连接至输入端I，其射极接地，集电极通过一个电阻R5连接至一个二极管D7的阴极，二极管D7的阳极连接至一个第二直流电源VB2的正极，直流电源VB2可以是汽车的电池组。两个电容C2及C3分别连接在二极管D7的正负极与地之间。三极管Q5也为NPN型，其基极通过一个电阻R8连接至三极管Q6的集电极，射极接地，集电极通过一个电阻R3连接至三极管Q3及Q4的基极。三极管Q5的集电极还通过一个电阻R1连接至一个二极管D6的阴极。二极管D6的阳极连接至二极管D7的阳极。三极管Q3也为NPN型，其集电极连接至二极管D6的阴极，射极连接至PNP型的三极管Q4的射极。三极管Q4的集电极通过一个二极管D5连接至其基极。三极管Q3及Q4的射极连接至晶体管驱动电路5的输出端O。
自举电容C1的两端分别连接至三极管Q3及Q4的集电极，自举电容C1的连接至三极管Q3的集电极的一端同时也通过二极管D6连接至直流电源VB2，自举电容C 1的连接至三极管Q4的集电极的另一端还通过第二场效应晶体管Q2连接至晶体管Q1的源极。晶体管Q2的源极连接至自举电容C1，漏极连接至晶体管Q1的源极以及马达3的正端口，栅极通过一个电阻R6连接至晶体管驱动电路5的输出端O。为了限制晶体管Q2的源极与栅极之间的电压，一个稳压二极管D4的正极与负极分别连接至晶体管Q2的源极与栅极。为了钳制晶体管Q1的源极与栅极之间的电压，两个反方向串联的稳压管D2及D3连接在晶体管Q1的源极及栅极之间。必须指出的是，此处之所以采用了两个反方向串联的稳压管，是充分考虑到了电压VMOT(以下详细说明)较大的情况。
控制电路1的工作过程如下所述。当一个低电平信号输入至晶体管驱动电路5的输入端I时，三极管Q6截止，三极管Q5导通，三极管Q3及Q4截止。晶体管驱动电路5的输出端O因此输出低电平信号，晶体管Q1也因此截止。此时，风扇2的马达3不受激励。
在这种情况下，当叶轮4静止不动或者基本无法动作时，马达30将不产生电压。自举电容C1将通过如图1的带箭头的虚线所示的充电电流被充电并保持在带电状态，具体地说，该充电电流依次从直流电源VB2的正极经过二极管D6、自举电容C1、二极管D5、电阻R3以及导通的三极管Q5的集电极及射极流至地。而当叶轮4在汽车前进过程中受到气流的压力而旋转时，马达3此时相当于一个发电机，产生一个如图1所示的电压VMOT。此时，晶体管Q2的寄生二极管或者称为内部二极管阻止该电压VMOT被加载至自举电容C1。即是说，晶体管Q2截断了电压VMOT与自举电容C1之间的耦合。电容C1两端的电压不受VMOT的影响而降低，晶体管Q1的栅极与源极之间的电压差不会因电容C1两端电压的降低而过小，导致晶体管Q1无法在其栅极为高电平时导通。因此，自举电容C1可维持晶体管Q1的栅极与源极之间的电压差不受电压VMOT的影响，
当一个高电平信号输入至晶体管驱动电路5的输入端I时，三极管Q6导通，三极管Q5截止，三极管Q3及Q4导通。因此，输出端O对应地输出一个高电平信号，导致晶体管Q1及Q2均导通，此时自举电容C1通过如图2所述的带箭头的虚线所示的电流放电。事实上，当上述PWM信号加载到输入端I时，输出端O输出对应的调制的高电平及低电平，使得晶体管Q1及Q2交替地导通或截止，晶体管Q1导通时马达3受激励，晶体管Q1截止时马达3不受激励，然而其与二极管D1形成继流回路，如此，通过控制PWM信号的脉宽即可控制马达3的转速。而在这个过程中，自举电容C1起到维持晶体管Q1的栅极与源极之间的电压差的作用，晶体管Q2则起到维持自举电容C1两端的电压不受电压VMOT影响的作用。
根据选用的电子元件的不同，直流电源的电压需随着变化，因此，可以理解，在其它实施方式中，本发明的控制电路也可仅需一个直流电源。上述晶体管均起到电子开关的作用，因此可以理解，起到上述晶体管的作用的电子开关均可用于本发明。比如，晶体管Q1及Q2也可以是一个三极管或者其他等效的开关。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种风扇控制电路，用于控制应用在汽车中并且具有马达(3)的风扇(2)，该风扇控制电路(1)包括：
一个第一场效应晶体管(Q1)，其与该马达(3)串联于一个第一直流电源(VB1)的两端之间，并且其源极连接至该马达(3)；
一个晶体管驱动电路(5)，其包括一个用于接收脉宽调制(PWM)信号的输入端(I)以及一个向该第一场效应晶体管(Q1)的栅极输出控制信号的输出端(O)；以及
一个自举电容(C1)，其连接在一个第二直流电源(VB2)与第一场效应晶体管(Q1)的源极之间；
其特征在于：该风扇控制电路(1)还包括一个连接在该自举电容(C1)与该第一场效应晶体管(Q1)的源极之间的可控电子开关(Q2)，该可控电子开关(Q2)具有一个并联连接并且允许电流自该自举电容(C1)流向该马达(3)的二极管，该可控电子开关(Q2)由该晶体管驱动电路(5)的输出端(O)输出的控制信号控制。
2.如权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，该可控电子开关为一个第二场效应晶体管(Q2)，其漏极连接至该第一场效应晶体管(Q1)的源极，并且其源极连接至该自举电容(C1)；上述二极管为该第二场效应晶体管(Q2)的寄生二极管。
3.如权利要求1或2所述的风扇控制电路，其特征在于，该风扇控制电路(1)还包括两个反方向串联后连接在该第一晶体管(Q1)的源极与栅极之间的稳压管(D2，D3)。
4.如权利要求1或2所述的风扇控制电路，其特征在于，该风扇控制电路(1)还包括一个稳压管(D1)，其阳极及阴极分别连接至该第二场效应晶体管(Q2)的源极与栅极之间。
5.如权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，该晶体管驱动电路(5)具有一个用于为该自举电容(C1)充电并且与该马达(3)不耦合的充电通路(VB2，D6，D5，Q5)。
6.如权利要求5所述的风扇控制电路，其特征在于，该晶体管驱动电路(5)包括第一至第四三极管(Q6-Q3)；第一三极管(Q6)的基极连接该输入端(I)，射极接地，集电极连接上述第二直流电源(VB2)以及第二三极管(Q5)的基极；第二三极管(Q5)的射极接地，集电极连接上述第二直流电源(VB2)以及第三与第四三极管(Q4，Q5)的基极；第三与第四三极管(Q4，Q5)的类型相反，其集电极分别连接至该自举电容的两端，其射极均连接至该输出端(O)；第三三极管(Q4)的集电极通过一个二极管连接至其基极；第四三极管(Q3)的集电极连接上述第二直流电源(VB2)。
7.如权利要求6所述的风扇控制电路，其特征在于，该第一三极管(Q6)的集电极与该第二直流电源(VB2)之间还连接有一个第一二极管(D7)，并且该第一二极管(D7)的阳极连接该第二直流电源(VB2)。
8.如权利要求6所述的风扇控制电路，其特征在于，该第二三极管(Q5)的集电极与该第二直流电源(VB2)之间还连接有一个第二二极管(D6)，并且该第二二极管(D6)的阳极连接该第二直流电源(VB2)。
9.如权利要求1所述的风扇控制电路，其特征在于，该风扇控制电路还包多个第三二极管(D1)，该多个第三二极管(D1)同向并联后连接在该马达(3)的两端并且其阳极连接该马达(3)的正向输入端。
10.一种风扇控制电路，用于控制具有直流马达(3)的风扇(2)，该马达(3)具有一个正端口及一个接地的负端口，该风扇控制电路(1)包括：
一个自举电容(C1)，其一端连接至一个直流电源的正极；
一个三极管或场效应晶体管(Q1)，其集电极或漏极连接至该电源正极，射极或源极连接至上述马达(3)的正端口；
一个电子开关(Q2)，其具有一个控制端及两个连接端，该控制端可控制该两个连接端导通或截止，该两个连接端分别连接该自举电容的另一端以及上述马达(3)的正端口；以及
一个晶体管驱动电路(5)，其包括一个用于接收控制信号的输入端(I)以及一个连接至该三极管或场效应晶体管(Q1)的基极或栅极及该控制端的输出端(O)，该三极管或场效应晶体管(Q1)及电子开关(Q2)在该控制信号的控制下同时导通或截止。
11.一种风扇控制电路，所述风扇包括电机及与电机的输出轴连接的叶轮，所述电路包括电容(C1)、驱动电路(5)、第一开关(Q1)、及第二开关(Q2)；
所述驱动电路(5)被配置为向第一开关(Q1)交替输出导通和截止控制信号；
所述第一开关(Q1)被配置为当其被加载的电压高于预定值并且收到所述导通控制信号时导通；
所述电机与所述第一开关(Q1)串联，当第一开关(Q1)导通时所述电机作为电动机驱动所述风扇旋转，当第一开关截止时所述电机可作为发电机产生反向电动势；
所述电容(C1)被配置为当第一开关(Q1)截止时由一电源充电，当第一开关(Q1)导通时经第一开关(Q1)放电；
所述第二开关(Q2)被配置为当所述驱动电路(5)输出所述导通控制信号时时电连接所述电容(C1)与第一开关(Q1)以向所述第一开关(Q1)加载高于预定值的电压，当第一开关(Q1)截止时断开电容(C1)与电机间的电连接以避免所述反向电动势降低电容两端的电压。
12.如权利要求11所述的电路，其特征在于，所述第二开关(Q2)由所述导通和截止控制信号控制。
13.如权利要求12所述的电路，其特征在于，所述第一开关(Q1)及第二开关(Q2)均为场效应晶体管，所述第一开关(Q1)的漏极及源极分别连接一个外部直流电源的正极以及所述电机，所述第一开关(Q1)及第二开关(Q2)的栅极均连接至所述驱动电路(5)的输出端，所述电容(C1)通过所述第二开关(Q2)的源极及漏极连接至所述第一开关(Q1)的源极。
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