CN103867477A - 一种直流风机pwm调速电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种直流风机PWM调速电路及其方法，包括温度传感电路、单片机、光电隔离电路和驱动电路；所述温度传感电路安装于短波发信机的功率放大器上，用于感应功率放大器的温度，并将温度信号转换为一个模拟电压信号、传输至单片机内；所述单片机将模拟电压信号经过A/D转换单元量化成数据量、即温度值，单片机内的风机转速控制函数根据温度值判断计算后得到一个PWM的脉宽值并定时输出脉宽值到脉宽调制单元内相应的寄存器；单片机信号输出到光电隔离电路的阴极，再耦合到集电极，集电极信号连接至驱动电路的MOS管的栅极。降低短波发信机的噪声，净化工作环境。
Description
技术领域
本发明属于电子电路设计，具体涉及一种直流风机PWM调速电路及其方法。
背景技术
在短波发信机中，功率放大器(简称功放)是最大的耗能单元，其放大效率不到30％，剩下超过70％的电能变成了热能，而巨大的热量会造成功放温度迅速升高。为使功放正常工作，用风机冷却功放是目前唯一的方法。冷却功放用的风机大多采用直流风机，这种风机风压大，但是噪声也大。
发明内容
本发明的目的是：提供一种直流风机PWM调速电路及其方法，在短波发信机不发射时或者环境温度较低时降低噪声，净化工作环境；降低风机的功耗，提高发信机的效率。
本发明的技术方案是：一种直流风机PWM调速电路及其方法，包括温度传感电路、单片机、光电隔离电路和驱动电路；所述驱动电路包括第一电阻、第二电阻和MOS管，所述MOS管的栅极一路串接第一电阻、并通过第一电阻连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，MOS管的栅极并联的一路串接第二电阻、并通过第二电阻连接所述直流风机的电源负极，所述MOS管的源极连接所述直流风机的电源负极；
所述温度传感电路安装于短波发信机的功率放大器上，用于感应功率放大器的温度，并将温度信号转换为一个模拟电压信号、传输至单片机内；
所述单片机将模拟电压信号经过A/D转换单元量化成数据量、即温度值，单片机内的风机转速控制函数根据温度值判断计算后得到一个PWM的脉宽值并定时输出脉宽值到脉宽调制单元内相应的寄存器；
具体风机转速控制函数为：当功放温度低于第一温度阈值时，计算得到PWM的脉宽值在第一脉宽阈值范围P1-P2之间，风机不转；当功放温度高于第二温度阈值时，计算得到的PWM的脉宽值大于第二脉宽阈值，风机全速运转；当功放温度在第一温度阈值与第二温度阈值之间时，算到的PWM的脉宽值随温度的升高而增大，风机的转速随脉宽值的增大而升高；
单片机内部的脉宽调制单元硬件根据初始化的频率自动输出信号幅度是3.3V的脉宽调制信号，单片机上的电平转换芯片将信号幅度是3.3V的脉宽调制信号转换为信号幅度是5V的脉宽调制信号，然后输出到光电隔离电路的阴极，再耦合到集电极，集电极信号连接至驱动电路的MOS管的栅极；
所述MOS管的漏极一路连接至整流二级管的正极、并联的一路连接至单刀双置开关的第一静触点，所述整流二级管的负极连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，所述单刀双置开关的第二静触点和动处触点均连接短波发信机散热直流风机的电源负极。
进一步的，所述第一温度阈值为12.5℃。
进一步的，所述第二温度阈值为50℃。
进一步的，所述第一脉宽阈值范围P1-P2为0～13175。
进一步的，所述第二脉宽阈值为52700，大于脉宽调制器周期的机器时钟个数，无须判断，风机自然全速运转。
本发明采用单片机内的脉宽调制（PWM）硬件单元外接光电隔离电路和驱动电路组成PWM调速电路。使用时，当功放温度低于12.5℃时，风机不转；当功放温度高于50℃时，风机全速运转；当功放温度在12.5℃与50℃之间时，风机的转速随温度升高而升高（其中温度传感器装在功放上）。
本发明的有益效果是：一台大功率的短波发信机上有几十个风机。如果不用本发明电路，开机后声音震耳欲聋。使用了本发明电路后，大大降低了短波发信机噪声，净化了工作环境，也降低了风机的功耗，提高了发信机的效率。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种直流风机PWM调速电路，包括温度传感电路、单片机、光电隔离电路D14和驱动电路V41。驱动电路V41包括10000欧姆的第一电阻R128、1000欧姆的第二电阻R127和MOS管2SK1382，MOS管的栅极一路串接第一电阻R128、并通过第一电阻R128连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，MOS管的栅极并联的一路串接第二电阻R127、并通过第二电阻R127连接直流风机的电源负极，MOS管的源极连接直流风机的电源负极。
温度传感电路安装于短波发信机的功率放大器上，温度传感电路输出端信号连接至单片机的输入端；所述单片机输出端信号连接至光电隔离电路阴极，光电隔离电路的阳极通过设有的1000欧姆的第三电阻R126信号连接至光电隔离电路的+5V的工作电源。光电隔离电路的集电极信号连接至MOS管的栅极、光电隔离电路的发射极连接短波发信机散热直流风机的电源负极。
MOS管的漏极一路连接至整流二级管IN4004的正极、并联的一路连接至单刀双置开关的第一静触点，整流二级管的负极连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，单刀双置开关JP1的第二静触点和动处触点均连接短波发信机散热直流风机的电源负极。
工作时，温度传感电路（LM35DH＋LM358）安装于功率放大器上，用于感应功率放大器的温度，并将温度信号转换为一个模拟电压信号、传输至ARM单片机内。这个模拟电压在ARM-CPU（LPC2292FBD144）内经过A/D转换单元量化成数据量（温度值）。风机转速控制函数根据功放的温度值判断计算后得到一个PWM的脉宽值并定时输出脉宽值到脉宽调制（PWM）单元内相应的寄存器。ARM-CPU内部的脉宽调制单元硬件根据初始化的频率自动输出脉宽调制信号PWM+3.3V（其信号幅度是3.3V）。ARM单片机上的电平转换芯片将PWM+3.3V转换为脉宽调制信号PWM+5（其信号幅度是5V），然后输出到光电隔离电路PC817的阴极（2脚），再耦合到集电极（4脚），而集电极与驱动管V41（2SK1382）的栅极是连在一起的，这里栅极上的偏压则是由风机的高压电源（50V）分压得到的。这样高压电源与低压电源就被光电隔离电路PC817完全分开了。而驱动电路信号连接至直流风机，驱动直流风机工作。
本发明采用PWM调速电路来控制风机的运转速度。当功放温度低于12.5℃时，算到的PWM的脉宽值在0～13175之间，由软件设为0，风机不转；当功放温度高于50℃时，算到的PWM的脉宽值大于52700，风机全速运转；当功放温度在12.5℃与50℃之间时，算到的PWM的脉宽值随温度的升高而增大，风机的转速随脉宽值的增大而升高。
具体风机转速控制函数如下：
以上函数主体{}中的第1，2行定义两个变量，以后7行的功能如下：
第3～5行是在四个功放模块中找出温度最高的值作为计算判断值；
第6行计算PWM寄存器的值；
第7，8行判断温度，如果温度小于12.5℃，则计算结果在0～13175之间，对应这段数值风机似转非转，这种状态必须尽量避免，因此函数取值为0（对应风机不转）；如果大于50℃，第6行的计算值大于52700。这个数值大于PWM脉宽调制器的周期（11059200/210=52662）,因此，风机自然全速运转（无须判断）。
第9行为输出到PWM寄存器。本函数在主函数内被循环调用。与本函数有关的初始化函数摘要如下：
#define CYCLE_DATA11059200/210//210Hz:11059200/210=52662
PWMMR0=CYCLE_DATA;//设置PWM周期为52662个时钟
本发明中PWM脉宽调制器的周期为210Hz，ARM处理器的晶振为11.0592MHz，因此PWM脉宽调制器的周期为11059200/210=52662个机器时钟。
本发明采用单片机内的脉宽调制（PWM）硬件单元外接光电隔离电路和驱动电路组成PWM调速电路，简单、实用、可靠。
一台大功率的短波发信机上有几十个风机。如果不用本发明电路，开机后声音震耳欲聋。使用了本发明电路后，大大降低了短波发信机噪声，净化了工作环境，也降低了风机的功耗，提高了发信机的效率。
本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。
Claims (5)
1.一种直流风机PWM调速电路及其方法，其特征在于：包括温度传感电路、单片机、光电隔离电路（D14）和驱动电路（V41）；所述驱动电路（V41）包括第一电阻（R128）、第二电阻（R127）和MOS管，所述MOS管的栅极一路串接第一电阻（R128）、并通过第一电阻（R128）连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，MOS管的栅极并联的一路串接第二电阻（R127）、并通过第二电阻（R127）连接所述直流风机的电源负极，所述MOS管的源极连接所述直流风机的电源负极；
所述温度传感电路安装于短波发信机的功率放大器上，用于感应功率放大器的温度，并将温度信号转换为一个模拟电压信号、传输至单片机内；
所述单片机将模拟电压信号经过A/D转换单元量化成数据量、即温度值，单片机内的风机转速控制函数根据温度值判断计算后得到一个PWM的脉宽值并定时输出脉宽值到脉宽调制单元内相应的寄存器；
具体风机转速控制函数为：当功放温度低于第一温度阈值时，计算得到PWM的脉宽值在第一脉宽阈值范围P1-P2之间，风机不转；当功放温度高于第二温度阈值时，计算得到的PWM的脉宽值大于第二脉宽阈值，风机全速运转；当功放温度在第一温度阈值与第二温度阈值之间时，算到的PWM的脉宽值随温度的升高而增大，风机的转速随脉宽值的增大而升高；
单片机内部的脉宽调制单元硬件根据初始化的频率自动输出信号幅度是3.3V的脉宽调制信号，单片机上的电平转换芯片将信号幅度是3.3V的脉宽调制信号转换为信号幅度是5V的脉宽调制信号，然后输出到光电隔离电路（D14）的阴极，再耦合到集电极，集电极信号连接至驱动电路（V41）的MOS管的栅极；
所述MOS管的漏极一路连接至整流二级管的正极、并联的一路连接至单刀双置开关的第一静触点，所述整流二级管的负极连接至短波发信机散热直流风机的高压电源，所述单刀双置开关的第二静触点和动处触点均连接短波发信机散热直流风机的电源负极。
2.根据权利要求1所述一种直流风机PWM调速电路及其方法，其特征在于：所述第一温度阈值为12.5℃。
3.根据权利要求1所述一种直流风机PWM调速电路及其方法，其特征在于：所述第二温度阈值为50℃。
4.根据权利要求1所述一种直流风机PWM调速电路及其方法，其特征在于：所述第一脉宽阈值范围P1-P2为0～13175。
5.根据权利要求1所述一种直流风机PWM调速电路及其方法，其特征在于：所述第二脉宽阈值为52700，大于脉宽调制器周期的机器时钟个数。
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