CN104653504B - 直流风扇的控制系统及直流风扇 - Google Patents

直流风扇的控制系统及直流风扇 Download PDF

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Abstract

在本发明公开的直流风扇的控制系统中，开关电源与直流风扇的直流电机连接，并输出直流电至直流电机。控制电路输出工作状态信号至开关电源。开关电源根据工作状态信号，输出相应的工作电压至直流电机。控制电路根据工作状态信号控制直流电机的工作状态。上述直流风扇的控制系统中，开关电源根据控制电路输出的工作状态信号输出相应的电压至直流电机，控制系统可根据待机的功率(如小于0.5W的功率)设定相应的待机电压，因此，能够使直流风扇整体的待机功率小于0.5W，同时，上述控制系统也避免电子开关的使用，保证了控制系统的使用寿命。本发明还公开一种直流风扇。

Description

直流风扇的控制系统及直流风扇
技术领域
本发明涉及于家用电器领域，更具体而言，涉及一种直流风扇的控制系统及一种直流风扇。
背景技术
待机功耗指的是电源连接上230V市电并且连接好一切负载但并不启动，在这种状态下整机的功耗。
在现有的24V低压直流风扇，在待机状态下，负载的待机功耗达到将近1W。而随着人类对能源的重视，电子设备需在待机状态下，能耗要求小于0.5W。在现有技术中，该低压直流风扇通过一个MOS管电子开关控制24V电机负载的通断，在待机状态下断开控制24V电机的电子开关。但是，现有的低压直流风扇存在以下缺点：1)方案成本高；2)电机在开通启动瞬间冲击电流大，容易损坏电子开关，缩短电子开关的寿命；3)即使断开24V电机负载，风扇的24V电源板和控制电路的待机功耗之和接近0.5W，稍有些波动就会超过0.5W，不稳定。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明需要提供一种直流风扇的控制系统及一种直流风扇。
一种直流风扇的控制系统，包括开关电源及控制电路。该开关电源用于与该直流风扇的直流电机连接，并用于将交流电转换为直流电并输出该直流电至该直流电机。该控制电路分别与该开关电源及该直流电机连接，并用于输出工作状态信号至该开关电源。该开关电源根据该控制电路输出的工作状态信号，用于输出相应的工作电压至该直流电机。该控制电路根据该工作状态信号用于控制该直流电机的工作状态。
上述直流风扇的控制系统中，开关电源根据控制电路输出的工作状态信号输出相应的工作电压至直流电机，控制系统可根据待机的功率(如小于0.5W的功率)设定相应的待机电压，因此，能够使直流风扇整体的待机功率小于0.5W，同时，上述控制系统也避免电子开关的使用，保证了控制系统的使用寿命。
在一个实施方式中，该工作电压为小于等于36伏。
在一个实施方式中，该开关电源包括开关电源基准电压电路、开关电源采样电路、脉宽调制电路、高频开关变压电路、市电输入及整流滤波电路与输出高频整流滤波电路。开关电源基准电压电路的输入端连接该控制电路的输出端，开关电源采样电路连接在开关电源基准电压电路的输出端与该脉宽调制电路的输入端之间。该脉宽调制电路的输出端与该市电输入及整流滤波电路的输出端连接该高频开关变压电路，该高频开关变压电路的输出端连接该输出高频整流滤波电路。该开关电源采样电路连接该开关电源基准电压电路的电压输出端及该输出高频整流滤波电路，该开关电源基准电压电路的电压输出端连接该输出高频整流滤波电路。
在一个实施方式中，该开关电源基准电压电路包括调节电阻R1、二极管D1、电阻R2、R3、电容C1及稳压源IC1。调节电阻R1的一端连接该控制电路的输出端，调节电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电阻R2的一端、电阻R3的一端及稳压源IC1的参考极。电阻R2的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，电阻R3的另一端接地端。电容C1的一端连接稳压源IC1的参考极，电容IC1的另一端该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阴极连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阳极接地端。调整调节电阻R1的阻值能够改变该开关电源输出的工作电压。
在一个实施方式中，该开关电源基准电压电路输出的电压由以下公式确定：(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3，其中，Uo为该开关电源基准电压电路输出的工作电压，Vef为稳压源IC1的基准电压，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，Vc为该工作状态信号的电压，VD为二极管D1的管压降。
在一个实施方式中，该开关电源采样电路包括电阻R4、R5及光耦IC2。电阻R4的一端及光耦IC2的第一端均连接该开关电源采样电路的输入端，该开关电源采样电路的输入端连接该开关电源基准电压电路的输出端，电阻R4的另一端连接光耦IC2的第二端及电阻R5的一端。电阻R5的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，光耦IC2的第三端及第四端连接该脉宽调制电路。
一种直流风扇，包括直流风扇的控制系统及直流电机，该直流风扇的控制系统包括开关电源及控制电路。该开关电源与该直流电机连接，并用于将交流电转换为直流电并输出该直流电至该直流电机。该控制电路分别与该开关电源及该直流电机连接，并用于输出工作状态信号至该开关电源。该开关电源根据该控制电路输出的该工作状态信号，输出相应的工作电压至该直流电机。该控制电路根据该工作状态信号控制该直流电机的工作状态。
在一个实施方式中，该开关电源包括开关电源基准电压电路、开关电源采样电路、脉宽调制电路、高频开关变压电路、市电输入及整流滤波电路与输出高频整流滤波电路。该开关电源基准电压电路的输入端连接该控制电路的输出端，该开关电源采样电路连接在该开关电源基准电压电路的输出端与该脉宽调制电路的输入端之间。该脉宽调制电路的输出端与该市电输入及整流滤波电路的输出端连接该高频开关变压电路，该高频开关变压电路的输出端连接该输出高频整流滤波电路。该开关电源采样电路连接该开关电源基准电压电路的电压输出端及该输出高频整流滤波电路，该开关电源基准电压电路的电压输出端连接该输出高频整流滤波电路。
在一个实施方式中，该开关电源基准电压电路包括调节电阻R1、二极管D1、电阻R2、R3、电容C1及稳压源IC1。调节电阻R1的一端连接该控制电路的输出端，调节电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电阻R2的一端、电阻R3的一端及稳压源IC1的参考极。电阻R2的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，电阻R3的另一端接地端。电容C1的一端连接稳压源IC1的参考极，电容IC1的另一端该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阴极连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阳极接地端。调节电阻R1的阻值越大，该开关电源基准电压电路输出至该直流电机的电压越小。
在一个实施方式中，该开关电源基准电压电路输出的电压由以下公式确定：(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3，其中，Uo为该开关电源基准电压电路输出的工作电压，Vef为稳压源IC1的基准电压，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，Vc为该工作状态信号的电压，VD为二极管D1的管压降。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施方式的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明较佳实施方式的直流风扇的模块示意图；
图2是本发明较佳实施方式的开关电源的模块示意图；及
图3是本发明较佳实施方式的开关电源的部分电路示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语″第一″、″第二″仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有″第一″、″第二″的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，″多个″的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设定进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设定之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
请参阅图1～图3，本发明较佳实施方式的直流风扇100包括直流风扇的控制系统102及直流电机104。本实施方式中，直流电机104可选用24V的直流电机，直流风扇100的扇叶可安装在直流电机104的转轴上，并由直流电机104驱动转动。
直流风扇的控制系统102包括开关电源106及控制电路108。
该开关电源106与该直流电机104连接，并用于将交流电转换为直流电并输出该直流电至该直流电机104。如图1所示，开关电源106可与电压为110～240V(伏)范围的交流电源200连接，例如电压为230V的交流电源。本实施方式中，开关电源106可将交流电源200的交流电转换为24V的直流电以供直流电机104工作时使用。同时，开关电源106也提供工作电压至控制电路108。
该控制电路108分别与该开关电源106及该直流电机104连接，并用于输出工作状态信号至该开关电源106。本实施方式中，工作状态信号为开机信号或待机信号。
该开关电源106根据该工作状态信号，用于输出相应的工作电压至该直流电机104。工作电压可包括直流电机104运转时的电压及直流电机104待机时的电压。该工作电压可小于等于36V。
例如，当控制电路108输出开机信号(低电平0V信号)时，开关电源106根据该开机信号，输出相应的工作电压至直流电机104，如电压为24V的运转电压；当控制电路108输出待机信号(高电平5V信号)时，开关电源106根据该待机信号，输出相应的待机电压至直流电机104，如电压为9～11V，较佳地为10V的待机电压。
该控制电路108根据该工作状态信号用于控制该直流电机104的工作状态。例如，控制电路108输出PWM(Pulse Width Modulation)控制信号至直流电机104以控制直流电机104的运转，当工作状态信号为开机信号时，控制电路108通过PWM控制信号控制直流电机104的转动，当工作状态信号为待机信号时，控制电路108通过PWM控制信号控制直流电机104停止转动。
具体地，请结合图2，该开关电源106包括开关电源基准电压电路110、开关电源采样电路112、脉宽调制电路114、高频开关变压电路116、市电输入及整流滤波电路118与输出高频整流滤波电路120。
该开关电源基准电压电路110的输入端122连接该控制电路108的输出端，该开关电源采样电路112连接在该开关电源基准电压电路110的输出端124与该脉宽调制电路114的输入端之间。
该脉宽调制电路114的输出端与该市电输入及整流滤波电路118的输出端连接该高频开关变压电路116，该高频开关变压电路116的输出端连接该输出高频整流滤波电路120。
该开关电源采样电路112连接该开关电源基准电压电路110的电压输出端126及该输出高频整流滤波电路120，该开关电源基准电压电路110的电压输出端126连接该输出高频整流滤波电路120。
本实施方式中，直流风扇的控制系统102通过改变开关电源基准电压电路110的参数，从而改变开关电源基准电压电路110的输出电压Uo。因此，对于脉宽调制电路114、高频开关变压电路116、市电输入及整流滤波电路118与输出高频整流滤波电路120的具体电路结构不再详细展开。
该开关电源基准电压电路110包括调节电阻R1、二极管D1、电阻R2、R3、电容C1及稳压源IC1。
调节电阻R1的一端连接该控制电路108的输出端，调节电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电阻R2的一端、电阻R3的一端及稳压源IC1的参考极。
电阻R2的另一端连接该开关电源基准电压电路110的电压输出端126，电阻R3的另一端接地端。
电容C1的一端连接稳压源IC1的参考极128，电容IC1的另一端该开关电源基准电压电路110的输出端124，稳压源IC1的阴极129连接该开关电源基准电压电路110的输出端124，稳压源IC1的阳极131接地端。
调节电阻R1的阻值越大，该开关电源基准电压电路110输出至该直流电机104的电压越小。稳压源IC1的参考极128为其内部运放的参考极。
该开关电源采样电路112包括电阻R4、R5及光耦IC2。电阻R4的一端及光耦IC2的第一端A均连接该开关电源采样电路112的输入端130，该开关电源采样电路112的输入端130连接该开关电源基准电压电路110的输出端124，电阻R4的另一端连接光耦IC2的第二端B及电阻R5的一端。
电阻R5的另一端连接该开关电源基准电压电路110的电压输出端126，光耦IC2的第三端C及第四端D连接该脉宽调制电路114。
该开关电源基准电压电路110输出的电压由以下公式确定：(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3，其中，Uo为该开关电源基准电压电路110输出的电压，Vef为稳压源IC1的基准电压，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，Vc为该工作状态信号的电压，VD为二极管D1的管压降。
以下举例说明上述的直流风扇的控制系统102的控制原理。
R2＝154KΩ，R3＝17.8KΩ，稳压源IC1采用TL431，因此Vef＝2.5V，二极管D1的管压降VD＝0.6V，光耦IC2采用817C。在开机状态下，控制电路108输出开机信号(低电平0V的信号)至开关电源，因此上述公式变为(Uo-Vef)/R2＝Vef/R3，故Uo＝Vef(R2+R3)/R3＝24V。
在待机状态下，控制电路108输出待机信号(高电平5V的信号)至开关电源106，因此，(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3变为：
(Uo-2.5V)/154kΩ+(5V-0.6V-2.5V)/R1＝2.5V/17.8kΩ；
即Uo＝24.1V-292.6/R1 (2)。
由上述公式(2)可知，通过调整调节电阻R1的阻值能够改变开关电源基准电压电路110输出的工作电压Uo。电阻R1的阻值越大，输出电压Uo越大，电阻R1的阻值越小，输出电压Uo越小，即通过调整电阻R1的阻值即可调整开关电源基准电压电路110输出至直流电机104的工作电压。输出电压越低，待机功耗越小。因此，可通过调整电阻R1的阻值，使整个直流风扇100的待机功耗随着电压降低而降低，达到0.5W以下。
综上所述，上述直流风扇100中，开关电源106根据控制电路108输出的工作状态信号输出相应的电压至直流电机104，直流风扇100可根据待机的功率(如小于0.5W的功率)设定相应的待机电压，因此，能够使直流风扇100整体的待机功率小于0.5W，同时，上述直流风扇100也避免电子开关的使用，保证了直流风扇100的使用寿命。
进一步地，上述直流风扇100的控制方案简单，可提高产品的可靠性，同时降低成本。
在本说明书的描述中，参考术语″一个实施方式″、″一些实施方式″、″示意性实施方式″、″示例″、″具体示例″、或″一些示例″等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种直流风扇的控制系统，其特征在于，包括开关电源及控制电路；
该开关电源用于与该直流风扇的直流电机连接，并用于将交流电转换为直流电并输出该直流电至该直流电机；
该控制电路分别与该开关电源及该直流电机连接，并用于输出工作状态信号至该开关电源；
该开关电源根据该控制电路输出的工作状态信号，用于输出相应的工作电压至该直流电机；
该控制电路根据该工作状态信号用于控制该直流电机的工作状态；
该开关电源包括开关电源基准电压电路、开关电源采样电路、脉宽调制电路、高频开关变压电路、市电输入及整流滤波电路与输出高频整流滤波电路；
开关电源基准电压电路的输入端连接该控制电路的输出端，开关电源采样电路连接在开关电源基准电压电路的输出端与该脉宽调制电路的输入端之间；
该脉宽调制电路的输出端与该市电输入及整流滤波电路的输出端连接该高频开关变压电路，该高频开关变压电路的输出端连接该输出高频整流滤波电路；
该开关电源采样电路连接该开关电源基准电压电路的电压输出端及该输出高频整流滤波电路，该开关电源基准电压电路的电压输出端连接该输出高频整流滤波电路；
该开关电源基准电压电路包括调节电阻R1、二极管D1、电阻R2、电阻R3、电容C1及稳压源IC1；
调节电阻R1的一端连接该控制电路的输出端，调节电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电阻R2的一端、电阻R3的一端及稳压源IC1的参考极；
电阻R2的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，电阻R3的另一端接地端；
电容C1的一端连接稳压源IC1的参考极，电容C1的另一端连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阴极连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阳极接地端；
调整调节电阻R1的阻值能够改变该开关电源输出的工作电压。
2.如权利要求1所述的直流风扇的控制系统，其特征在于，该工作电压为小于等于36伏。
3.如权利要求1所述的直流风扇的控制系统，其特征在于，该开关电源基准电压电路输出的电压由以下公式确定：(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3，其中，Uo为该开关电源基准电压电路输出的工作电压，Vef为稳压源IC1的基准电压，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，Vc为该工作状态信号的电压，VD为二极管D1的管压降。
4.如权利要求1所述的直流风扇的控制系统，其特征在于，该开关电源采样电路包括电阻R4、R5及光耦IC2；
电阻R4的一端及光耦IC2的第一端均连接该开关电源采样电路的输入端，该开关电源采样电路的输入端连接该开关电源基准电压电路的输出端，电阻R4的另一端连接光耦IC2的第二端及电阻R5的一端；
电阻R5的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，光耦IC2的第三端及第四端连接该脉宽调制电路。
5.一种直流风扇，其特征在于，包括直流风扇的控制系统及直流电机，该直流风扇的控制系统包括开关电源及控制电路；
该开关电源与该直流电机连接，并用于将交流电转换为直流电并输出该直流电至该直流电机；
该控制电路分别与该开关电源及该直流电机连接，并用于输出工作状态信号至该开关电源；
该开关电源根据该控制电路输出的该工作状态信号，输出相应的工作电压至该直流电机；
该控制电路根据该工作状态信号控制该直流电机的工作状态；
该开关电源包括开关电源基准电压电路、开关电源采样电路、脉宽调制电路、高频开关变压电路、市电输入及整流滤波电路与输出高频整流滤波电路；
该开关电源基准电压电路的输入端连接该控制电路的输出端，该开关电源采样电路连接在该开关电源基准电压电路的输出端与该脉宽调制电路的输入端之间；
该脉宽调制电路的输出端与该市电输入及整流滤波电路的输出端连接该高频开关变压电路，该高频开关变压电路的输出端连接该输出高频整流滤波电路；
该开关电源采样电路连接该开关电源基准电压电路的电压输出端及该输出高频整流滤波电路，该开关电源基准电压电路的电压输出端连接该输出高频整流滤波电路；
该开关电源基准电压电路包括调节电阻R1、二极管D1、电阻R2、电阻R3、电容C1及稳压源IC1；
调节电阻R1的一端连接该控制电路的输出端，调节电阻R1的另一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接电阻R2的一端、电阻R3的一端及稳压源IC1的参考极；
电阻R2的另一端连接该开关电源基准电压电路的电压输出端，电阻R3的另一端接地端；
电容C1的一端连接稳压源IC1的参考极，电容C1的另一端连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阴极连接该开关电源基准电压电路的输出端，稳压源IC1的阳极接地端；
调节电阻R1的阻值越大，该开关电源基准电压电路输出至该直流电机的电压越小。
6.如权利要求5所述的直流风扇，其特征在于，该开关电源基准电压电路输出的电压由以下公式确定：(Uo-Vef)/R2+(Vc-VD-Vef)/R1＝Vef/R3，其中，Uo为该开关电源基准电压电路输出的工作电压，Vef为稳压源IC1的基准电压，R2为电阻R2的阻值，R3为电阻R3的阻值，Vc为该工作状态信号的电压，VD为二极管D1的管压降。
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