CN105186934A - 单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路 - Google Patents

Abstract

单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，涉及电子技术，本发明包括直流电机驱动控制电路和反转控制逻辑电路，直流电机驱动控制电路带有输入电源极性切换开关组和输入电源状态输出端，输入电源状态输出端与反转控制逻辑电路的反馈输入端连接，输入电源极性切换开关组的控制端和反转控制逻辑电路的开关信号控制输出端连接；本发明的有益效果是,能够实现单相无刷直流散热电机的自清洁。

Description

单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路

技术领域

本发明涉及电子技术，特别是一种单相无刷直流电机启动反转的控制电路，尤其指应用于单相无刷直流风扇电机启动反转的控制，具有自清洁功能。

背景技术

单相无刷直流电机，目前已经被广泛应用于各种电子设备的散热风扇电机中。正常情况下，只要控制风扇电机正向转动达到一定的转速便能达到散热效果；如今市场上提出启动反转控制电路的应用需求，目的是在单相无刷直流电机上电后，反转控制电路控制电机反转，使其具有一定的自清洁功能，自清洁时间同时由反转控制电路决定。

用于各种电子设备散热的单相无刷直流风扇电机，为满足便于单相无刷直流电机正转启动的实际需求，则单相风扇电机在制造时，专门将硅钢片制作成一头粗一头细，当电流流经绕组时，不同粗细的硅钢片上感应的磁场不同，粗边上的强磁场与转子上橡胶磁场产生较强磁力，从而推动转子顺利转动1/4周期，再通过电机定位传感器的反馈及控制电路对功率管的开关控制，实现绕组上电流顺利换相，推动散热电机持续正向旋转，即该硅钢片结构下有利于单相直流无刷散热电机转子产生正向推力，保证电机启动时，电机能克服静电摩擦正向转动；然而反转启动时，该结构加上静电摩擦阻力导致电机无法转动1/4周期，即无法实现反转启动及反向转动。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种单相无刷直流电机反转启动的控制电路，当单相无刷直流电机上电启动时，先让电机在设定的时间内反转，然后切换为正向转动，进入正常工作模式，藉由上述功能，可实现单相无刷直流电机自清洁功能。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，包括直流电机驱动控制电路和反转控制逻辑电路，直流电机驱动控制电路带有输入电源极性切换开关组和输入电源状态输出端FB，输入电源状态输出端FB与反转控制逻辑电路的反馈输入端连接，输入电源极性切换开关组的控制端和反转控制逻辑电路的开关信号控制输出端连接；

所述反转控制逻辑电路包括反转启动控制逻辑模块和反转控制输出模块，所述反转启动控制逻辑模块包括抗干扰单元、转动角度检测单元和上电启动控制时钟单元，输入电源状态输出端FB通过抗干扰单元连接转动角度检测单元，转动角度检测单元还与上电启动控制时钟单元连接，上电启动控制时钟单元还与反转控制输出模块连接。

本发明的有益效果是,能够实现单相无刷直流散热电机的自清洁。当前单相无刷直流电机广泛用于各种散热设备中，由于单相无刷直流电机存在启动死角的缺陷，通常只能沿正方向启动运转。一旦电机长时间固定正方向运转后，会在电子设备和仪器的某些角落积累大量灰尘。通过本发明实现单相无刷直流电机反转及反转启动运转，能够让单相无刷直流电机方便的正反方向双方向自由运转，规避了设备和仪器长时间工作后某些固定位置灰尘的积累，实现了电子设备和仪器的自动清洁，提高其工作性能。例如在台式电脑中，通常会有采用直流无刷散热电机的风扇，如果风扇都只能沿某一固定方向运转，长时间后必会在机箱的某些固定位置积累大量灰尘，降低机箱的散热能力。如在上述直流无刷散热电机风扇控制中采用本发明，可实现电机反转及反转启动，能清除上述灰尘，实现设备的自清洁功能。

附图说明

图1是本发明的结构框图。

图2是本发明的电路图。

图3是本发明的实施例的电路图。

图4是本发明的工作原理示意图(一)；

图5是本发明的工作原理示意图(二)；

图6是本发明的工作原理示意图(三)；

图7是本发明的电压波形图；

图8是本发明的电压波形图.

图中标记说明：

111第一开关模块

111P1第一开关模块输入端

111P2第一开关模块输出端

112第二开关模块

112P1第二开关模块输入端

112P2第二开关模块输出端

113第三开关模块

113P1第三开关模块输入端

113P2第三开关模块输出端

114第四开关模块

114P1第四开关模块输入端

114P2第四开关模块输出端

115第五电阻组

115P1第五电阻组输入端

115P2第五电阻组输出端

116第六电阻组

116P1第六电阻组输入端

116P2第六电阻组输出端

117第七电阻组

117P1第七电阻组输入端

117P2第七电阻组输出端

118第八电阻组

118P1第八电阻组输入端

118P2第八电阻组输出端

119第一运算放大器

119P1第一运算放大器正输入端

119P2第一运算放大器负输入端

119P3第一运算放大器输出端

120P1第二运算放大器正输入端

120P2第二运算放大器负输入端

120P3第二运算放大器输出端

121第一迟滞比较器

121P1第一迟滞比较器正输入端

121P2第一迟滞比较器负输入端

121P3第一迟滞比较器输出端

122外挂电容

123第三迟滞比较器

123P1第三迟滞比较器正输入端

123P2第三迟滞比较器负输入端

123P3第三迟滞比较器输出端

124两输入与非门

124P1两输入与非门输入端

124P2两输入与非门输入端

124P3两输入与非门输出端

125第一输出反相器

125P1第一输出反相器输入端

125P2第一输出反相器输出端

126第二输出反相器

126P1第二输出反相器输入端

126P2第二输出反相器输出端

127反转启动控制逻辑模块

127P1反转启动控制逻辑模块输入端

127P2反转启动控制逻辑模块输出端

127_1第一反相器

127_2第二反相器

127_3第三电阻组

127_4第四电容组

127_5施密特触发器

127_6第六反相器

127_7第七异或门

127_8第八反相器

127_9第九电阻组

127_10第十上升边沿触发器

127_11第十一上升边沿触发器

127_12第十二反相器

127_13第十三或非门

127_14第十四或非门

127_15第十五或非门

127_16第十六反相器

127_17第十七反相器

127_18第十八上升边沿触发器

127_19第十九上升边沿触发器

127_20第二十或非门

127_21第二十一反相器

VDD上电启动控制逻辑模块电源电压输入端

CLK上电启动控制时钟输入端

POR上升边沿触发器复位信号输入端

128反转控制方波信号

IN+定位传感器信号正输入端

IN-定位传感器信号负输入端

OUT1输出驱动端

OUT2输出驱动端

FB电机转速反馈端

Vref恒定参考电压

DFR反转控制逻辑输入端

GND接地端

clk1反转控制逻辑电路输出端

clk1_反转控制逻辑电路输出端

3电感性负载

7第一运算放大器模块

8第二运算放大器模块

H逻辑高电平

L逻辑低电平

具体实施方式

参见图1～8。

单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，包括直流电机驱动控制电路1和反转控制逻辑电路5，直流电机驱动控制电路1带有输入电源极性切换开关组和输入电源状态输出端FB，输入电源状态输出端FB与反转控制逻辑电路5的反馈输入端连接，输入电源极性切换开关组的控制端和反转控制逻辑电路5的开关信号控制输出端连接；

所述反转控制逻辑电路5包括反转启动控制逻辑模块127和反转控制输出模块129，所述反转启动控制逻辑模块127包括抗干扰单元、转动角度检测单元和上电启动控制时钟单元，输入电源状态输出端FB通过抗干扰单元连接转动角度检测单元，转动角度检测单元还与上电启动控制时钟单元连接，上电启动控制时钟单元还与反转控制输出模块129连接。

所述反转控制输出模块129包括第三迟滞比较器123、两输入与非门124、第一输出反相器125、第二输出反相器126、两个逻辑输出端clk1和clk1_，

第三迟滞比较器123的正输入端123P1接固定基准电平Vref，负输入端123P2连接反转控制逻辑输入端，负输入端123P2还通过外挂电容122接地；

两输入与非门124的第一输入端接第三迟滞比较器123的输出端，两输入与非门124的另一个输入端接反转启动控制逻辑模块127的输出端，两输入与非门124的输出端接第一输出反相器125的输入端，第一输出反相器125的输出端通过第二输出反相器126接第一输出端口，第一输出反相器125的输出端直接连接第二输出端口，第一输出端口和第二输出端口构成反转控制逻辑电路5的开关信号控制输出端。

转动角度检测单元包括：

第十上升边沿触发器127_10，CK端接抗干扰单元的输出信号，IN端通过电阻接高电平VDD，E端接复位信号，Q端接第十一上升边沿触发器127_11的IN端；

第十一上升边沿触发器127_11，E端接复位信号；

第十二反相器127_12，输入端接Trim_FR信号端，输出端接第十三或非门127_13的一个输入端，

第十三或非门127_13，一个输入端接第十二反相器127_12的输出端，另一个输入端接第十一上升边沿触发器129_11的Q端，输出端接第十五或非门127_15的一个输入端；

第十四或非门127_14，一个输入端接接Trim_FR信号端，另一个输入端接第十上升边沿触发器的Q端，输出端接第十五或非门127_15的第二个输入端；

第十五或非门127_15，输出端通过串联的第十六反相器127_16和第十七反相器127_17接第二十或非门127_20的一个输入端；

所述上电启动控制时钟单元包括：

第十八上升边沿触发器127_18，CK端接外部时钟信号CLK，IN端和QN端接第十九上升边沿触发器127_19的CK端，E端接复位信号；

第十九上升边沿触发器127_19，E端接复位信号；

第二十或非门127_20，第二个输入端接第十九上升边沿触发器的IN端和QN端，输出端接第二十一反相器127_21的输入端；

第二十一反相器127_21，输出端接两输入或非门124的第二输入端；

所述抗干扰单元包括：

第一反相器127_1，输入端接输入电源状态输出端FB，输出端接第二反相器127_2的输入端和第七异或门127_7的第一输入端；

第二反相器127_2，输出端通过第三电阻127_3接施密特触发器127_5的输入端；

施密特触发器127_5，输入端还通过第四电容127_4接地，输出端通过第六反相器127_6接第七异或门127_7的第二输入端；

第七异或门127_7的输出端通过第八反相器127_8接第十上升边沿触发器129_10的CK端和第十一上升边沿触发器129_11的CK端。

所述直流电机驱动电路1包括：

电源极性切换开关组，包括第一开关111、第二开关112、第三开关113和第四开关114，第一开关111连接正性电源输入端和第一迟滞比较器121的正性端，第二开关112连接负性电源输入端和第一迟滞比较器121的负性端，第三开关113连接方波信号源和第一迟滞比较器121的负性端，第四开关114连接方波信号源和第一迟滞比较器121的正性端，第一开关111和第二开关112的控制端与反转控制逻辑电路5的开关信号控制输出端中的第一输出端口连接，第三开关113和第四开关114的控制端与反转控制逻辑电路5的开关信号控制输出端中的第二输出端口连接；

第一迟滞比较器121，输出端即输入电源状态输出端FB；

第一运算放大器119，负性输入端通过第五电阻组115连接第一迟滞比较器121的正性端，负性输入端还通过第七电阻组117连接第二驱动输出端OUT2，正性输入端连接第二运算放大器的负性输入端；

第二运算放大器(120)，负性输入端通过第六电阻组116连接第一迟滞比较器121的负性端，负性输入端还通过第八电阻组118连接第一驱动输出端OUT1，正性输入端连接第一运算放大器的负性输入端。

本发明的工作原理如下：首先，在反转控制逻辑电路(5)的触发模块127中(即反转启动控制逻辑模块127),设置有电机转速反馈信号FB边沿触发或者上电后300ms的触发条件，在电源上电，触发模块输入端127P1未满足触发条件时，触发模块输出端127P2输出逻辑低电平L传入与非门的输入端124P1，此时与非门124的输出逻辑为高电平H，经过两个反相器125、126的传输，反转控制逻辑电路的输出信号clk1此时输出逻辑高电平H,输出信号clk1_输出逻辑低电平L，该逻辑输出电平对应控制开关模块111、112开启和开关模块113、114的关闭，则外部输入定位传感器信号IN+和IN-分别传输入运算放大器7、8的输入端115P1、116P1，此时控制输出驱动系统没有对负载的进行反转驱动；

随后，触发模块输入端127P1传来触发信号后，触发模块输出端127P2输出逻辑高电平H传入与非门的输入端124P1，由于迟滞比较器123的正输入端123P1接固定基准电平Vref,负输入端123P2接外挂电容122，外挂电容起始电压值为0V，所以迟滞比较器的输出端123P3输出逻辑高电平H，进而与非门124的输出逻辑为低电平L，经过两个反相器125、126的传输，反转控制逻辑电路的输出信号clk1此时输出逻辑低电平L,输出信号clk1_输出逻辑高电平H，该逻辑输出电平对应控制开关模块111、112关闭和开关模块113、114的开启，则反转控制方波信号和恒定电平分别传输入运算放大器7、8的输入端115P1、116P1，从而控制输出驱动系统对负载的反转驱动，使电机实现持续反相转动，单相无刷直流电机启动反转的输出OUT1、OUT2和FB波形图如图7所示，输出OUT1的波形与电机转速反馈信号FB的波形一一对应；

最后，外挂电容122的充电时间决定着启动反转的时间值，当外挂电容122电压值达到基准电平Vref时，迟滞比较器123翻转输出逻辑低电平L，进而与非门124输出逻辑低电平H，则反转控制逻辑电路输出恢复初始状态，外部输入定位传感器信号IN+和IN-重新传输入运算放大器7、8的输入端115P1、116P1，此时控制输出驱动系统对负载的进行正向转动驱动，同时定位传感器信号IN+和IN-分别传输入迟滞比较器121的正输入端121P1和负输入端121P2，从而反馈电机转子的位置和转速信息，单相无刷直流电机启动,正转的输出OUT1、OUT2和FB波形图如图8所示，此时，输出OUT1的波形与电机转速反馈信号FB同步。

本发明项目为中央高校基本科研业务费专项资金资助(supportedbytheFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities)项目编号：2682014BR061。

Claims (6)

1.单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，包括直流电机驱动控制电路(1)和反转控制逻辑电路(5)，直流电机驱动控制电路(1)带有输入电源极性切换开关组和输入电源状态输出端(FB)，输入电源状态输出端(PB)与反转控制逻辑电路(5)的反馈输入端连接，输入电源极性切换开关组的控制端和反转控制逻辑电路(5)的开关信号控制输出端连接；

所述反转控制逻辑电路(5)包括反转启动控制逻辑模块(127)和反转控制输出模块(129)，所述反转启动控制逻辑模块(127)包括抗干扰单元、转动角度检测单元和上电启动控制时钟单元，输入电源状态输出端(FB)通过抗干扰单元连接转动角度检测单元，转动角度检测单元还与上电启动控制时钟单元连接，上电启动控制时钟单元还与反转控制输出模块(129)连接。

2.如权利要求1所述的单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，所述反转控制输出模块(129)包括第三迟滞比较器(123)、两输入与非门(124)、第一输出反相器(125)、第二输出反相器(126)、两个逻辑输出端(clk1)和(clk1_)，

第三迟滞比较器(123)的正输入端(123P1)接固定基准电平Verf，负输入端(123P2)连接反转控制逻辑输入端，负输入端(123P2)还通过外挂电容(122)接地；

两输入与非门(124)的第一输入端接第三迟滞比较器(123)的输出端，两输入与非门(124)的另一个输入端接反转启动控制逻辑模块(127)的输出端，两输入与非门(124)的输出端接第一输出反相器(125)的输入端，第一输出反相器(125)的输出端通过第二输出反相器(126)接第一输出端口，第一输出反相器(125)的输出端直接连接第二输出端口，第一输出端口和第二输出端口构成反转控制逻辑电路(5)的开关信号控制输出端。

3.如权利要求1所述的单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，转动角度检测单元包括：

第十上升边沿触发器(127_10)，CK端接抗干扰单元的输出信号，IN端通过电阻接高电平VDD，E端接复位信号，Q端接第十一上升边沿触发器(127_11)的IN端；

第十一上升边沿触发器(127_11)，E端接复位信号；

第十二反相器(127_12)，输入端接Trim_FR信号端，输出端接第十三或非门(127_13)的一个输入端，

第十三或非门(127_13)，一个输入端接第十二反相器(127_12)的输出端，另一个输入端接第十一上升边沿触发器(129_11)的Q端，输出端接第十五或非门(127_15)的一个输入端；

第十四或非门(127_14)，一个输入端接接Trim_FR信号端，另一个输入端接第十上升边沿触发器的Q端，输出端接第十五或非门(127_15)的第二个输入端；

第十五或非门(127_15)，输出端通过串联的第十六反相器(127_16)和第十七反相器(127_17)接第二十或非门(127_20)的一个输入端。

4.如权利要求1所述的单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，所述上电启动控制时钟单元包括：

第十八上升边沿触发器(127_18)，CK端接外部时钟信号CLK，IN端和QN端接第十九上升边沿触发器(127_19)的CK端，E端接复位信号；

第十九上升边沿触发器(127_19)，E端接复位信号；

第二十或非门(127_20)，第二个输入端接第十九上升边沿触发器的IN端和QN端，输出端接第二十一反相器(127_21)的输入端；

第二十一反相器(127_21)，输出端接两输入或非门(124)的第二输入端。

5.如权利要求1所述的单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，所述抗干扰单元包括：

第一反相器(127_1)，输入端接输入电源状态输出端(FB)，输出端接第二反相器(127_2)的输入端和第七异或门(127_7)的第一输入端；

第二反相器(127_2)，输出端通过第三电阻(127_3)接施密特触发器(127_5)的输入端；

施密特触发器(127_5)，输入端还通过第四电容(127_4)接地，输出端通过第六反相器(127_6)接第七异或门(127_7)的第二输入端；

第七异或门(127_7)的输出端通过第八反相器(127_8)接第十上升边沿触发器(129_10)的CK端和第十一上升边沿触发器(129_11)的CK端。

6.如权利要求1所述的单相无刷直流电机反转及反转启动控制电路，其特征在于，所述直流电机驱动电路(1)包括：

电源极性切换开关组，包括第一开关(111)、第二开关(112)、第三开关(113)和第四开关(114)，第一开关(111)连接正性电源输入端和第一迟滞比较器(121)的正性端，第二开关(112)连接负性电源输入端和第一迟滞比较器(121)的负性端，第三开关(113)连接方波信号源和第一迟滞比较器(121)的负性端，第四开关(114)连接方波信号源和第一迟滞比较器(121)的正性端，第一开关(111)和第二开关(112)的控制端与反转控制逻辑电路(5)的开关信号控制输出端中的第一输出端口连接，第三开关(113)和第四开关(114)的控制端与反转控制逻辑电路(5)的开关信号控制输出端中的第二输出端口连接；

第一迟滞比较器(121)，输出端即输入电源状态输出端(FB)；

第一运算放大器(119)，负性输入端通过第五电阻组(115)连接第一迟滞比较器(121)的正性端，负性输入端还通过第七电阻组(117)连接第二驱动输出端OUT2，正性输入端连接第二运算放大器的负性输入端；

第二运算放大器(120)，负性输入端通过第六电阻组(116)连接第一迟滞比较器(121)的负性端，负性输入端还通过第八电阻组(118)连接第一驱动输出端OUT1，正性输入端连接第一运算放大器的负性输入端。