CN1054714C - 控制电扇的方法和电路布局 - Google Patents

Abstract

本文提出一种适用于例如在电源内冷却其内部部件的电扇控制方法和电路布局，这个方法和电路布局从来自电扇输入电流的控制脉冲Ust出发按如下方式实施控制，即通过把控制脉冲Ust转变为单稳态脉冲(Um)，并且通过非对称电阻电路(R4，R2)让它们对存储元件(Cg)充、放电，存储元件的充电状态是对电扇(V)控制的一种量度。

Description

控制电扇的方法和电路布局

本发明涉及控制电扇的一种方法和一个电路布局。

在采用电扇冷却的电源中常常感到噪声太大。其中，这种噪声产生与电扇的转速有关。而转速与轴箱装置的类型以及机械和电公差有关。因为待冷却的结构部分要求一定的最小风量，因此确定了电扇的最低转速，且不能由于最小电扇运行电压而使转速降至低于这种最低转速。

在调整最小电扇运行电压时，必须考虑电扇转速的公差。因此最小电扇运行电压必须按下列方式调整，即额定转速高于最小转速一个转速公差。另一个问题是在制造商的数据表内由于公差的原因往往将最小电扇运行电压规定得比较高，因此，在典型情况下，在较小冷却耗量时，这种电扇的转速有可能高于冷却任务所需的转速。

为了降低电扇的转速，大家知道通常对于较贵的电扇采用滚珠轴承，因为这种电扇具有较小的转速公差，因此所需的转速储备量可以比较小。然而其缺点在于：最低电扇运行电压的问题并不能通过这种措施排除。在价廉的标准电扇上采用传统的技术，例如采用转速传感器，频率/电压变换器，额定值/实际值比较器和功率终放级来调整转速则是太昂贵了。

大家知道，为了确定电子换向电扇的转速，应当分析输入电流的曲线形状。电扇转子每旋转一周，则励磁线圈依据电扇转子所处位置的不同多次接通或断开。这些开关过程可以在输入电流中通过较大斜率的电流跃变加以识别。这种电流跃变转变为电压跃变，在高通滤波和信号形成之后用于代替转速传感器信号。例如在工业指南杂志(Industrie-Anzeiger)41/93，第46和47页由爱德华·吕兴(Eduard Roesing)发表的文章“Postmoderne Massnahme”中涉及了这样一种方法。

在美国专利US-A-4418298中描述了一种电机转速调整方法，在这种方法中，电机与引出表示电机转速高-低信号的槽盘相连接。这些高-低信号具有50％的脉冲空度比。在每一个高信号时各产生第二信号的相同宽度的脉冲，这些脉冲自电机的额定转速起始准时在各下一个脉冲之前停止。通过电机转速的波动，藉助于槽盘产生的高-低信号的宽度缩短了。因为第二信号的脉冲宽度是恒定的，而第二信号的脉冲间歇的宽度随电机转速的变化而改变。第二信号经过充、放电电路，而充放电电路与恒定的脉冲宽度和可变的脉冲间歇有关，产生用于电机的相应控制电压。由额定转速为出发点，在速度过低的电机上，在第二信号延长的脉冲间歇期间，延长时间对控制电机起决定作用的电容器进行充电。因此提高了电机的控制电压，使电机加速。如果电机转速太快，则在第二信号的缩短脉冲间歇期间，以缩短的时间对上述电容器进行充电，因而与规定状态相比合计放电。因此对电机的控制电压降低，电机减速。

这种控制方式由于使用槽盘而昂贵。而且它还不安全。例如当电机一次短时间转速升高，以致在第一信号的周期时间小于第二信号周期时间范围时，则电机速度不但不再降低，而与此相反还会增加。就是说第一信号的周期时间小于第二信号的周期时间，并且本来必要的第二信号的下一个新的脉冲则可以省略。其结果是：第二信号下一个脉冲间歇超比例的长，在此脉冲间歇期间上述电容器充电。电机的控制电压进一步增加，以致电机最终达到二倍额定转速。如果这种情况出现多次，则这时转速每次将增高一级。与此问题无关，电机电压波动基本上具有较高值。

虽然在欧洲专利EP-A-0352593中公开了一种没有槽盘的电机控制电路。但是这种控制电路基本上是为识别电机运行或失效而设计的。

本发明的任务在于，为了调节例如用于冷却电源部件的电扇的电机而提出了一种方法和一个电路布局，它与已知的方法和电路布局相比具备更简单的结构和改进了的功能。

本任务通过具有在权利要求1中所给出的方法步骤的一种方法加以解决。此外，本任务通过一个具有权利要求2所述特点的电路布局加以解决。

根据本发明，此信号作为各自的起动脉冲发送器传送到脉冲产生电路，这种脉冲产生电路对每一个起动脉冲产生相同宽度的一个单稳态输出脉冲。这些由脉冲产生电路产生的单稳态输出脉冲经过非对称电阻电路合起来对存储器元件充、放电。在充、放电时产生的、在存储器元件上充电状态的变化由一个放大器采集并且用于调节电扇。

此电路布局为了产生相同宽度的单稳态输出脉冲而配备了一个脉冲发生电路，其中一个给定的电扇额定转速的已经起振的状态中，于各个单稳态脉冲间存在间歇。此外，此电路布局还在脉冲发生电路和存储器元件之间配备有一个非对称电阻电路。存储器元件通过脉冲形成器的单稳态脉冲和通过各脉冲间的间歇充、放电。非对称电阻电路还用于存储器元件充电或放电的各种速度。

本发明有益的发展是从属权利要求的内容。

如果脉冲发生电路产生的单稳态脉冲宽度是可以调整的，则电扇的额定转速也是可以调整的。如果由脉冲发生器产生的单稳态脉冲的宽度调整是通过与温度有关的部件实现的，则与温度有关的电扇额定转速的调整也是可能的。

下面借助于附图对本发明的一个实施例进一步加以阐述。其中，

图1示出根据本发明进行电扇转速调整的一个原理性电路布局。

图2示出图1所示电路布局在不同点上几种基本的电压分布。

图1所示的电路布局示出了一个由电压UI供电的电扇V。在电扇V的接线端一侧有一个与电扇V串联的串联电阻RS，而RS的另一端与供电电压Ub连接。在电扇V的另一接线端一侧有一个放大器电路T同样与电扇V串联。按照此实施例，在放大器电路T中涉及一个pnp晶体管，其发射极接线端与电扇V相连，其集电极接线端与电路布局的接地参照点相连，而其基极接线端与存储器元件Cg相连。此晶体管基极接线端由电压Ug供电。存储器元件Cg与电路布局的接地参照点连接。在本实施例中此存储元件是由一个电容器形成的。

与电路布局的接地参照点相连接的一个分析电路AS并联到串联电阻RS上。电压跃变Uin加在其一个输入端上，而供电电压Ub加在其另一个输入端上。信号Ust加在此分析电路的输出端。分析电路AS的输出端与脉冲发生电路IS的输入端相连。脉冲发生电路IS接到供电电压Ub上。此外，脉冲发生电路IS与此电路布局的参考地电位相连。此外，脉冲发生电路IS还与电容器(Ct)和电阻(Rth)有关的元件Ct和Rth相连。

脉冲发生电路IS的输出端经过一个非对称电阻电路R1，R2和D与用作放大器电路T的晶体管的基极接线端相连。在非对称电阻电路R1，R2和D中涉及两个电阻(R1，R2)的并联，其中，电阻R1的一端与R2的另一端通过一种可能的整流去耦电路方式工作的二极管相连。

为了采集电扇V的转速而分析电扇V的输入电流值。在电扇转子每旋转一周，则励磁线圈根据转子所处的位置而多次接通和断开。这些开关过程作为输入电流内具有较大斜率的电流跃变是可以识别的，并且通过串联电阻RS转变为电压跃变Uin。在分析电路AS中，在高通滤波和信号形成之后，以信号Ust形式的电压跃变Uin可以作为转速传感器信号的代用信号使用。信号Ust作为起动脉冲连接到脉冲发生电路IS上，其中它涉及一个所谓的单稳态触发器。这种单稳态触发器对每一个起动脉冲产生一个给定宽度的脉冲。这个脉冲的宽度由元件Ct和Rth确定。

在脉冲发生电路IS的输出端上，存储元件Cg经过非对称电阻电路R1，R2，D而受到控制，此存储元件同时使输出脉冲平滑，并且对电扇脉冲的额定周期时间的偏离将通过非对称电阻电路加以放大。由另一个电阻R2去耦的非对称电阻电路R1，R2，D的电阻值R1选择得要比R2显著的小，由此实现放大特性。在信号Ust的脉冲频率有限降低的情况下，单稳态触发脉冲之间的间歇增大了，并且经过电阻R1对存储元件Cg放电。在存储元件Cg上出现的电压Ug表示了电扇转速与由单稳态触发脉冲宽度决定的额定转速偏离的一种量度。

为了接通调整电路，这个电压经过一个或两个晶体管接到电扇V上。

以下针对图2进行讨论。

时间间隔T4-T6表示了在过高转速情况下的运行。单稳态触发器再次触发，就是说时间间隔t4-t5小于例如时间间隔t2-t3。电压Ug缓慢上升，而电压UI下降。因此电扇转速重新下降到额定值。

时间间隔t10-t12表示了在过低转速情况下的运行。在经过由元件Ct和Rth预定的时间之后单稳态触发器跳回至0V。存储元件Cg加速放电，直到下一电扇脉冲到达，即在信号Ust中的下一个脉冲到达为止。于是电压Ug降低，而电压UI上升，电扇V重新加速，以便达到额定转速。

电压Ug和UI的波纹以及时间间隔与额定值的偏离为表达清楚而在图2的图中描绘得比运行时正常方式出现的大。

电扇调整电路保证了电扇始终可靠的起动并且在运行时也可以不停留在制造商担保的最低运行电压之下。对此负有责任的是：在上述情况下起动脉冲失效，单稳态脉冲触发器使滤波电容器移向较低的电压并且因此使电扇上的电压重新上升。

为了使转速可调，单稳态脉冲触发器的脉冲宽度必须改变。这一点可以例如经过决定时间元件的变化(例如电阻Rth的变化)来实现。如果此电阻采用随温度变化的电阻，则因此可以实现通过温度变化控制电扇的转速调整。

Claims (3)

1.一种电扇的调节方法，根据其输入电流推导出若干控制脉冲以鉴定电扇(V)的调整状态，其特征在于，该方法包括以下步骤；

根据由电扇(V)的预给额定转数而推导出的控制脉冲形成一个信号(Ust)；

通过该信号(Ust)，使所述控制脉冲分别形成可再触发的单稳态脉冲，该单稳态脉冲具有後随的、固定宽度的脉冲间歇，并从而具有不同的周期时间；

形成另一个信号(Um)，该信号具有相应于可再触发的单稳态脉冲的各不同的周期时间成形的、脉宽固定的单稳态脉冲及具有在一个这样的从单稳态脉冲到作为基础的周期时间的状态调整中分别相关的、宽度不同的脉冲间歇，该单稳态脉冲的脉宽在数量级上占周期时间的90％及更多；

采用所述具有所述单稳态脉冲的另一信号(Um)用以影响一个存储元件的充电状态，即通过一个单稳态脉冲和一个後随的脉冲间歇对存储元件进行充电和放电，而且放电比充电要快得多；

将存储元件充电状态的改变用作调节电扇(V)的控制量。

2.一种调节电扇(V)的电路布局，具有一个分析电路(AS)，用于从电扇(V)的输入电流的曲线形状推导出控制脉冲，此分析电路(AS)用作鉴定电扇(V)调整状态的装置，鉴定信息包含在控制脉冲的时间间隔中，

其特征在于，设有一个脉冲发生电路(IS)，通过该脉冲发生电路，根据控制脉冲首先形成一个具有後随的、宽度固定的脉冲间歇的可触发单稳态脉冲，随后，相应于一个这样具有後随脉冲间歇及同样相关周期时间的可再触发的脉冲，形成一个具有固定脉宽的单稳态脉冲及不同宽度、与之保持相关的脉冲间歇；

一个脉宽固定的和具有不同宽度及相关脉冲间歇的单稳态脉冲通过以下方式形成，即，当电扇(V)处于稳定的调整状态时，固定脉宽的单稳脉冲相对于相关的周期时间具有数量级为90％及更大的脉宽；一个非对称的电阻电路(R1，R2，D)造成放电大大快于充电，此电阻电路设置在所述脉冲发生电路(IS)和一个存储元件(Cg)之间；

一个放大电路(T)，连接在存储元件(Cg)和电扇(V)之间，使得电扇(V)的变速运行影响存储元件(Cg)充电状态的改变，从而影响电扇(V)的输入电流，以致可抵消存储元件(Cg)充电状态的改变。

3.根据权利要求2所述的电路布局，其特征在于，脉冲发生电路(IS)连接到元件(Ct，Rth)上，以此可以实现对可再触发的单稳态脉冲宽度的调整。

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