CN109578310B - 风扇转速控制电路 - Google Patents
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Abstract
一种风扇转速控制电路，用以解决现有的风扇转速控制电路使风扇震动及效能降低的问题。包括：一个比较器，该比较器具有一个输出端；一个两段式切换回路，该两段式切换回路电性连接该比较器；一个振荡器，该振荡器电性连接该比较器；及一个控制模块，该控制模块电性连接该输出端、一个电源及一个马达线圈，该两段式切换回路电性连接该电源，该两段式切换回路产生一个设定电压，该振荡器产生一个振荡讯号，该比较器依据该设定电压及该振荡讯号在该输出端产生一个控制讯号，该控制模块依据该控制讯号切换该马达线圈与该电源的间的导通或开路。
Description
技术领域
本发明关于一种风扇转速控制电路，尤其是一种依据输入电压大小进行脉冲宽度调变的风扇转速控制电路。
背景技术
风扇旋转由一个马达驱动，一个输入电压作用于该马达，部份该输入电压抵消该马达旋转所产生的感应电动势，剩余的该输入电压于该马达的回路形成一个工作电流，该工作电流所产生的磁力正好抵抗该马达的旋转阻力，使该马达依据惯性定律维持固定转速，因此，该转速与该输入电压的关系图是一个固定斜率的直线，如图1所示，使一个固定的输入电压值只能驱动一个固定的风扇转速。
风扇转速控制于固定输入电压的条件下，可借由切换不同匝数或粗细的线圈，以改变电磁感应及磁力作用的效果，而控制风扇转速变化，但是，在风扇马达中设置多个线圈以供切换，造成风扇马达的体积大幅增加而不适用于薄型散热风扇。
一种现有的风扇转速控制电路，是连接一个转速调节器于一个风扇马达的线圈的任一端，该转速调节器具有两个电流路径，各电流路径具有不同的电阻值，由于该工作电流不变，切换导通该两个电流路径可产生不同的压降，使一个固定的输入电压贡献于转速的分压不同，可具有不同的转速，如图1所示，但该转速与该输入电压关系图的斜率维持不变，类似于该现有的风扇转速控制电路的一个实施例已公开于中国台湾公告第I224416号“风扇转速控制电路”专利案当中。
上述现有的风扇转速控制电路，于马达的回路上增加电阻器，导致电能以热能形式消耗于额外电阻，使风扇不能以最佳旋转效率运作，又两段式切换的转速落差过大，而产生震动与噪音。
有鉴于此，现有的风扇转速控制电路确实仍有加以改善的必要。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种风扇转速控制电路，切换低转速时不消耗额外能量，使电能转换旋转动能的效率提升。
本发明提供一种风扇转速控制电路，切换转速落差可调整，以减少切换时的震动及噪音。
本发明的风扇转速控制电路，包括：一个比较器，该比较器具有两个输入端及一个输出端；一个两段式切换回路，该两段式切换回路电性连接该比较器的一个该输入端；一个振荡器，该振荡器电性连接该比较器的另一个该输入端；及一个控制模块，该控制模块电性连接该比较器的该输出端、一个电源及一个马达线圈，该两段式切换回路电性连接该电源，该两段式切换回路产生一个设定电压，该振荡器产生一个振荡讯号，该比较器依据该设定电压及该振荡讯号在该输出端产生一个控制讯号，该控制模块依据该控制讯号切换该马达线圈与该电源的间的导通或开路。
因此，本发明的风扇转速控制电路，借由控制设定电压与振荡讯号，以切换马达线圈导通或开路，达到控制风扇转速的目的，由于马达线圈开路时不消耗电能，如此控制转速可使电能转换动能的效率提升，又增加单位时间内的旋转动能以提高转速，可减少切换转速时的震动及噪音。
其中，该比较器比较该振荡讯号及该设定电压的电压值大小。如此，该比较器依据设定电压大小可调整控制讯号，具有脉冲宽度调变的功效。
其中，该振荡讯号大于该设定电压，该比较器产生高准位的该控制讯号。如此，控制讯号具有脉冲宽度调变的高值，具有触发该控制模块的功效。
其中，该振荡讯号小于该设定电压，该比较器产生低准位的该控制讯号。如此，控制讯号具有脉冲宽度调变的低值，具有触发该控制模块的功效。
其中，该控制讯号是脉冲宽度调变讯号。如此，具有控制转速的功效。
其中，该两段式切换回路具有一个切换开关，该切换开关的基极电性连接一个第一分压电阻及一个第二分压电阻的一端，该第一分压电阻的另一端电性连接该电源，该第二分压电阻的另一端接地，该切换开关的集极电性连接一个限流电阻的一端、一个第三分压电阻的一端及该输入端，该限流电阻的另一端电性连接该电源，该第三分压电阻的另一端及该切换开关的射极接地。如此，可设定切换点的电压值，具有两段式转速切换的功效。
其中，该切换开关截止是一个第一阶段，该切换开关顺向导通是一个第二阶段。如此，通过控制该切换开关以改变回路状态，具有两段式功能切换的功效。
其中，在该第二阶段产生的该控制讯号的占空比，大于在该第一阶段产生的该控制讯号的占空比。如此，具有切换高转速的功效。
其中，在该第二阶段的每伏特的风扇转速变化，大于在该第一阶段的每伏特的风扇转速变化。如此，具有提升电能转换旋转动能效率的功效。
其中，该振荡讯号是周期讯号且波形为三角波。如此，调整设定电压可改变该控制讯号的占空比，具有调整转速与输入电压变化关系的功效。
其中，该控制模块包括一个控制单元、一个感磁单元及一个驱动回路。如此，具有监测及控制风扇马达旋转方向的功效。
其中，该控制单元电性连接该感磁单元及该驱动回路。如此，该控制单元获得换向资讯再传送转动指令，具有降低该控制单元控制的误失率的功效。
其中，该驱动回路电性连接该电源并接地，该驱动回路具有两个上桥元件及两个下桥元件，其中一个上桥元件及其中一个下桥元件电性连接该马达线圈的一端，另一个上桥元件及另一个下桥元件电性连接该马达线圈的另一端。如此，可顺向或反向导通该马达线圈，具有使马达顺利旋转的功效。
其中，该比较器、该振荡器、该控制单元及该驱动回路整合于一个驱动晶片。
附图说明
图1：一种现有的风扇转速控制电路的电压与转速关系图；
图2：本发明一个实施例的电路方块图；
图3：本发明一个实施例的两段式切换回路的电路示意图；
图4：本发明一个实施例的控制模块的电路示意图；
图5：本发明一个实施例的各项讯号的变化示意图；
图6：本发明一个实施例的电压与转速关系图。
附图标记说明
1 比较器
11、12 输入端 13 输出端
2 两段式切换回路
21 切换开关 22 第一分压电阻
23 第二分压电阻 24 限流电阻
25 第三分压电阻
3 振荡器
4 控制模块
41 控制单元 411 讯号接收端
412 感磁输入端 413 第一控制输出端
414 第二控制输出端 42 感磁单元
43 驱动回路 431a、431b 上桥元件
432a、432b 下桥元件
5 马达线圈
6 电源
Vi 输入电压 U 控制讯号
Vo 振荡讯号 P1、P2 运转讯号
C 驱动晶片 S1 第一阶段
S2 第二阶段 Vs 设定电压
D1 第一路径 D2 第二路径。
具体实施方式
为使本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特根据本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：
请参照图2所示，其是本发明风扇转速控制电路的一个实施例，包括一个比较器1、一个两段式切换回路2、一个振荡器3、一个控制模块4、一个马达线圈5及一个电源6，该比较器1电性连接该两段式切换回路2、该振荡器3及该控制模块4，该控制模块4电性连接该马达线圈5，该电源6电性连接该两段式切换回路2及该控制模块4，并供应一个输入电压Vi。
请参照图3所示，该比较器1具有两个输入端11、12及一个输出端13，该两个输入端11、12可接受并比较讯号的电压值，由该输出端13送出一个控制讯号U。
该两段式切换回路2具有一个切换开关21，该切换开关21的基极电性连接一个第一分压电阻22及一个第二分压电阻23的一端，该第一分压电阻22的另一端电性连接该电源6，该第二分压电阻23的另一端接地，该切换开关21的集极电性连接一个限流电阻24的一端、一个第三分压电阻25的一端及该输入端12，该限流电阻24的另一端电性连接该电源6，该第三分压电阻25的另一端及该切换开关21的射极接地。
该振荡器3电性连接该输入端11，并传送一个振荡讯号Vo，该振荡讯号Vo是周期讯号且波形较佳为三角波。该振荡器3还可电性连接一个设定电容(未绘示)，且该设定电容接地，更换不同电容值的设定电容可改变该振荡讯号Vo的频率。
在本实施例中，该输入端11是正相端且电性连接该振荡器3，及该输入端12是反相端且电性连接该两段式切换回路2，但不以此为限。
该控制模块4电性连接该比较器1的该输出端13，可接收该控制讯号U；该控制模块4电性连接该马达线圈5的两端，可使该马达线圈5的一端电性连接该电源6或开路，且该马达线圈5的另一端接地或开路。
该马达线圈5可通电产生电磁场并与永久磁铁作用，产生磁力推动马达旋转。
请参照图2及图4所示，本发明实施例的该控制模块4还可包括一个控制单元41、一个感磁单元42及一个驱动回路43，该控制单元41可以是特殊应用积体电路（Application-specific integrated circuit, ASIC）、微控制器（Micro control unit, MCU）或数位讯号处理器（Digital signal processor, DSP）等，用以产生两个运转讯号P1、P2控制该马达线圈5导通的占空比（Duty cycle）及电流通过方向；该感磁单元42可以是霍尔元件（Hallcomponent），用以判断转子位置，可供该控制单元41控制磁极相吸或相斥；该驱动回路43可以是H电桥（H-bridge），用以顺向或反向导通该马达线圈5，使马达顺利旋转。该比较器1、该振荡器3、该控制单元41及该驱动回路43可整合于一个驱动晶片C。
该控制单元41具有一个讯号接收端411，该讯号接收端411电性连接该比较器1的该输出端13，该控制单元41还具有一个感磁输入端412、一个第一控制输出端413及一个第二控制输出端414；该感磁单元42电性连接该电源6并接地，该感磁单元42设置于马达的磁场范围内，该感磁单元42电性连接该感磁输入端412；该驱动回路43电性连接该电源6并接地，该驱动回路43还具有两个上桥元件431a、431b及两个下桥元件432a、432b，其中一个上桥元件431a及其中一个下桥元件432a可电性连接该马达线圈5的一端，另一个上桥元件431b及另一个下桥元件432b可电性连接该马达线圈5的另一端，但是不以此为限，该第一控制输出端413电性连接该上桥元件431b的基极及该下桥元件432a的基极，该第二控制输出端414电性连接该上桥元件431a的基极及该下桥元件432b的基极。
请参照图3及图5所示，通过前述结构，该电源6的输入电压Vi由该第一分压电阻22及该第二分压电阻23分压，于该切换开关21的基极产生一个分压电压，当该分压电压小于该切换开关21的一个门槛电压，该切换开关21等同于开路，是第一阶段S1；当该分压电压大于该门槛电压，该切换开关21顺向导通，是第二阶段S2。
在第一阶段S1，该输入电压Vi由该限流电阻24及该第三分压电阻25分压，于该比较器1的该输入端12产生一个设定电压Vs；该输入电压Vi升高，进入第二阶段S2，大部分电流顺向通过该切换开关21，使该设定电压Vs骤降，如图5所示，又该振荡器3的该振荡讯号Vo通过该输入端11进入该比较器1，及该设定电压Vs通过该输入端12进入该比较器1，当该振荡讯号Vo大于该设定电压Vs，该输出端13送出高准位的控制讯号U，当该振荡讯号Vo小于该设定电压Vs，该输出端13送出低准位的控制讯号U，因为该振荡讯号Vo是高低交错的三角波，该比较器1产生的该控制讯号U是高低相间的方波，且该控制讯号U可以是脉冲宽度调变（Pulse width modulation, PWM）讯号。
第一阶段S1与第二阶段S2产生的该控制讯号U的占空比不同，使该控制模块4依据该控制讯号U对该马达线圈5通电或开路，请再参照图4，在本实施例中，该控制单元41由该讯号接收端411接收该控制讯号U，并由该第一控制输出端413送出该运转讯号P1，或由该第二控制输出端414送出该运转讯号P2，又，当控制讯号U为高压阶段时，该控制单元41输出该运转讯号P1或P2，使该马达线圈5通电，当控制讯号U为低压阶段时，该控制单元41停止输出该运转讯号P1或P2，使该马达线圈5开路。对于该控制讯号U，第一阶段S1的占空比小于第二阶段S2的占空比，如此，该马达线圈5在第二阶段S2的通电时间比例较大，于单位时间内获得更多能量，而具有提升的马达转速的功效。
请参照图4所示，该感磁单元42感应磁场变化，可判断转子位置，并供该控制单元41通过该驱动回路43控制该马达线圈5的电流方向，可避免马达线圈5的磁力作用抵消马达旋转。当该控制单元41输出该运转讯号P1，该上桥元件431b及该下桥元件432a顺向导通，电流沿一个第一路径D1通过该马达线圈5，当该控制单元41输出另一个运转讯号P2，该上桥元件431a及该下桥元件432b顺向导通，电流沿一个第二路径D2通过该马达线圈5。
请参照图6所示，其是使用本发明风扇转速控制电路的风扇马达转速与该输入电压Vi的关系图。请再参照图3，调整该第一分压电阻22与该第二分压电阻23之间的比值，可改变由该第一阶段S1切换至该第二阶段S2的切换点位置。请再参照图5，调整该限流电阻24与该第三分压电阻25之间的比值，可改变该设定电压Vs，且改变该控制讯号U的占空比，因此，转速与该输入电压Vi的关系图的斜率可以调整，如图6所示，在该第二阶段S2的每伏特的风扇转速变化，大于在该第一阶段S1的每伏特的风扇转速变化，即该第二阶段S2的斜率大于该第一阶段S1的斜率，且该第一阶段S1切换至该第二阶段S2的转速落差可以调整。又提高该振荡器3的该振荡讯号Vo的电压值，可增加该控制讯号U的占空比，使转速与该输入电压Vi的关系图的斜率变大，反之则变小。
综上所述，本发明的风扇转速控制电路，借由控制设定电压与振荡讯号，以改变马达线圈导通的占空比，达到风扇转速控制的目的，由于马达线圈开路时不消耗电能，以不同占空比控制转速可使电能转换动能的效率提升，又增加单位时间内的旋转动能以提高转速，可减少切换转速时的震动及噪音。
Claims (10)
1.一种风扇转速控制电路，其特征在于：包括：
一个比较器，该比较器具有两个输入端及一个输出端；
一个两段式切换回路，该两段式切换回路电性连接该比较器的一个该输入端；
一个振荡器，该振荡器电性连接该比较器的另一个该输入端；及 一个控制模块，该控制模块电性连接该比较器的该输出端、一个电源及一个马达线圈，该两段式切换回路电性连接该电源，该两段式切换回路产生一个设定电压，该振荡器产生一个振荡讯号，该比较器比较该设定电压及该振荡讯号的电压值大小，并在该输出端对应比较结果产生一个控制讯号，该控制讯号是脉冲宽度调变讯号，当该振荡讯号大于该设定电压时，该比较器产生高准位的该控制讯号，当该振荡讯号小于该设定电压时，该比较器产生低准位的该控制讯号，当该振荡器提升该振荡讯号的电压值时，该控制讯号的占空比增加，该控制模块依据该控制讯号切换该马达线圈与该电源之间的导通或开路。
2.如权利要求1所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该两段式切换回路具有一个切换开关，该切换开关的基极电性连接一个第一分压电阻及一个第二分压电阻的一端，该第一分压电阻的另一端电性连接该电源，该第二分压电阻的另一端接地，该切换开关的集极电性连接一个限流电阻的一端、一个第三分压电阻的一端及该输入端，该限流电阻的另一端电性连接该电源，该第三分压电阻的另一端及该切换开关的射极接地。
3.如权利要求2所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该切换开关截止是一个第一阶段，该切换开关顺向导通是一个第二阶段。
4.如权利要求3所述的风扇转速控制电路，其特征在于：在该第二阶段产生的该控制讯号的占空比，大于在该第一阶段产生的该控制讯号的占空比。
5.如权利要求4所述的风扇转速控制电路，其特征在于：在该第二阶段的每伏特的风扇转速变化，大于在该第一阶段的每伏特的风扇转速变化。
6.如权利要求1所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该振荡讯号是周期讯号且波形为三角波。
7.如权利要求1所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该控制模块包括一个控制单元、一个感磁单元及一个驱动回路。
8.如权利要求7所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该控制单元电性连接该感磁单元及该驱动回路。
9.如权利要求7所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该驱动回路电性连接该电源并接地，该驱动回路具有两个上桥元件及两个下桥元件，其中一个上桥元件及其中一个下桥元件电性连接该马达线圈的一端，另一个上桥元件及另一个下桥元件电性连接该马达线圈的另一端。
10.如权利要求7所述的风扇转速控制电路，其特征在于：该比较器、该振荡器、该控制单元及该驱动回路整合于一个驱动晶片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20210407 Address after: 536000 zone B6, northwest sea export processing zone, Beihai Avenue, Beihai City, Guangxi Zhuang Autonomous Region Patentee after: Beihai jianzhun Electronics Co.,Ltd. Address before: 528251, No. two, 5 South Avenue, Ping Chau, Guangdong, Foshan Patentee before: SUNON ELECTRONICS (FOSHAN) Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |