CN116683798A - 一种调速风机的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种调速风机的驱动方法包括以下步骤：S1、获取所述风机的电压与转速的函数关系式并存储至MCU控制器中；S2、初始化电路后以电压Vmax启动所述风机；S3、根据所述函数关系式查询目标转速F0对应的目标电压VF，所述MCU控制器调节输出PWM的频率所述风机的驱动电压到达目标电压VF；其中，所述步骤S1中电压与转速呈正相关。本发明通过得到风机的转速与电压的函数关系式，利用MCU控制器直接调节所述风机的电压使其达到目标转速，通过反馈智能判断转速，动态调节输出PWM信号，适应不同的电机工况，稳定转速，实现更高的性能。

Description

一种调速风机的驱动方法
技术领域
本发明涉及电机调节的技术领域，尤其涉及一种调速风机的驱动方法。
背景技术
无刷直流电机（BLDC）是永磁式同步电机的一种，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势。直流电机的定子是线圈绕组电枢，转子是永磁体。只给电机通固定的直流电流，电机只能产生恒定的磁场，不能转动起来，只有实时检测电机转子的位置，再根据转子的位置给电机的不同相通以对应的电流，使定子产生方向均匀变化的旋转磁场，电机才可以跟着磁场转动起来。
现有的风机控制电路通常需要设置电感等器件对风机进行调节，元器件较多，增加了电路板的绘制复杂程度和成本且通常是需要多次调节电压才能达到预期转速。
综上，现需要提出一种调速风机的驱动方法以解决上述技术问题。
发明内容
本发明提供一种调速风机的驱动方法，可以解决现有技术中转速调节不精确的问题。具体方案如下：
一种调速风机的驱动方法，包括以下步骤：
S1、获取所述风机的电压与转速的函数关系式并存储至MCU控制器中；
S2、初始化电路后以电压Vmax启动所述风机；
S3、根据所述函数关系式查询目标转速F0对应的目标电压VF，所述MCU控制器调节输出PWM的频率所述风机的驱动电压到达目标电压VF；
其中，所述步骤S1中电压与转速呈正相关，所述电压范围为[Vmin，Vmax],所述转速范围为[Fmin，Fmax]。
在本发明的一些实施例中，所述驱动方法还包括步骤S4：
S41、检测所述风机的实时转速F；
S42、根据实时转速F与目标转速F0的比较结果调节所述风机的驱动电压；
S43、当所述实时转速F小于所述目标转速F0时，所述MCU控制器提高所述风机的驱动电压；当所述实时转速F大于所述目标转速F0时，所述MCU控制器降低所述风机的驱动电压。
在本发明的一些实施例中，所述步骤S2中初始化电路包括初始化所述MCU控制器的IO端口的输出或输入信号。
在本发明的一些实施例中，所述调速风机的驱动电路包括：
MCU控制器，其用于保存所述风机的电压与转速的函数关系式；
保护单元，其与所述MCU控制器的IO1端口连接；
驱动单元，其一端与所述保护单元连接，另一端与直流电源连接；
充放电单元，其连接于所述驱动单元和风机之间；所述充放电单元包括并联连接的电容和电阻；
其中，所述风机与所述MCU控制器的IO2端口连接用于传输反馈信号。
在本发明的一些实施例中，所述保护单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管N1，所述第一电阻R1的一端连接所述MCU控制器的IO1端口连接，另一端与所述第一三极管N1的基极连接；所述第二电阻R2并联在所述第一三极管N1的基极和发射极的两端。
在本发明的一些实施例中，所述驱动单元包括第三电阻R3、第四电阻R4和第二三极管P1；其中，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4串联在所述第一三极管N1的集电极和直流电源之间；所述第二三极管P1的基极和发射极并联在所述第四电阻R4的两端。
在本发明的一些实施例中，所述控制电路还设有钳位保护单元，所述钳位保护单元的一端接直流电源，其另一端接地；所述钳位保护单元包括串联的二极管D1和二极管D2，所述二极管D1与所述第二三极管P1的发射极和集电极并联。
在本发明的一些实施例中，所述充放电单元包括第二电容E1和第五电阻R5，所述第二电容E1和所述第五电阻R5组成并联回路，该并联回路的两端与所述风机连接。
在本发明的一些实施例中，所述风机与所述MCU控制器之间还连接有滤波单元和分压限流单元，其中，所述滤波单元采用第二电容C1，所述分压限流单元采用第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
在本发明的一些实施例中，所述第二电容C1的一端与所述MCU控制器的IO2端连接，其另一端接地。
在本发明的一些实施例中，所述第七电阻R7与所述第八电阻R8组成串联回路，该串联回路一端接直流电源，另一端接地。
在本发明的一些实施例中，所述第六电阻R6的一端与所述MCU控制器的IO2端连接，另一端与所述第七电阻R7与所述第八电阻R8组成的串联回路连接。
本发明具有以下有益效果：
本发明通过得到风机的转速与电压的函数关系式，利用MCU控制器直接调节所述风机的电压使其达到目标转速，通过反馈智能判断转速，动态调节输出PWM信号，适应不同的电机工况，稳定转速，实现更高的性能；
另外，MCU控制器输出的信号控制各个三级管的通断，进而实现对风机的驱动，避免了使用电感等器件对风机进行调速的功能，即通过较少元器件即可实现对风机的驱动及调速，简化了电路，同时也提高了风机调速的顺畅程度，能够实现风机的及时调速。
附图说明
图1为本发明实施例所示出的控制方法的流程示意图。
图2为本发明实施例所示出的调速风机的控制电路图。
图3为本发明实施例所示出的风机的电压与转速的函数关系图。
附图标记：100-MCU控制器；200-保护单元；300-驱动单元；400-钳位保护单元；500-充放电单元；600-滤波单元；700-分压限流单元；800-风机。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
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该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
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；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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置进行描述。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/或设置之间的关系。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。
参照图1所示， 一种调速风机的驱动方法，包括以下步骤：
S1、获取所述风机800的电压与转速的函数关系式并存储至MCU控制器100中；
具体地，在所述函数关系式获取的过程中，首先风机900上电后，所述MCU控制器100提高IO1端口的输出PWM信号的频率，以最大电压Vmax启动所述风机800，能够保证风机800的启动不受影响，所述MCU控制器100根据反馈电路反馈的脉冲数量，计算风机800对应的最高转速Fmax；
按照固定步长逐渐提高所述风机的驱动电压，然后采集每个驱动电压下对应的转速，得到风机转速与风机驱动电压的关系点图，最后拟合成所述风机800的电压与转速的函数关系式。
参照图3所示，在该函数关系式中，所述风机800的驱动电压与所述风机转速呈正相关，具体地两者为正向线性关系。
具体地，所述电压范围为[Vmin，Vmax],所述风机转速范围为[Fmin，Fmax]；即Fmin为风机转速的最小转速，Fmax为风机转速的最大转速，Vmin是与最小转速Fmin对应的最小电压，同理，Vmax是与最大转速Fmax对应的最大电压。
将得到的风机800的电压与转速的函数关系式存储在MCU控制器100，以便对目标转速的对应的驱动电压进行查找。
S2、初始化电路；
初始化电路包括初始化所述MCU控制器的IO端口的输出或输入信号，即对PWM信号进行初始化，定时器进行初始化，该定时器的作用是为了后期对风机800的转速进行监控时，对实时转速的采集时间进行定时。
S3、根据所述函数关系式查询目标转速F0对应的目标电压VF，所述MCU控制器100调节输出PWM的频率所述风机800的驱动电压到达目标电压VF；
也就是说，当MCU控制器100得到调速指令时，先根据函数关系式，计算查询目标转速F0对应的目标电压VF，然后MCU控制器100直接调节IO1端口的PWM信号的频率，利用PI算法对风机800的驱动电压进行调节，最后达到目标转速F0对应的目标电压VF，即当以目标电压VF驱动风机800时，风机800即可按照目标转速F0转动。
在本发明的一些实施例中，所述风机800还可以实现对转速的实时纠正，具体包括以下步骤：
S41、检测所述风机800的实时转速F；
具体地，可以在所述风机800上安装编码器，从而采集风机的实时转速F；
S42、根据实时转速F与目标转速F0的比较结果调节所述风机的驱动电压；
S43、当所述实时转速F小于所述目标转速F0时，所述MCU控制器100提高所述风机800的驱动电压；当所述实时转速F大于所述目标转速F0时，所述MCU控制器100降低所述风机800的驱动电压。
因为所述风机800的转速与电压是呈正相关的，所以当实时风速F过低时，所述MCU控制器100调高所述风机800的驱动电压，当实时风速F过高时，所述MCU控制器100调低所述风机800的驱动电压。
本实施例通过得到风机的转速与电压的函数关系式，利用MCU控制器100直接调节所述风机800的电压使其达到目标转速，通过反馈智能判断转速，动态调节输出PWM信号。
本实施例所提供的控制方法适应不同的电机工况，稳定转速，实现更高的性能。
在本发明的一些实施例中，参照图2所示，所述调速风机的驱动电路包括：
MCU控制器100，
保护单元200，其与所述MCU控制器100的IO1端口连接；
驱动单元300，其一端与所述保护单元200连接，另一端与直流电源连接；
充放电单元400，其连接于所述驱动单元300和风机800之间；所述充放电单元400包括并联连接的电容和电阻；
其中，所述风机800与所述MCU控制器的IO2端口连接用于传输反馈信号。
具体地，在该实施例中，与所述驱动单元300所连接的电源为+12V直流电源，所述MCU控制器100输出PWM信号经过保护单元200和驱动单元300后，利用充放电单元400对所述风机800进行启停以及调速操作。
在本发明的一些实施例中，对于所述保护单元200，其包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管N1，所述第一电阻R1的一端连接所述MCU控制器的IO1端口连接，另一端与所述第一三极管N1的基极连接；所述第二电阻R2并联在所述第一三极管N1的基极和发射极的两端。
也就是说，所述第二电阻R2的一端与所述第一三极管N1的基极连接，另一端与所述第一三极管N1的发射极连接后接地，而所述第一三极管N1的集电极与驱动单元300连接。
具体地，该保护单元200是为了保护所述MCU控制器100的IO1端口，其中，所述第一电阻R1和所述第二电阻R2用于分压限流，所述第一三极管N1可以作为开关使用，用于隔离所述+12V直流电源和所述MCU控制器100的IO1端口，所述第一三极管N1为NPN型三极管，当给一个高电平时，开关闭合；当给一个低电平时，开关断开。
在本发明的一些实施例中，对于所述驱动单元300，其包括第三电阻R3、第四电阻R4和第二三极管P1；其中，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4串联在所述第一三极管N1的集电极和直流电源之间；所述第二三极管P1的基极和发射极并联在所述第四电阻R4的两端。
也就是说，+12V的直流电源分别与所述第四电阻R4和所述第二三极管P1的发射极连接，然后所述第四电阻R4的另一端和所述第二三极管P1的基极均与第三电阻R3串联后接入所述第一三极管N1的集电极。
从而实现所述MCU控制器100的IO1端口输出PWM来控制所述第一三极管N1的通断，进一步控制所述第二三极管P1处的通断，控制+12v直流电源的有无。
另外，所述第二三极管P1为PNP型三极管：给一个高电平，开关断开，给一个低电平，开关闭合。
在本发明的一些实施例中，所述控制电路还设有钳位保护单元400，所述钳位保护单元400的一端接直流电源即+12V直流电源，其另一端接地；所述钳位保护单元400包括串联的二极管D1和二极管D2，所述二极管D1与所述第二三极管P1的发射极和集电极并联。
具体地，所述二极管D1的负极与所述第二三极管P1的发射极均连接到直流电源，二极管D1的正极与所述第二三极管P1的集电极均连接到二极管D2的负极；二极管D2的正极接地。
也就是说，钳位保护单元400作用是保护第二三极管P1。
在本发明的一些实施例中，所述充放电单元500包括第二电容E1和第五电阻R5，所述第二电容E1和所述第五电阻R5组成并联回路，该并联回路的两端与所述风机800连接。
具体地，所述第二电容E1为电解电容，其与所述第五电阻R5配合，实现充放电。
本实施例中的充放电单元500相较于现有技术，减少了电感的设置，利用MCU控制器100输出的PWM信号实现对电压的控制，不仅代替了电感对电压的调节，同时提高了风机调速的时效性。
在本发明的一些实施例中，所述风机800与所述MCU控制器100之间还连接有滤波单元600和分压限流单元700，其中，所述滤波单元600采用第二电容C1，所述分压限流单元700采用第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
具体地，所述第二电容C1的一端与所述MCU控制器100的IO2端连接，其另一端接地。所述第二电容C1采用瓷片电容，用于对反馈的风机信号进行滤波，删除干扰信号。
在本发明的一些实施例中，所述第七电阻R7与所述第八电阻R8组成串联回路，该串联回路一端接直流电源，另一端接地。具体地，该直流电源为+5V直流电源，所述第七电阻R7与所述第八电阻R8实现分压，以提供合适的电信号。
在本发明的一些实施例中，所述第六电阻R6的一端与所述MCU控制器100的IO2端连接，另一端与所述第七电阻R7与所述第八电阻R8组成的串联回路连接，即所述第六电阻R6的另一端连接于所述第七电阻R7和所述第八电阻R8的连接处。所述第六电阻R6的作用与所述第一电阻R1的作用相似，即限流作用；所述第六电阻R6是为了限制反馈支路中的电流大小，从而对所述MCU控制器100的IO2端口进行保护。
另外，本发明通过MCU控制器100输出的信号控制各个三级管即第一三极管N1和第二三极管P1的通断，进而实现对风机800的驱动，避免了使用电感等器件对风机800进行调速的功能，即通过较少元器件即可实现对风机的驱动及调速，简化了电路，布使得电路板的布局与布线更简单，提高了开发效率；同时也提高了风机800调速的顺畅程度，能够实现风机的及时调速。
在上述实施方式的描述中，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例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种调速风机的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取所述风机的电压与转速的函数关系式并存储至MCU控制器中；
S2、初始化电路后以电压Vmax启动所述风机；
S3、根据所述函数关系式查询目标转速F0对应的目标电压VF，所述MCU控制器调节输出PWM的频率所述风机的驱动电压到达目标电压VF；
其中，所述步骤S1中电压与转速呈正相关，所述电压范围为[Vmin，Vmax],所述转速范围为[Fmin，Fmax]。
2.根据权利要求1所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法还包括步骤S4：
S41、检测所述风机的实时转速F；
S42、根据实时转速F与目标转速F0的比较结果调节所述风机的驱动电压；
S43、当所述实时转速F小于所述目标转速F0时，所述MCU控制器提高所述风机的驱动电压；当所述实时转速F大于所述目标转速F0时，所述MCU控制器降低所述风机的驱动电压。
3.根据权利要求1所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述步骤S2中初始化电路包括初始化所述MCU控制器的IO端口的输出或输入信号。
4.根据权利要求1所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述调速风机的驱动单路包括：
MCU控制器，
保护单元，其与所述MCU控制器的IO1端口连接；
驱动单元，其一端与所述保护单元连接，另一端与直流电源连接；
充放电单元，其连接于所述驱动单元和风机之间；所述充放电单元包括并联连接的电容和电阻；
其中，所述风机与所述MCU控制器的IO2端口连接用于传输反馈信号。
5.根据权利要求4所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述保护单元包括第一电阻R1、第二电阻R2和第一三极管N1，所述第一电阻R1的一端连接所述MCU控制器的IO1端口连接，另一端与所述第一三极管N1的基极连接；所述第二电阻R2并联在所述第一三极管N1的基极和发射极的两端。
6.根据权利要求5所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述驱动单元包括第三电阻R3、第四电阻R4和第二三极管P1；其中，所述第三电阻R3和所述第四电阻R4串联在所述第一三极管N1的集电极和直流电源之间；所述第二三极管P1的基极和发射极并联在所述第四电阻R4的两端。
7.根据权利要求6所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述控制电路还设有钳位保护单元，所述钳位保护单元的一端接直流电源，其另一端接地；所述钳位保护单元包括串联的二极管D1和二极管D2，所述二极管D1与所述第二三极管P1的发射极和集电极并联。
8.根据权利要求4所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述充放电单元包括第二电容E1和第五电阻R5，所述第二电容E1和所述第五电阻R5组成并联回路，该并联回路的两端与所述风机连接。
9.根据权利要求4所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述风机与所述MCU控制器之间还连接有滤波单元和分压限流单元，其中，所述滤波单元采用第二电容C1，所述分压限流单元采用第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8。
10.根据权利要求9所述的一种调速风机的驱动方法，其特征在于，所述第二电容C1的一端与所述MCU控制器的IO2端连接，其另一端接地；
所述第七电阻R7与所述第八电阻R8组成串联回路，该串联回路一端接直流电源，另一端接地。
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