CN1302474A - 电子换向风机的转速测量的方法和电路装置 - Google Patents

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Abstract

建议一种用于电子换向风机(L)转速测量的方法和电路装置,其理论基础为:对由风机在其供电线路上引起的电流波动的最大电流陡度进行测量,以及对增益范围和给脉冲发生器(IF)当作前置级的比较器(K)的开关阈值进行自动匹配。

Description

电子换向风机的 转速测量的方法和电路装置
本发明涉及一种如权利要求1和5的前序部分所述的用于电子换向风机的转速测量的方法和电路装置。
大功率电源的冷却需要电子换向风机。电子换向风机在其供电线路上引起电流波动，这种波动将因风机和风机类型的不同而不同。为了控制和调节风机，有必要对风机转速进行电子测量，以便由此导出一个每时间单位具有相应时钟脉冲数的时钟信号。
通过附加线路输出电子换向的内部时钟信号来作为前述时钟信号的特种风机已被公开地应用(Papst-Katalog GeraetelüifterEquipment Fans,94/95，厂家：Papst-Mortoren有限合资公司，Kart-Maier街1号，D-78112 st.Georgen/Schwarzwald,1435邮箱，“直流风机”和“方案”篇)。其缺点是，该特种风机造价昂贵。
此外已公开的还有，通过测流电阻测出风机引起的电流波动，经过高通滤波器进行滤波，然后到达脉冲发生器，以便形成上述时钟信号的时钟脉冲(德国专利DE 26 17 131 C3)。其缺点是，风机在其供电线路上引起的电流波动的大小和形式将会因风机的不同而有明显的差异，使得必须对风机进行相应地匹配。
另外，在德国专利DE 196 01 040 A1中公开过一种测量电子换向风机转速的方法和电路装置，其转速通过每时间单位具有相应时钟脉冲数的时钟信号来指示，并且，在德国公司文献“电机控制研究1986”中第E15页，SGS半导体元件有限公司，1986年4月，曾公开过根据由风机在其供电线路上引起的与转速有关的电流波动的最大电流陡度来进行测量，并由此导出时钟信号以用作转速信息。
从而，本发明的任务在于，提供一种文章开头所述类型的方法和电路装置，它们使电子换向风机的转速测量费用合理，并且可以用简单的方法来实施。
本发明的该任务通过具有权利要求1所述方法步骤的方法而得到解决。本发明的任务还通过一种具有权利要求5所述特征的电路装置而得到解决。
有了这种方法及电路装置，就不必使用昂贵的特种风机，这样，转速测量能够用合适的造价来实施。此外，不必对所使用的风机进行分别匹配，所以该转速测量同样也能以简单的方法来实现。可以使用所有类型的所谓标准风机。各风机可实现自动匹配。
本发明的优选扩展参见从属权利要求的内容。
对大量不同的风机和风机类型进行的经验测量表明，就风机在其供电线路上引起的电流波动而言，其负的电流陡度通常远远要大于正的电流陡度。所以，根据电流波动负的电流陡度来进行转速测量能够得到更精确的结果。然而在相对少的风机或风机类型中，其正的电流陡度反而明显大于负的电流陡度，但负的电流陡度至少还是如此地明显，使得一直能确保可靠和精确地测量风机的转速。因此，在本发明的一个优选扩展中，风机在其供电线路上引起的电流波动的负电流陡度被用来进行转速分析。
在本发明的另外一种优选扩展中，不仅增益范围与比较器的开关阈值，而且测得的最大负电流陡度都以一个相应的比例进行匹配，因此能够防止转速测量立即重新进入一个稳定状态。
在本发明的另外一种优选扩展中，用非连续步骤来实现自动匹配。因此，实现费用要比连续匹配时少。
在此，前述想法不仅适用于该方法，而且适用于该电路装置。
下面借助附图对本发明的实施例进行详细解释。其表示：
附图1为本发明用于电子换向风机转速测量的电路装置原理图，以及
附图2为由风机在其供电线路上引起的电流波动波形图，它输出给附图1的电路装置进行转速测量。
在附图1的位于电流供电点UDC和接地基准点M之间的功率回路中，串联有一个电子换向风机L(后面也仅称为风机L)和测流电阻SMW。该回路包含有风机L的供电线路，其上流过风机电流IL。
由于风机L的电子换向，风机电流IL具有波动，该波动在附图2中用波形图进行了定性的描绘。此波形图应当这样来理解，即风机电流在较长的时间周期内具有基本恒定的直流成分，其上叠加有非常快的电流波动。电流波动由风机绕组的换向引起。在附图2中，重复换向的有代表性的时间点被具体标为tn、tn+1和tn+2。在这些时间点进行换向，由此，风机电流首先非常迅速而强烈地衰减。接着风机电流以较平缓的曲线再次上升，而且甚至产生超调。在另一过程中，风机电流再次衰减，但时间周期较长。最后，风机电流在一个较长的时间内再次上升，直到下一换向开始，并且重复这一过程。
在此，换向的各个时间点(比如时间点tn、tn+1和tn+2)之间的间隔直接取决于风机的瞬时有效转速。风机旋转得越快，该间隔便越短，或者说每时间单位的这些时间点出现得就越多。另外，电流波动的电流陡度也改变了。
曲线变化过程和每时间单位内换向时间点的数量还取决于风机的电机绕组构造。有些风机电机具有多个极，而另一些则具有少数几个极。在旋转一周之内，每个电机绕组根据其构造形式必须换向一次或多次，这样，每一转的换向时间点的数量与风机的转速无关，但与风机电机的极数和绕组数量有关。然而在两个换向时间点之间总存在一个分界的时间段，它至少具有足够显著的负电流衰减，且该衰减带有局部最大的电流陡度。
通过测流电阻SMW，可以在测流电阻SMW与风机L之间的点上抽取测流电阻电压USMW，附图2中所描绘的过程以电压形式描绘了该USMW。该电压由低通滤波放大器TFV来抽取，并且以输入电压U输入的形式通过一个输入电容Cd传送给下面将要详细解释的转速测量电路。
转速测量电路具有一个带有负输入和正输入的运算放大器OP。在正输入上接有参考电压Uref，而在负输入上接上了通过输入电容Cd传过来的输入电压U输入。
运算放大器OP的输出和负输入之间接有两个并联的回路。一个回路中设有由两个电阻R1和R2组成的串联电路。另一个回路中设有二极管D，其极性方式为，在导通方向上把运算放大器OP的负输入连通到输出端。
运算放大器OP的输出一方面与比较器K的正输入联接，另一方面与峰值检波器SG的输入相接。峰值检波器SG的输出另外通过电阻R7与比较器K的负输入相接，并且还与下行比较器ABK的正输入以及上行比较器AUFK的负输入相接。
下行比较器ABK及上行比较器AUFK以如下方式与由三个电阻W15a、W70和W15b组成的串联电路相联接，即下行比较器ABK的负输入接到电阻W15a和W70之间，而上行比较器AUFK的正输入接到电阻W70和W15b之间。
由三个电阻W15a、W70和W15b组成的串联电路的一端接到供电电压VCC，另一端接到参考电压Uref。
比较器K的负输入在电阻R7旁边与电阻R6相联，而电阻R6接到参考电压Uref上。比较器K的输出与脉冲发生器IF相联接，在该脉冲发生器的输出端可抽取输出电压U输出。
下行比较器ABK及上行比较器AUFK的输出均与上行/下行计数器AAZ的输入相联接。上行/下行计数器AAZ具有四个计数输出Q0、Q1、Q2和Q3，其中三个高位与各开关S1、S2和S3相联以控制这些开关。
相对于参考电压Uref，并根据各电阻的相应值，接在电阻R1和R2中间点上的各开关S1、S2和S3通过R1和其各自的电阻R3、R4及R5对运算放大器OP的输出电压Udiff进行分压。
运算放大器OP产生输出电压Udiff，其峰值由峰值检波器SG转化为峰值电压输出UPK。
风机电流IL用测流电阻SMW来获得。在低通滤波放大器TFV中，风机L供电线路上的高频干扰被消除，而风机L的电流波动没有被滤除。过滤的截止频率比如可以设定为约10kHz。
在经过低通滤波放大器TFV后，风机电流IL负的电流陡度借助输入电容Cd、运算放大器OP以及电阻R1及R2来获得。利用单个电阻R1、R2之和R=R1+R2，以及开关S1、S2和S3断开，输出电压Udiff通常可由下式表示：
Udiff=(-R*Cd*dU输入/dt)。
然后，输出电压Udiff的峰值作为输出峰值电压UPK而被获取，并由此为比较器K预定一个固定的调节分量，以作为比较值。这时，通过与输出电压Udiff的比较，周期性重复的最大电流陡度将会导致一个输出脉冲。该输出脉冲的总和可理解为时钟信号，而单个输出脉冲则理解为时钟脉冲。
如上所述，各个风机的电流陡度相互之间差别很大。在极端情况下，其变化因子可为1000。在具有低电流陡度的风机中，输出峰值电压UPK将会非常小。比如它可能小于供点电压VCC与参考电压Uref之差的15％。输出峰值电压UPK具有一个内部固定的、且已调节好的最小值，该值比参考电压Uref至少要高出一个以参考电压Uref为基准而位于输出电压Udiff上的正的干扰电平。
上行/下行计数器AAZ这时进行加1计数，也即，计数器从计数输出Q0切换到计数输出Q1。开关S1导通。从而由电阻R1和R3形成分压器。还有一部分输出电压Udiff被接通到电阻R2上。这提高了在运算放大器OP周围起微分器作用的电路部分的总增益。由运算放大器OP输入端的电阻R2和R3(并联)以及R1形成的分压比ratio得出下面的输入陡度的增益：
Udiff=(-R2*Cd*dU输入/dt*1/ratio)。
在此，增益的提高应选择为小于上行/下行比较器ABK、AUFK的开关阈值比。这防止了开关的连续来回切换。
在实施例中，可以选择因子为4。与此同时，峰值检波器SG的输出峰值电压UPK也增加相同的因子，以便马上重新保持一种稳定状态。
如果增益还不够，那么在预定的过渡时间后，下一开关S2导通，并且另一个开关S3还可能最后随之导通。同时，输出峰值电压UPK再次与新的增益比相匹配。此时，用作微分器的电路部分在最优运行范围内运行。
如果比如由于风机L的工作电压增高而导致电流陡度增大，并且输出峰值电压UPK变得很高，比如高于供电电压VCC与参考电压Uref之差的85％，那么下行比较器ABK导通。上行/下行计数器AAZ进行减1计数，比如从计数输出Q3切换到计数输出Q2。因此，总增益减小，并且输出电压Udiff再次处于最优运行范围。同时，输出峰值电压UPK再次与新的增益比相匹配。输出电压Udiff可以全部再次由比较器K正确地获得。
增益因子都是相互均匀地进行分级的。在实施例中，如果计数输出Q3被激活，那么上行/下行计数器AAZ会在上行计数中最终停下来。如果计数输出Q0被激活，则它会在下行计数中停止下来。
二极管D把正的电流陡度的增益调节得很小。
脉冲发生器IF比如在风机L的换向脉冲不纯的情况下对双脉冲进行抑制。
如果峰值检波器SG把它的输出峰值电压UPK以计数器读数的形式进行数字式存储，并且调节因子为2的正次幂或负次幂，比如4或1/4，那么输出峰值电压UPK的放大或缩小就特别简单。在这种情况下，必须向右或向左移动计数器读数仅一位或几位，以便与新的增益值相匹配。
对于与电子换向风机的电机电流特性相似的电机，所述的转速测量方法也同样适用。

Claims (8)

1．用于电子换向风机(L)转速测量的方法，其中风机转速通过一个每时间单位具有相应时钟脉冲数的时钟信号来指示，其特征在于：对由风机(L)在其供电线路上引起并且与转速有关的电流波动的最大电流陡度进行测量；根据测量结果，对增益范围和比较器(K)的开关阈值实行自动匹配，所述比较器被用作产生时钟信号脉冲的脉冲发生器(IF)的前置级。
2．根据权利要求1的方法，其特征在于：在对由风机(L)在其供电线路上引起的电流波动的电流陡度进行测量时，对负的电流陡度进行测量。
3．根据权利要求1或2的方法，其特征在于：总是根据对增益范围及比较器(K)开关阈值的匹配，来分别对由风机(L)在其供电线路上引起的电流波动的被测最大电流陡度进行相应地匹配。
4．根据前述权利要求的方法，其特征在于：至少对增益范围及比较器(K)的开关阈值实施非连续步骤的自动匹配。
5．用于电子换向风机(L)转速测量的电路装置，它带有产生时钟信号的装置，根据风机(L)的转速，该时钟信号每时间单位具有相应数量的时钟脉冲，其特征在于：设有用于对由风机(L)在其供电线路上引起的电流波动的最大电流陡度进行测量的装置；并且设有用于对增益范围和比较器(K)的开关阈值进行自动匹配的装置，所述比较器被用作产生时钟信号脉冲的脉冲发生器的前置级。
6．根据权利要求5的方法，其特征在于：设计测量电流陡度的装置，以便仅对负的电流陡度进行测量。
7．根据权利要求5或6的电路装置，其特征在于：根据对增益范围和比较器(K)开关阈值的匹配，设有用于对所测的最大电流陡度进行匹配的装置。
8．根据权利要求5至7之一的电路装置，其特征在于：用于对增益范围和比较器(K)的开关阈值进行匹配以及对所测的最大电流陡度进行相应匹配的装置按如下方法设计，即总是至少以一个非连续的步骤来进行各自的匹配。
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