CN203368384U - 无刷风扇控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无刷风扇控制电路，与风扇中的无刷电机连接，其特征在于，所述无刷风扇控制电路至少包括：与无刷电机连接，用于驱动无刷电机的电机驱动单元；与无刷电机连接，用于采集无刷电机换向信号的霍尔信号采集单元；与电机驱动单元、霍尔信号采集单元连接，用于获取换向信号、利用换向信号得到无刷电机下一通电相序、向电机驱动单元发送控制信号、诊断无刷电机速率的核心控制单元；控制信号包含下一通电相序；与核心控制单元连接，用于在核心控制单元控制下输出诊断结果信号的诊断结果输出单元；与核心控制单元连接，用于将电源电压转换为稳定工作电压的电源转换单元。本实用新型具有功耗低、安全性高、诊断速率、堵转自启动的优点。

Description

无刷风扇控制电路

技术领域

本实用新型涉及无刷电机技术领域，特别是涉及一种无刷风扇控制电路。

背景技术

风扇的主要部件是电机，其工作原理是由电产生磁，通电线圈在磁场中受力而转动，从而带动机械部分扇叶的转动。由于传统的交流电机使用可靠，没有无线电干扰，运行寿命长，但是机械特性较差，不便于调速。而直流电机则有机械特性呈线性，易于调速和启动特性好等特点;但传统的直流电机均是采用电刷以机械方法进行换向，因而存在相对的机械摩擦，由此带来了噪声、火化、无线电干扰以及寿命短等弱点，再加上制造成本高及维修困难等缺点，从而大大限制了它的应用范围。

针对上述传统电机的弊病，新一代以电子换向代替电刷机械换向的直流无刷电机诞生了。无刷电机兼有上述两类电机的优点，无刷直流电机简言之就是一个带有电子换向器的交流电机。而随着电力电子工业的飞速发展，许多高性能半导体功率器件，如GTR、MOSFET、IGBT、IPM等相继出现，以及高性能永磁材料的问世，均为直流无刷电机的广泛应用奠定了坚实的基础。

由于直流无刷电机既具有交流电机的结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机的运行效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，故在当今国民经济各领域应用日益普及。

现阶段普通风扇控制电路通常不带有风扇速率故障诊断及堵转自启动的功能，当风扇发生堵转时往往需要进行繁琐的问题排查。

实用新型内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种无刷风扇控制电路，用于解决现有技术中普通风扇控制电路没有风扇速率故障诊断及堵转自启动功能的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种无刷风扇控制电路，所述无刷风扇控制电路与无刷风扇中的无刷电机连接，其特征在于，所述无刷风扇控制电路至少包括：与所述无刷电机连接，用于驱动所述无刷电机的电机驱动单元；与所述无刷电机连接，用于采集所述无刷电机的换向信号的霍尔信号采集单元；与所述电机驱动单元、所述霍尔信号采集单元连接，用于获取所述霍尔信号采集单元采集的换向信号、利用所述换向信号得到所述无刷电机的下一通电相序、向所述电机驱动单元发送控制信号、诊断所述无刷电机的电机速率正常与否的核心控制单元；所述控制信号包含所述下一通电相序；与所述核心控制单元连接，用于在所述核心控制单元控制下输出诊断结果信号的诊断结果输出单元；与所述核心控制单元连接，用于将电源电压转换为稳定工作电压的电源转换单元。

优选地，所述核心控制单元包括MCU芯片。

优选地，所述电机驱动单元包括半桥驱动电路和三相全桥驱动电路。所述半桥驱动电路与所述MCU芯片、所述三相全桥驱动电路连接，用于在所述MCU芯片控制下驱动所述三相全桥驱动电路的上半桥电路。所述三相全桥驱动电路与所述MCU芯片、所述无刷电机连接；所述三相全桥驱动电路的下半桥电路受所述MCU芯片控制驱动，所述三相全桥驱动电路用于驱动所述无刷电机。

优选地，所述诊断结果输出单元包括三极管开关电路，所述三极管开关电路与所述MCU芯片连接。

优选地，所述电源转换单元包括电源IC芯片，所述电源IC芯片与所述MCU芯片连接。

优选地，所述霍尔信号采集单元包括霍尔芯片，所述霍尔芯片与所述MCU芯片、所述电压IC芯片以及所述无刷电机连接。

当所述无刷电机发生堵转时，所述MCU芯片重新获取所述霍尔芯片的霍尔信号电平值，并查询所述霍尔芯片的相序表，从而得到所述无刷电机的下一通电相序，然后使所述电机驱动单元按照所述下一通电相序通电，从而驱动所述无刷电机，实现堵转自启动。

所述MCU芯片利用PWM技术控制驱动所述三相全桥驱动电路的下半桥，从而使所述无刷电机在启动的时候的启动电流较小，启动时的加速度较小，更好的保护电子元器件和风扇。

所述三相全桥驱动电路采用三相全桥星形联结的方式，能够使磁力的合成转矩增加，输出转矩的波动减小。

如上所述，本实用新型无刷风扇控制电路，具有以下有益效果：本实用新型无刷风扇控制电路的核心控制单元判断无刷电机的转动速率是否正常，并控制诊断结果输出单元输出诊断结果信号，当无刷电机发生堵转时利用霍尔信号采集单元获取无刷电机的下一通电相序，实现堵转自启动。本实用新型无刷风扇控制电路还具有功耗低、安全性高的优点。

附图说明

图1显示为本实用新型无刷风扇控制电路的结构示意图。

图2显示为本实用新型无刷风扇控制电路实施例的结构示意图。

元件标号说明

1   无刷风扇控制电路

11  电源转换单元

111 电源IC芯片

12  霍尔信号采集单元

121 霍尔芯片

13  核心控制单元

131 MCU芯片

14  电机驱动单元

141 半桥驱动电路

142 三相全桥驱动电路

15  诊断结果输出单元

151 三极管开关电路

2    无刷电机

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。

至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。

请参阅图1至图2，图1显示为本实用新型无刷风扇控制电路的结构示意图，图2显示为本实用新型无刷风扇控制电路实施例的结构示意图。

如图1所示，本实用新型提供一种无刷风扇控制电路1，与无刷电机2连接，所述无刷风扇控制电路1包括：电源转换单元11、霍尔信号采集单元12、核心控制单元13、电机驱动单元14、诊断结果输出单元15。在本实施例中，无刷电机2为直流无刷电机。

以下对上述各个单元进行详细说明。

电源转换单元11，与核心控制单元13连接，用于将电源电压转换为稳定工作电压。具体地，电源转换单元11包括电源IC芯片111。电源转换单元11还包括瞬态电压抑制器、二极管等用于保护电路的元器件，所述保护电路的元器件未在图上标识。

霍尔信号采集单元12，与核心控制单元13、无刷电机2连接，用于采集无刷电机2的换向信号。具体地，霍尔信号采集单元12包括霍尔芯片121，霍尔芯片121与电源IC芯片111和无刷电机2连接。电源IC芯片111为霍尔芯片121提供稳定的工作电压，霍尔芯片121用于采集无刷电机2的换向信号。在本实施例中，霍尔信号采集单元12包括3个霍尔芯片。

核心控制单元13，与电机驱动单元14、诊断结果输出单元15连接，用于获取霍尔信号采集单元12采集的换向信号、利用所述换向信号得到无刷电机2的下一通电相序、向电机驱动单元14发送控制信号、诊断无刷电机2的电机速率正常与否。具体地，核心控制单元13包括MCU芯片131，MCU芯片131与电压IC芯片111、霍尔芯片121、电机驱动单元14、诊断结果输出单元15连接。电源IC芯片111为MCU芯片131提供稳定的工作电压，MCU芯片131获取霍尔芯片121采集的换向信号。在本实施例中，所述换向信号为所述3个霍尔芯片的霍尔信号电平值。MCU芯片131获取所述霍尔信号电平值并查询所述3个霍尔芯片的相序表，从而得到无刷电机2的下一通电相序。MCU芯片131向电机驱动单元14发送包含所述下一通电相序的控制信号。

无刷电机2的转动速率N的计算方法为N=60/QT，其中Q为无刷电机2旋转一圈的换向数，T为MCU芯片131读取霍尔芯片121的霍尔信号电平值到下一次MCU芯片131读取霍尔芯片121的霍尔信号电平值之间的间隔时间。在本实施例中，三相全桥驱动电路142采用的是三相全桥二二导通方式，当电源IC芯片111输出的电压为固定值时，无刷电机2的相数、槽数、极对数均为固定值，从而可计算出所述换向数Q。所述间隔时间T为固定值，从而可计算得到无刷电机2的转动速率N。MCU芯片131将计算得到的转动速率N与无刷电机2的实际转动速率M进行对比，判断无刷电机2转动速率是否正常。

所述转动速率N为计算得到的理论值，在本实施例中，MCU芯片131预设误差范围为正负10%，当0.9N<M<1.1N时，MCU芯片131判断无刷电机2的转动速率正常；当M<0.9N或M>1.1N时，MCU芯片131判断无刷电机2的转动速率不正常。需要说明的是，在本实施例中，MCU芯片131预设误差范围为正负10%，但并不以此为限，只要误差范围适当地涵盖了正常的电机实际转动速率，所述预设误差范围可有其它变化，仍应具备相同的功效。

电机驱动单元14，与所述无刷电机2连接，用于驱动所述无刷电机2。具体地，电机驱动单元14包括半桥驱动电路141和三相全桥驱动电路142。半桥驱动电路141与MCU芯片131、三相全桥驱动电路142连接，三相全桥驱动电路142与MCU芯片131、无刷电机2连接。所述包含无刷电机2下一通电相序的控制信号包括由MCU芯片131发送给半桥驱动电路141的第一控制信号和由MCU芯片131发送给三相全桥驱动电路142的下半桥电路的第二控制信号。半桥驱动电路141收到第一控制信号后根据第一控制信号驱动三相全桥驱动电路142的上半桥电路。MCU芯片131通过第二控制信号驱动三相全桥驱动电路142的下半桥电路。三相全桥驱动电路142驱动无刷电机2。

诊断结果输出单元15，用于在核心控制单元13控制下输出诊断结果信号。具体地，诊断结果输出单元15包括三极管开关电路151，所述三极管开关电路151与MCU芯片131连接。当MCU芯片131判断无刷电机2的转动速率正常时，MCU芯片131控制三极管开关电路151输出占空比为50%，频率为1HZ的波形；当MCU芯片131判断无刷电机2的转动速率低于正常速率时，MCU芯片131控制三极管开关电路151输出低电平。

当无刷电机2发生堵转时，MCU芯片131重新获取霍尔芯片的霍尔信号电平值，并查询霍尔芯片的相序表，从而得到无刷电机2的下一通电相序，然后使电机驱动单元14按照所述下一通电相序通电，从而驱动无刷电机2，实现堵转自启动。

MCU芯片131利用PWM技术控制驱动三相全桥驱动电路142的下半桥，从而使无刷电机2在启动的时候的启动电流较小，启动时的加速度较小，更好的保护电子元器件和风扇。

综上所述，本实用新型，。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种无刷风扇控制电路，与无刷风扇中的无刷电机连接，其特征在于，所述无刷风扇控制电路至少包括：

与所述无刷电机连接，用于驱动所述无刷电机的电机驱动单元；

与所述无刷电机连接，用于采集所述无刷电机的换向信号的霍尔信号采集单元；

与所述电机驱动单元、所述霍尔信号采集单元连接，用于获取所述霍尔信号采集单元采集的换向信号、利用所述换向信号得到所述无刷电机的下一通电相序、向所述电机驱动单元发送控制信号、诊断所述无刷电机的电机速率正常与否的核心控制单元；所述控制信号包含所述下一通电相序；

与所述核心控制单元连接，用于在所述核心控制单元控制下输出诊断结果信号的诊断结果输出单元；

与所述核心控制单元连接，用于将电源电压转换为稳定工作电压的电源转换单元。

2.根据权利要求1所述的无刷风扇控制电路，其特征在于：所述核心控制单元包括MCU芯片。

3.根据权利要求2所述的无刷风扇控制电路，其特征在于：

所述电机驱动单元包括半桥驱动电路和三相全桥驱动电路；

所述半桥驱动电路与所述MCU芯片、所述三相全桥驱动电路连接，用于在所述MCU芯片控制下驱动所述三相全桥驱动电路的上半桥电路；

所述三相全桥驱动电路与所述MCU芯片、所述无刷电机连接；所述三相全桥驱动电路的下半桥电路受所述MCU芯片控制驱动，所述三相全桥驱动电路用于驱动所述无刷电机。

4.根据权利要求2所述的无刷风扇控制电路，其特征在于：所述诊断结果输出单元包括三极管开关电路，所述三极管开关电路与所述MCU芯片连接。

5.根据权利要求2所述的无刷风扇控制电路，其特征在于：所述电源转换单元包括电源IC芯片，所述电源IC芯片与所述MCU芯片连接。

6.根据权利要求5所述的无刷风扇控制电路，其特征在于：所述霍尔信号采集单元包括霍尔芯片，所述霍尔芯片与所述MCU芯片、所述电压IC芯片以及所述无刷电机连接。

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