CN203948326U - 一种随机可变风风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种随机可变风风扇，由高频振荡电路、风速数据产生电路、变速脉冲产生电路、D/A转换电路、变速速度控制电路、随机风速上限调节电路、随机风速下限调节电路、功率放大电路及直流电源电路、磁饱和可控电抗器、单相异步电机组成；利用低频变速脉冲对高速周期性变化风速数据信号进行随机采样锁存，经D/A转换、功率放大后控制风扇速度；调节D/A转换电路的参考输入电压大小来改变随机可变风速最大值；调节高速周期性变化风速数据信号的最小值来改变随机可变风速的相对波动范围。整个控制电路不含程序控制器件，抗干扰能力强；风扇容易操作，还可以实现无级调速功能。

Description

一种随机可变风风扇

技术领域

本实用新型涉及一种风扇，尤其是一种随机可变风风扇。

背景技术

目前在室内环境中所使用的普通风扇只有简单的分档调速功能，方式单调，与自然环境差异较大，吹风感受差，长时间容易产生吹风不适的感觉；具有自动调整与控制功能的风扇或者只按内置的曲线变化，或者只根据温度的变化而进行控制，不能满足多方面的需求。

申请号91211765.6的专利《电子定时模拟自然风电扇控制装置》、申请号90209401.7的专利《模拟自然风控制器》、申请号91214603.6的专利《电扇模拟自然风控制器》，采用简单的电子电路控制风速大小与时间，用可控硅调压调速方式来控制马达转速改变，只是实现了自然风的初级模拟，与真实的自然风有很大差别；可控硅调压方式调速，会使电网正弦波波形畸变，同时带来较大的电磁干扰。

申请号201220070500.9的专利《电风扇模拟自然风控制器》用电子电路控制风扇的时转时停，只能形成阵风，与真实的自然风有差距。

申请号200920050741.5的专利《一种应用于电风扇上的节能控制电路装置》，其自然风功能用程序方式实现，只有9档固定的选择。

申请号201020668439.9的专利《一种紊乱自然风电扇》和申请号97116771. 0的专利《形成自然风的方法及自然风电风扇》，通过结构实现一种紊乱自然风，使用方式受到限制。

申请号201210086869.3的专利《一种风扇舒适风的控制方法》，用档位方式设定运行模式和风速大小，操作方式复杂；风扇速度改变的速率设定为匀速上升或者匀速下降，与实际自然风的随机多变不符合；采用直流无刷电机成本高，维护困难，需要用变频器配合调速。

申请号200510086921.5的专利《一种个体化空调系统的末端动态送风装置》通过把自然风、正弦风、脉冲风、随机风气流的动态风样本风速信号存储在存储器中，单片机读取样本风速信号，经过电压放大电路或变频电路控制直流无刷电机转速，产生的自然风仅与所存储在存储器中的样本风速信号相关，由于样本数量有限，自然风的效果必然是周期性的重复，使用者无法根据自身需要改变风速大小及波动范围。

申请号200810185769.X的专利《一种模拟自然风的装置和方法》，用存储器存储多种自然风风速样本信号，用随机方式选择一个样本信号进行控制，由于样本数量有限，自然风的效果同样难以避免周期性的重复；采用闭环控制可以提高调速的精度，但自动控制系统的加入也使装置工作的稳定性下降，故障概率提高；采用直流无刷电机成本高，维护困难，需要用变频器配合调速；同时，使用者也无法根据自身需要改变风速大小及波动范围。

申请号201010276923.1的专利《一种基于混沌理论模拟自然风的装置》，基于真正的混沌理论实现自然风，自然风效果好，但整个系统复杂，成本高，不适合在常规风扇上应用。

申请号201310191716.X的专利《模拟自然风的风扇和方法》，采用单片机程序实现自然风的模拟，自然风的模拟方法灵活，但单片机容易受到干扰，造成风扇运转的死机、失控。

发明内容

本实用新型的目的是为风扇提供一种产生随机可变风的解决方案，提高吹风者的舒适感觉。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种随机可变风风扇，由高频振荡电路、风速数据产生电路、变速脉冲产生电路、D/A转换电路、变速速度控制电路、随机风速上限调节电路、随机风速下限调节电路、功率放大电路及直流电源电路、磁饱和可控电抗器、单相异步电机组成。

所述单相异步电机与磁饱和可控电抗器的工作绕组串联后连接至交流电源。

所述磁饱和可控电抗器的控制绕组连接至功率放大电路的电压输出端。

所述风速数据产生电路为自动预置初值计数器。

所述自动预置初值计数器的计数脉冲输入端连接至高频振荡电路输出的高频振荡脉冲，预置端连接至随机风速下限调节电路输出的风速数据下限信号。

所述D/A转换电路由第一D/A转换器组成，第一D/A转换器的输出电压连接至功率放大电路的输入端，数据输入端依次连接至自动预置初值计数器的计数输出端，参考电压输入端连接至随机风速上限调节电路输出的最大风速控制信号，数据锁存控制端连接至变速脉冲产生电路输出的低频变速脉冲。

 所述变速脉冲产生电路为压控振荡器。

所述压控振荡器的电压控制信号连接至变速速度控制电路输出的变速速度控制电压。

所述直流电源包括第一直流电源和第二直流电源；所述第一直流电源和第二直流电源都由变压器降压、整流桥整流和电容滤波电路组成。

所述功率放大电路采用可控脉宽调制电路，由电压控制型脉宽调制器、第一电阻、第二电阻、三极管、二极管组成；第一电阻两端分别连接至电压控制型脉宽调制器的振荡频率设置端和公共地；电压控制型脉宽调制器的分频控制端连接至公共地；第二电阻两端分别连接至电压控制型脉宽调制器的PWM脉冲输出端和三极管的基极；三极管的发射极连接至公共地；二极管的阴极连接至第二直流电源、阳极连接至三极管的集电极；磁饱和可控电抗器的控制绕组并联在二极管两端；电压控制型脉宽调制器的脉宽调制控制端为所述功率放大电路的输入端。所述电压控制型脉宽调制器选择硅振荡器LTC6692-4。

所述高频振荡电路由振荡器、第三电阻组成；第三电阻两端分别连接至振荡器的振荡频率设置端和公共地；振荡器的分频控制端连接至公共地；高频振荡脉冲从振荡器的脉冲输出端输出；振荡器选择硅振荡器LTC6690。

所述自动预置初值计数器由第一计数器、第二计数器、第一反相器组成；第一计数器与第二计数器402都选择可预置同步计数器74HC161；第一计数器与第二计数器采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第一计数器为低4位；第一反相器的输入端连接至第二计数器的进位输出端，输出端连接至第一计数器和第二计数器的同步预置端。

所述压控振荡器由第一555时基器件、第四电阻、第五电阻、第一电容组成。

所述随机风速上限调节电路由第一运放、第六电阻、第七电阻、第八电阻、稳压管、第一电位器组成；第六电阻、稳压管组成稳压电路，第七电阻、第一电位器、第八电阻组成分压器；分压器通过第一运放组成的跟随器输出最大风速控制信号。

所述随机风速下限调节电路由A/D转换器、第二电位器、第九电阻组成；第二电位器、第九电阻组成的分压器的输出电压连接至A/D转换器的模拟电压输入端；A/D转换器的启动转换输入端连接至低频变速脉冲，输出控制端连接至公共地，数据输出端输出风速数据下限信号。所述A/D转换器的型号是ADC0841。

所述变速速度控制电路由第三计数器、第四计数器、第二反相器、第二555时基器件、第十电阻、第十一电阻、第二电容、第二D/A转换器、第二运放组成；第三计数器、第四计数器选择可预置同步计数器74HC161；第三计数器与第四计数器采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第三计数器为低4位；第二反相器的输入端连接至第四计数器的进位输出端，输出端连接至第三计数器和第四计数器的同步预置端；第三计数器、第四计数器的计数脉冲连接至高频振荡脉冲，计数输出端输出的8位信号依次连接至第二D/A转换器的数据输入端；第二555时基器件、第十电阻、第十一电阻、第二电容组成低频振荡器，低频振荡脉冲从第二555时基器件的输出端输出，连接至第二D/A转换器的数据锁存控制端；第二D/A转换器的转换电压输出端连接至第二运放组成的跟随器输入端；变速速度控制电压从第二运放的输出端输出。

所述第一D/A转换器和第二D/A转换器的型号是8位并联输入型AD53308。

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：使用普通单相异步电机调速，只需将普通风扇的调速电感换成磁饱和可控电抗器；整个电路不含程序控制器件，抗干扰能力强；随机可变风的最大风速和风速相对波动范围可以调节设定，设定方式简单，容易操作；风扇可以实现无级调速功能。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的功率放大电路实施例。

图3为本实用新型的D/A转换电路实施例。

图4为本实用新型的高频振荡电路实施例。

图5为本实用新型的风速数据产生电路实施例。

图6为本实用新型的变速脉冲产生电路实施例。

图7为本实用新型的随机风速上限调节电路实施例。

图8为本实用新型的随机风速下限调节电路实施例。

图9为本实用新型的变速速度控制电路实施例。

图10为本实用新型的直流电源电路实施例。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，一种随机可变风风扇，由高频振荡电路、风速数据产生电路、变速脉冲产生电路、D/A转换电路、变速速度控制电路、随机风速上限调节电路、随机风速下限调节电路、功率放大电路及直流电源电路、磁饱和可控电抗器、单相异步电机组成。对于图1中的随机可变风，通过安装在单相异步电机转轴上的风扇扇页送出。

磁饱和可控电抗器的控制绕组连接至功率放大电路的电压输出端。功率放大电路的实施例采用可控脉宽调制电路，如图2所示，由电压控制型脉宽调制器101、第一电阻102、第二电阻103、三极管104、二极管105组成，电压控制型脉宽调制器101选择硅振荡器LTC6692-4。第一电阻102两端分别连接至电压控制型脉宽调制器101的振荡频率设置端SET和公共地；电压控制型脉宽调制器101的分频控制端DIV连接至公共地，第一电阻102的阻值选择最大值800kΩ时，电压控制型脉宽调制器101输出的脉冲频率为62.5kHz；第二电阻103两端分别连接至电压控制型脉宽调制器101的PWM脉冲输出端OUT和三极管104的基极；第二直流电源+VCC2和三极管104的集电极之间为功率放大电路的电压输出端，二极管105的阴极连接至第二直流电源+VCC2、阳极连接至三极管104的集电极；磁饱和可控电抗器106的控制绕组并联在二极管105两端；三极管104的发射极连接至公共地。电压控制型脉宽调制器101的脉宽调制控制端MOD为所述功率放大电路的输入端，风速控制电压UK从该端输入，UK从0～1V变化时，电压控制型脉宽调制器101的PWM脉冲宽度从5%～100%变化，控制加在磁饱和可控电抗器控制绕组上的直流电压从5%～100%变化。电压控制型脉宽调制器101也可以选择其他电路或器件，例如，选择LTC6692-1时，PWM脉冲宽度的调节范围是0%～100% 。

单相异步电机107与磁饱和可控电抗器106的工作绕组串联后接至AC 220V交流电源，改变磁饱和可控电抗器106控制绕组上的直流电压，即可改变其工作绕组的电感量，进而改变加在单相异步电机上的单相交流电压大小，达到调速的目的。

D/A转换电路如图3所示，由第一D/A转换器201组成，第一D/A转换器201的型号是8位并联输入型AD5330，其8位数据输入端DB0～DB7依次连接至风速数据信号y7～y0，数据锁存控制端WR连接至低频变速脉冲CP2，参考电压输入端VREF连接至最大风速控制信号Umax；风速控制电压UK从第一D/A转换器201的转换电压输出端VOUT输出。

高频振荡电路如图4所示，由振荡器301、第三电阻302组成，振荡器301选择硅振荡器LTC6690。第三电阻302两端分别连接至振荡器301的振荡频率设置端SET和公共地；振荡器301的分频控制端DIV连接至公共地；高频振荡脉冲CP1从振荡器301的脉冲输出端OUT输出。第三电阻302的阻值选择为500kΩ时，振荡器301输出的高频振荡脉冲CP1频率为100kHz。

风速数据产生电路如图5所示，由第一计数器401、第二计数器402、第一反相器403组成，第一计数器401与第二计数器402都选择可预置同步计数器74HC161。第一计数器401与第二计数器402采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第一计数器401为低4位；第一反相器403的输入端连接至第二计数器402的进位输出端CO，输出端连接至第一计数器401和第二计数器402的同步预置端LD；第一计数器401和第二计数器402的计数脉冲输入端CP连接至高频振荡脉冲CP1；第一计数器401的预置输入端D3～D0依次连接至风速数据下限信号x3～x0，计数输出端Q3～Q0依次输出风速数据信号y3～y0；第二计数器402的预置输入端D3～D0依次连接至风速数据下限信号x7～x4，计数输出端Q3～Q0依次输出风速数据信号y7～y4。

变速脉冲产生电路为压控振荡器，实施例如图6所示，由第一555时基器件501、第四电阻502、第五电阻503、第一电容504组成压控振荡器，低频变速脉冲CP2从第一555时基器件501的输出端3输出，连接至第一D/A转换器的数据锁存控制端WR；变速速度控制电压UF从第一555时基器件501的输入端5输入；第一555时基器件501的输入端5为压控振荡器的控制电压输入端。

随机风速上限调节电路输出最大风速控制信号，实施例如图7所示，由第一运放601、第六电阻602、第七电阻604、第八电阻606、稳压管603、第一电位器605组成。第六电阻602、稳压管603组成稳压电路，第七电阻604、第一电位器605、第八电阻606组成分压器，分压器通过第一运放601组成的跟随器输出最大风速控制信号Umax 。

随机风速下限调节电路输出风速数据下限信号，实施例如图8所示，由A/D转换器701、第二电位器702、第九电阻703组成。A/D转换器701的型号是ADC0841。A/D转换器701设置成流水线工作状态，其启动转换输入端WR连接至低频变速脉冲CP2，每来一个脉冲则启动转换一次；其输出控制端RD连接至公共地，数据输出端DB0～DB7直接输出每次的转换结果。第二电位器702、第九电阻703组成的分压器的输出电压连接至A/D转换器701的模拟电压输入端VIN+，A/D转换器701的数据输出端DB7～DB0输出风速数据下限信号x7～x0。风速数据下限信号x7～x0也可以由拨码开关，或者是旋转编码开关设定。

变速速度控制电路产生一个随机变化的变速速度控制电压UF输出，实施例电路如图9所示，由第三计数器801、第四计数器802、第二反相器803、第二555时基器件804、第十电阻805、第十一电阻806、第二电容807、第二D/A转换器808、第二运放809组成。第三计数器801、第四计数器802选择可预置同步计数器74HC161，第三计数器801与第四计数器802采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第三计数器801为低4位；第二反相器803的输入端连接至第四计数器802的进位输出端CO，输出端连接至第三计数器801和第四计数器802的同步预置端LD；第三计数器801、第四计数器802的计数脉冲CP连接至高频振荡脉冲CP1，计数输出端输出的8位信号z7～z0依次连接至第二D/A转换器808的数据输入端DB0～DB7。第二555时基器件804、第十电阻805、第十一电阻806、第二电容807组成低频振荡器，低频振荡脉冲从第二555时基器件804的输出端3输出，连接至第二D/A转换器808的数据锁存控制端WR。第二D/A转换器808的转换电压输出端VOUT连接至第二运放809组成的跟随器输入端；变速速度控制电压UF从第二运放809的输出端输出。第二D/A转换器808的型号是8位并联输入型AD5330 。

直流电源电路输出两路直流电源，由变压器降压、整流桥整流和电容滤波电路组成，如图10所示。第一直流电源+VCC1电压是+5V，由第一整流桥902整流、第三电容903滤波产生；第二直流电源+VCC2电压是+24V，由第二整流桥904整流、第四电容905滤波产生；第一整流桥902、第二整流桥904的交流输入电压由变压器901的不同次级绕组输出。

所述随机可变风风扇工作原理是：

1、功率放大电路的输出为磁饱和可控电抗器的控制绕组直流电压，风扇速度由施加在功率放大电路输入端的风速控制电压UK控制。

2、风速控制电压UK从D/A转换电路输出。

3、调节D/A转换电路的参考输入电压VREF大小，可以调节随机可变风的风速最大值；本实施例中，D/A转换电路的参考输入电压VREF为随机风速上限调节电路输出的最大风速控制信号Umax，通过调节第一电位器605改变随机可变风风速的最大值。

4、D/A转换电路的数据输入端DB7～DB0输入最小值可设定的高速周期性变化的风速数据信号y7～y0；风速数据信号y7～y0由自动预置初值计数器对高频振荡脉冲CP1进行计数产生；改变自动预置初值计数器的预置初值，可以调节随机可变风的风速最小值；本实施例中，计数器为两片74HC161组成的8位二进制加法计数器；自动预置初值计数器的预置初值为风速数据下限信号x7～x0；风速数据下限信号x7～x0由随机风速下限调节电路输出；风速数据信号y7～y0的最小值设定为风速数据下限信号x7～x0，最大值为二进制11111111B；风速数据信号y7～y0周期性地从x7～x0变化到11111111B，周而复始；由于风速数据11111111B对应的风速由最大风速控制信号Umax控制，因此，风速数据下限信号x7～x0设定的风速最小值实际上是11111111B对应的最大风速的相对最小值，风速数据下限信号x7～x0设定的是一个风速相对波动范围；风速数据下限信号x7～x0大，则风速相对波动范围小；风速数据下限信号x7～x0小，则风速相对波动范围大；风速数据下限信号x7～x0设置为最大值11111111B时，风速不会产生波动，此时通过调节第一电位器605改变最大风速控制信号Umax来实现风扇的无级调速。

5、D/A转换电路的数据锁存控制端WR接入低频变速脉冲CP2；低频变速脉冲CP2由压控振荡器产生；在D/A转换电路数据锁存控制端WR每一个低频变速脉冲CP2的有效边沿，都锁存周期性变化的风速数据信号y7～y0中的一个值进行D/A转换，由于电源电压波动、电路参数变化等随机因素的影响，低频变速脉冲CP2对高速周期性变化的风速数据信号y7～y0进行锁存的每一个数据都具有随机性。

6、压控振荡器的电压控制信号为随机变化的变速速度控制电压UF；本实施例中，变速速度控制电压UF由变速速度控制电路产生，变速速度控制电压UF的最小值由变速速度控制电路中可预置计数器的预置初值设定，具体为二进制数10000010B；计数器的计数变化范围是10000010B～11111111B；增大预置初值，变速速度控制电压UF的变化范围减小；减小预置初值，变速速度控制电压UF的变化范围增大。

7、低频变速脉冲CP2由控制电压是随机信号的压控振荡器产生，一方面使随机可变风风速改变的快慢能够随机改变，另一方面增加了低频变速脉冲CP2与高速周期性变化的风速数据信号y7～y0之间的随机性。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (9)

1.一种随机可变风风扇，其特征在于：

由高频振荡电路、风速数据产生电路、变速脉冲产生电路、D/A转换电路、变速速度控制电路、随机风速上限调节电路、随机风速下限调节电路、功率放大电路及直流电源电路、磁饱和可控电抗器、单相异步电机组成；

所述单相异步电机与磁饱和可控电抗器的工作绕组串联后连接至交流电源；

所述磁饱和可控电抗器的控制绕组连接至功率放大电路的电压输出端；

所述风速数据产生电路为自动预置初值计数器；

所述自动预置初值计数器的计数脉冲输入端连接至高频振荡电路输出的高频振荡脉冲，预置端连接至随机风速下限调节电路输出的风速数据下限信号；

所述D/A转换电路由第一D/A转换器组成，第一D/A转换器的输出电压连接至功率放大电路的输入端，数据输入端依次连接至自动预置初值计数器的计数输出端，参考电压输入端连接至随机风速上限调节电路输出的最大风速控制信号，数据锁存控制端连接至变速脉冲产生电路输出的低频变速脉冲；

 所述变速脉冲产生电路为压控振荡器；

所述压控振荡器的电压控制信号连接至变速速度控制电路输出的变速速度控制电压；

所述直流电源包括第一直流电源和第二直流电源；所述第一直流电源和第二直流电源都由变压器降压、整流桥整流和电容滤波电路组成。

2.如权利要求1所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述第一D/A转换器为8位并联输入型AD5330。

3.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述功率放大电路采用可控脉宽调制电路，由电压控制型脉宽调制器、第一电阻、第二电阻、三极管、二极管组成；第一电阻两端分别连接至电压控制型脉宽调制器的振荡频率设置端和公共地；电压控制型脉宽调制器的分频控制端连接至公共地；第二电阻两端分别连接至电压控制型脉宽调制器的PWM脉冲输出端和三极管的基极；三极管的发射极连接至公共地；二极管的阴极连接至第二直流电源、阳极连接至三极管的集电极；磁饱和可控电抗器的控制绕组并联在二极管两端；电压控制型脉宽调制器的脉宽调制控制端为所述功率放大电路的输入端；电压控制型脉宽调制器选择硅振荡器LTC6692-4。

4.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述高频振荡电路由振荡器、第三电阻组成；第三电阻两端分别连接至振荡器的振荡频率设置端和公共地；振荡器的分频控制端连接至公共地；高频振荡脉冲从振荡器的脉冲输出端输出；振荡器选择硅振荡器LTC6690。

5.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述自动预置初值计数器由第一计数器、第二计数器、第一反相器组成；第一计数器与第二计数器402都选择可预置同步计数器74HC161；第一计数器与第二计数器采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第一计数器为低4位；第一反相器的输入端连接至第二计数器的进位输出端，输出端连接至第一计数器和第二计数器的同步预置端。

6.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述压控振荡器由第一555时基器件、第四电阻、第五电阻、第一电容组成。

7.根据权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述随机风速上限调节电路由第一运放、第六电阻、第七电阻、第八电阻、稳压管、第一电位器组成；第六电阻、稳压管组成稳压电路，第七电阻、第一电位器、第八电阻组成分压器；分压器通过第一运放组成的跟随器输出最大风速控制信号。

8.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述随机风速下限调节电路由A/D转换器、第二电位器、第九电阻组成；第二电位器、第九电阻组成的分压器的输出电压连接至A/D转换器的模拟电压输入端；A/D转换器的启动转换输入端连接至低频变速脉冲，输出控制端连接至公共地，数据输出端输出风速数据下限信号；A/D转换器的型号是ADC0841。

9.如权利要求2所述的随机可变风风扇，其特征在于，所述变速速度控制电路由第三计数器、第四计数器、第二反相器、第二555时基器件、第十电阻、第十一电阻、第二电容、第二D/A转换器、第二运放组成；第三计数器、第四计数器选择可预置同步计数器74HC161；第三计数器与第四计数器采用标准方式级联组成8位二进制加法计数器，第三计数器为低4位；第二反相器的输入端连接至第四计数器的进位输出端，输出端连接至第三计数器和第四计数器的同步预置端；第三计数器、第四计数器的计数脉冲连接至高频振荡脉冲，计数输出端输出的8位信号依次连接至第二D/A转换器的数据输入端；第二555时基器件、第十电阻、第十一电阻、第二电容组成低频振荡器，低频振荡脉冲从第二555时基器件的输出端输出，连接至第二D/A转换器的数据锁存控制端；第二D/A转换器的转换电压输出端连接至第二运放组成的跟随器输入端；变速速度控制电压从第二运放的输出端输出；第二D/A转换器的型号是8位并联输入型AD5330。