CN208040155U - 一种大功率开窗机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种大功率开窗机，包括开窗机主体和控制器，控制器连接开窗机主体的电机，所述控制器包括用于将220V交流电压转换为24V直流电压的开关电源电路和用于控制电机启停和正反转的控制电路，开关电源电路为控制电路和电机供电；所述开关电源电路包括交流电压输入端口、输入整流滤波电路、稳压控制电路、变压电路、输出整流滤波电路、电压反馈电路和直流电压输出端口。与现有开窗机相比，本实用新型提供的大功率开窗机，其开关电源电路输出24V直流电压为电机供电，输出电流为5V，功率可达到120W，从而增大开窗机的推力。

Description

一种大功率开窗机

技术领域

本实用新型涉及开窗机技术领域，具体涉及一种大功率开窗机。

背景技术

随着我国经济的飞速发展及综合国力的不断提高，人们的生活水平有了显著的提升，对生活质量的要求也越来越高。近几年来，建筑与幕墙设计师对幕墙外围护的绿色环保越来越重视，同时对建筑外围护幕墙开启窗实现电动开启的需求也越来越迫切。因此电动开窗机的应用越来越普遍，需求越来越大。

目前我国在建筑外围护幕墙中应用的电动开窗机，采用的电源输出功率较小，普遍为10-30W。随着建筑业发展，玻璃幕墙的面积和重量逐渐增大，对开窗机的推力要求也随之增高。目前市售的电动开窗机由于输出功率较小，只能满足单扇玻璃幕墙的开关要求，在商场、厂房等玻璃幕墙使用广泛的场合，就必须为每扇幕墙配备一个电动开窗机，大大提高了建筑成本，增加了后期维修成本和人工成本。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种大功率开窗机，推力大，一个开窗机可满足打开多扇玻璃幕墙的要求。

本实用新型的具体技术方案如下：一种大功率开窗机，包括开窗机主体和控制器，控制器连接开窗机主体的电机，所述控制器包括用于将220V交流电压转换为24V直流电压并输出120W功率的开关电源电路和用于控制电机启停和正反转的控制电路，开关电源电路为控制电路和电机供电；所述开关电源电路包括交流电压输入端口、输入整流滤波电路、稳压控制电路、变压电路、输出整流滤波电路、电压反馈电路和直流电压输出端口；

交流电压输入端口用于接入220V交流电压；

输入整流滤波电路用于将交流电压输入端口输入的交流电压整流为直流电压，包括第一电容、热敏电阻、保险丝、第一电解电容和整流桥，第一电容和第一电解电容并联后与整流桥的两个交流输入端连接，热敏电阻和保险丝串联连接在第一电容和第一电解电容之间；

稳压控制电路用于根据电压反馈电路的反馈信号输出不同的PWM信号，包括PWM控制芯片和芯片启动电路，芯片启动电路由第一电阻和第二电解电容串联组成，第一电阻连接上述整流桥的直流输出端，第二电解电容接地，第一电阻与第二电解电容连接的一端连接PWM控制芯片的电源引脚；

变压电路用于将输入整流滤波电路输出的直流电压转换成交流电压，包括变压器和场效应管，变压器包括主初级绕组和次级绕组，次级绕组与主初级绕组极性相反，次级绕组根据主初级绕组产生的电磁信号生成相应的输出交流电压；主初级绕组的一端连接所述整流桥的直流输出端，另一端经场效应管连接PWM控制芯片的输出引脚；

输出整流滤波电路用于将次级绕组输出的交流电压整流为直流电压并进行滤波，包括串联的一级整流滤波电路和二级滤波电路，一级整流滤波电路的输入端连接次级绕组，输出端连接二级滤波电路；

电压反馈电路用于生成反应输出直流电压大小的反馈信号，包括分压电路、可控精密稳压源、光电耦合器和补偿电路，分压电路包括依次串联的第十四电阻、第十三电阻和第十二电阻，第十四电阻连接直流电压输出端口，第十二电阻接地，第十三电阻与第十二电阻连接的一端连接可控精密稳压源的参考极，补偿电路包括串联的第十一电阻和第四电容，第十一电阻连接第十四电阻与第十三电阻连接的一端，第四电容连接可控精密稳压源的阴极，第四电容连接可控精密稳压源的阴极并连接光电耦合器的输入端，光电耦合器的输出端连接PWM控制芯片的环路补偿引脚；

直流电压输出端口用于与控制电路和开窗机本体的电机连接。

进一步，所述变压器使用EE40磁芯，主初级绕组的匝数为75，次级绕组的匝数为8，使得输出电压的误差低于1％。

进一步，所述分压电路的第十四电阻R14、第十三电阻R13和第十二电阻R12的取值需满足下式：

式中，V_REF为可控精密稳压的内部基准电压。可减小输出电压的误差，保证输出电压稳定在24V。

进一步，所述控制电路包括触摸操作板、CPU、电机驱动电路和用于接收遥控设备发送的控制信号的无线接收模块，触摸操作板、电机驱动电路和无线接收模块均与CPU连接。目前常规使用的开窗机采用机械式按键输入控制信号的方式，存在易磨损、易藏污垢、寿命短等问题。可使用触摸操作板输入控制信号，触摸操作板不易磨损，易清洁，寿命长，减少后期维护成本；也可使用遥控设备发送控制信号，可远距离操作，使用便捷。

进一步，所述控制电路还包括与CPU连接的多个拨码开关，拨码开关用于设置开窗机的识别号。一个遥控设备可控制多个开窗机工作，实现一对多的无线控制功能。

本实用新型的有益效果：与现有开窗机相比，本实用新型提供的大功率开窗机，其开关电源电路输出24V直流电压为电机供电，输出电流为5V，功率可达到120W，从而增大开窗机的推力。

附图说明

图1是本实用新型最优实施例的结构框图。

图2是图1中开关电源电路的具体电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步的解释说明。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种大功率开窗机，包括开窗机主体和控制器，控制器连接开窗机主体的电机，控制器包括用于将220V交流电压转换为24V直流电压并输出120W功率的开关电源电路和用于控制电机启停和正反转的控制电路，开关电源电路为控制电路和电机供电，其中开关电源电路与控制电路之间连接有降压电路，降压电路将24V电压转换成5V电压为控制电路供电；所述开关电源电路包括交流电压输入端口、输入整流滤波电路、稳压控制电路、变压电路、输出整流滤波电路、电压反馈电路和直流电压输出端口；交流电压输入端口用于接入220V交流电压，输入整流滤波电路用于将交流电压输入端口输入的交流电压整流为直流电压，稳压控制电路用于根据电压反馈电路的反馈信号输出不同的PWM信号，变压电路用于将输入整流滤波电路输出的直流电压转换成交流电压，输出整流滤波电路用于将次级绕组输出的交流电压整流为直流电压并进行滤波供直流电压输出端口输出，电压反馈电路用于生成反应输出直流电压大小的反馈信号，直流电压输出端口用于与控制电路和开窗机本体的电机连接。

如图2所示，其中，输入整流滤波电路包括第一电容C1、热敏电阻RT1、保险丝F1、第一电解电容CD1和整流桥，第一电容C1和第一电解电容CD1并联后与整流桥的两个交流输入端连接，热敏电阻RT1和保险丝F1串联连接在第一电容C1和第一电解电容CD1之间，用于线路出现故障时切断交流电输入，整流桥用于将输入的交流电压整流为直流电压输出。

稳压控制电路包括PWM控制芯片U1和芯片启动电路，芯片启动电路由第一电阻R1和第二电解电容CD2串联组成，第一电阻R1连接上述整流桥的直流输出端，第二电解电容CD2接地，第一电阻R1与第二电解电容CD2连接的一端连接PWM控制芯片U1的电源引脚。系统上电时，芯片启动电路为PWM控制芯片U1提供电能。具体的，PWM控制芯片U1采用茂捷M5576芯片。

变压电路包括芯片供电电路、钳位电路、变压器TP、场效应管Q1和电流检测电路，变压器TP包括主初级绕组、供电绕组和次级绕组，供电绕组与主初级绕组极性相反，次级绕组与主初级绕组极性相反，次级绕组根据主初级绕组产生的电磁信号产生相应的输出交流电压。主初级绕组的一端连接上述整流桥的直流输出端，另一端经场效应管Q1连接PWM控制芯片U1的输出引脚，PWM控制芯片U1输出PWM信号控制场效应管Q1的导通时间从而控制主初级绕组。供电电路包括串联的第二电阻R2和第一二极管D1，第二电阻R2连接供电绕组，第一二极管D1连接PWM控制芯片U1的电源引脚，为PWM控制芯片U1提供工作所需的电能。钳位电路由第三电容C3、第八电阻R8和第三二极管D3组成，第三电容C3与第八电阻R8并联后与第三二极管D3串联，钳位电路并联在主初级绕组的两端，用于吸收漏感尖峰电压。电流检测电路包括串联的第七电阻R7和第九电阻R9，第七电阻R7连接PWM控制芯片U1的电流检测引脚，第九电阻R9接地，第七电阻R7与第九电阻R9连接的一端连接场效应管Q1的源极，电流检测电路用于检测场效应管Q1的电流并转化为电压信号。

具体的，变压器TP使用EE40磁芯，主初级绕组的匝数为75，次级绕组的匝数为8。具体设计步骤如下：

(1)估算输入、输出功率，输入直流电压，输入直流电流和峰值电流：

欲设计本开关电源电路的输出电压为24V，输出电流为5V，得到总输出功率：

P_o＝V_o×I_o＝24×5＝120W (1)

设变压器转换效率η＝0.7，得到输入功率：

P_in＝P_o/η＝120/0.7＝171W (2)

输入交流电压范围为220V±20％，计算最大和最小输入直流电压、电流：

V_inmin＝220×(1-0.2)×1.414＝249V

V_inmax＝220×(1+0.2)×1.414＝373V

I_inmin＝P_in/V_inmin＝171/249＝0.687A

I_inmax＝P_in/V_inmax＝171/373＝0.458A (3)

估算峰值电流：

I_pk＝k×P_o/V_inmin＝5.5×120/249＝2.65A (4)

(2)确定磁芯尺寸，计算绕组匝数：

由于开关电源总输出功率需达到120W，故选择EE40磁芯。通过查询磁芯参数表得到如下参数：磁芯有效截面积A_e＝127mm²，卷线截面积A_w＝173mm²，磁芯无气隙时的等效电感A_L＝4150nH/N²，磁芯重量Wt＝50g，最大工作磁通密度B_max＝2000G，工作频率f＝65kHz，最大导通占空比D_max＝50％。

计算一次电感最小值：

计算磁芯气隙：

计算主初级绕组匝数：

取整得N'_p＝75；

计算次级绕组匝数：

取整得N_s'＝8。

当变压器的次级绕组取上述匝数时，输出电压误差：满足输出电压精度≤1％。

输出整流滤波电路用于将次级绕组输出的交流电压整流为直流电压并进行滤波输出，包括串联的一级整流滤波电路和二级滤波电路，一级整流滤波电路的输入端连接次级绕组，输出端连接二级滤波电路，二级滤波电路输出直流电压。一级整流滤波电路由第四二极管D4和第三电解电容CD3构成，二级滤波电路由第一电感L1和第四电解电容CD4构成。

具体的，一级整流滤波电路中的二极管产生的正向导通损耗和反向恢复损耗会影响开关电源的效率，故第四二极管D4选用肖特基二极管SR540。

电压反馈电路用于生成反应输出直流电压大小的反馈信号，包括分压电路、可控精密稳压源U3、光电耦合器U2和补偿电路，分压电路包括依次串联的第十四电阻R14、第十三电阻R13和第十二电阻R12，第十四电阻R14连接直流电压输出端口，第十二电阻R12接地，第十三电阻13与第十二电阻R12连接的一端连接可控精密稳压源U3的参考极，补偿电路包括串联的第十一电阻R11和第四电容C4，第十一电阻R11连接第十四电阻R14与第十三电阻R13连接的一端，第四电容C4连接可控精密稳压源U3的阴极，第四电容C4连接可控精密稳压源U3的阴极并连接光电耦合器U2的输入端，光电耦合器U2的输出端连接PWM控制芯片U1的环路补偿引脚。

具体的，可控精密稳压源U3采用TL431，光电耦合器U2采用PC817。电压反馈电路反馈点设在直流电压输出端口，欲将输出直流电压稳定在U_o＝24V，分压电路的第十四电阻R14、第十三电阻R13和第十二电阻R12需满足下式：

式中，TL431内部的基准电压V_REF＝2.5V。如图2所示，当取R₁₂＝5.1kΩ，R₁₃＝910Ω，R₁₄＝43kΩ，满足上式。

本实用新型提出的开关电源电路的工作过程如下：交流电压输入端口可通过电源线接入220V交流电压，输入整流滤波电路将从交流电压输入端口输入的交流电压整流为直流电压输出，变压电路中的变压器的主初级绕组将直流电压转化成电磁信号，次级绕组根据主初级绕组产生的电磁信号生成相应的交流电压输出，输出整流滤波电路将次级绕组输出的交流电压整流滤波得到24V直流电压，经直流电压输出端口输出。当某些原因引起输出直流电压升高时，经分压电路分压后，图2中T1点的电位升高，使可控精密稳压源U3的导通能力增强，光电耦合器U2的光电三极管导通能力随之增强，内阻变小，从而使PWM控制芯片U1的环路补偿引脚的电压降低，经PWM控制芯片U1内部处理后，PWM控制芯片U1输出PWM信号的占空比减少，进而使场效应管Q1的饱和时间缩短，变压器TP储能减少，使输出交流电压下降，从而输出直流电压下降，如果输出直流电压降低，则稳压的过程与上述过程相反，可将输出直流电压稳定在24V。

本实施例中的控制电路，如图1所示，包括触摸操作板、CPU、电机驱动电路和用于接收遥控设备发送的控制信号的无线接收模块，触摸操作板、电机驱动电路和无线接收模块均与CPU连接，CPU接收来自触摸操作板的启停和开关窗信号，或者接收来自无线接收模块的启停和开关窗信号，控制电机驱动电路驱动开窗机本体的电机启停和正反转。

本实施例中的控制电路，还包括与CPU连接的多个拨码开关，拨码开关用于设置开窗机的识别号，遥控设备可发送带有识别号的控制信号，CPU接收到控制信号对其进行解析，若控制信号中的识别号与连接的拨码开关表示一致，则根据控制信号工作，从而可使同一个遥控设备控制不同的开窗机的控制器工作。若拨码开关为N个，则同一个遥控设备最多可控制2^N个开窗机。

Claims (5)

1.一种大功率开窗机，包括开窗机主体和控制器，控制器连接开窗机主体的电机，其特征在于，所述控制器包括用于将220V交流电压转换为24V直流电压并输出120W功率的开关电源电路和用于控制电机启停和正反转的控制电路，开关电源电路为控制电路和电机供电；所述开关电源电路包括交流电压输入端口、输入整流滤波电路、稳压控制电路、变压电路、输出整流滤波电路、电压反馈电路和直流电压输出端口；

交流电压输入端口用于接入220V交流电压；

输入整流滤波电路用于将交流电压输入端口输入的交流电压整流为直流电压，包括第一电容(C1)、热敏电阻(RT1)、保险丝(F1)、第一电解电容(CD1)和整流桥，第一电容(C1)和第一电解电容(CD1)并联后与整流桥的两个交流输入端连接，热敏电阻(RT1)和保险丝(F1)串联连接在第一电容(C1)和第一电解电容(CD1)之间；

稳压控制电路用于根据电压反馈电路的反馈信号输出不同的PWM信号，包括PWM控制芯片(U1)和芯片启动电路，芯片启动电路由第一电阻(R1)和第二电解电容(CD2)串联组成，第一电阻(R1)连接上述整流桥的直流输出端，第二电解电容(CD2)接地，第一电阻(R1)与第二电解电容(CD2)连接的一端连接PWM控制芯片(U1)的电源引脚；

变压电路用于将输入整流滤波电路输出的直流电压转换成交流电压，包括变压器(TP)和场效应管(Q1)，变压器(TP)包括主初级绕组和次级绕组，次级绕组与主初级绕组极性相反，次级绕组根据主初级绕组产生的电磁信号生成相应的输出交流电压；主初级绕组的一端连接所述整流桥的直流输出端，另一端经场效应管(Q1)连接PWM控制芯片(U1)的输出引脚；

输出整流滤波电路用于将次级绕组输出的交流电压整流为直流电压并进行滤波供直流电压输出端口输出，包括串联的一级整流滤波电路和二级滤波电路，一级整流滤波电路的输入端连接次级绕组，输出端连接二级滤波电路；

电压反馈电路用于生成反应输出直流电压大小的反馈信号，包括分压电路、可控精密稳压源(U3)、光电耦合器(U2)和补偿电路，分压电路包括依次串联的第十四电阻(R14)、第十三电阻(R13)和第十二电阻(R12)，第十四电阻(R14)连接直流电压输出端口，第十二电阻(R12)接地，第十三电阻(R13)与第十二电阻(R12)连接的一端连接可控精密稳压源(U3)的参考极，补偿电路包括串联的第十一电阻(R11)和第四电容(C4)，第十一电阻(R11)连接第十四电阻(R14)与第十三电阻(R13)连接的一端，第四电容(C4)连接可控精密稳压源(U3)的阴极，第四电容(C4)连接可控精密稳压源(U3)的阴极并连接光电耦合器(U2)的输入端，光电耦合器(U2)的输出端连接PWM控制芯片(U1)的环路补偿引脚；

直流电压输出端口用于与控制电路和开窗机本体的电机连接。

2.根据权利要求1所述的一种大功率开窗机，其特征在于，所述变压器(TP)使用EE40磁芯，主初级绕组的匝数为75，次级绕组的匝数为8。

3.根据权利要求1所述的一种大功率开窗机，其特征在于，所述分压电路的第十四电阻(R14)、第十三电阻(R13)和第十二电阻(R12)的取值需满足下式：

式中，V_REF为可控精密稳压源(U3)的内部基准电压。

4.根据权利要求1所述的一种大功率开窗机，其特征在于，所述控制电路包括触摸操作板、CPU、电机驱动电路和用于接收遥控设备发送的控制信号的无线接收模块，触摸操作板、电机驱动电路和无线接收模块均与CPU连接。

5.根据权利要求4所述的一种大功率开窗机，其特征在于，所述控制电路还包括与CPU连接的多个拨码开关，拨码开关用于设置开窗机的识别号。