CN210889416U - 一种风机调速电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风机调速电路，属于电机控制技术领域，包括依次连接的原边驱动电路、隔离器、副边驱动电路、储能电路，隔离器用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边耦合至副边；副边驱动电路包括：前级驱动开关管，其控制端连接隔离器的副边，用于输出前级驱动信号；推挽电路，其控制端连接前级驱动开关管的输出端，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；后级驱动开关管，其控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管的输出端连接储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。本实用新型的风机调速电路不仅实现了风机调速，且电路简单，使用的器件较少，产生的热损耗较小，节省了硬件成本。

Description

一种风机调速电路

技术领域

本实用新型属于电机控制技术领域，具体涉及一种风机调速电路。

背景技术

大功率电力电子器件在工作时由于会产生大量的热量，因此需要有风机进行散热，通常的情况下，一个风机往往不能满足散热的要求，需要多个风机并联去散热，并且风机之间需要相互隔离，同时，为了延长风机的运转寿命及减少风机噪音的产生，需要一种多路并联风机调速电路来实时的根据热量来调节多路风机的转速。

目前研究风机调速电路的有很多种，主要分为以下两种：

(1)在风机供电电路中串联电阻起到分压作用，如图1所示，通过串联较大的功率电阻R112来调节风扇的供电电压，从而达到调节转速的目的，这种方式由于串联了功率电阻导致功耗的增加，同时增加了热量的损耗，不利于电源效率的提高。

(2)低功耗的器件串联在风机电压回路中，例如申请公布号为CN105257579A的中国专利申请公开的一种调速风机中，记载有这种调速电路，如图2所示，过串联低功耗的MOS管作为一个电子开关和开关器件来分压达到调节风扇供电电压实现风扇调速的目的，这种方式虽然控制较为精确，没有串联功耗器件在电路中，但是电路较复杂，使用器件较多，无形中增加了硬件控制的成本，降低了批量成效，不利于量产。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风机调速电路，用于解决现有风机调速电路复杂、使用器件较多，导致产生较大的热损耗及增加硬件成本的问题。

基于上述目的，一种风机调速电路的技术方案如下：

包括依次连接的原边驱动电路、隔离器、副边驱动电路、储能电路，其中，隔离器用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边耦合至副边；副边驱动电路包括：

前级驱动开关管，其控制端连接隔离器的副边，用于根据隔离器的副边的驱动信号输出前级驱动信号；

推挽电路，其控制端连接前级驱动开关管的输出端，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；

后级驱动开关管，其控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管的输出端连接所述储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。

上述技术方案的有益效果为：

上述风机调速电路通过原边驱动电路产生驱动信号，当该驱动信号有效时，隔离器将有效的驱动信号感应至副边，前级驱动开关管根据隔离器的副边感应到的驱动信号输出前级驱动信号，推挽电路根据前级驱动信号输出后级驱动信号，后级驱动开关管根据后级驱动信号控制储能电路充电，通过控制储能电路提供风机调速的电源电压，使风机按照需要的转速进行工作。

当驱动信号无效时，后级驱动开关管接收到的是无效的后级驱动信号，储能电路无法充电，只能放电，储能电路提供的电源电压随着风机转动而降低，使风机工作在较低转速。

本实用新型的风机调速电路不仅能够实现风机调速，且电路简单，使用的器件较少，产生的热损耗较小，节省了硬件成本。另外，由于风机调速电路中设置了隔离器，起到原边驱动电路输出的驱动信号与风机调速控制的隔离作用，实现了信号的隔离，供电电源独立，信号互不干扰，保证风机电源供电安全。

进一步，所述储能电路包括储能电容，当后级驱动信号有效时，后级驱动开关管导通，储能电容充电，为风机调速提供电源电压。

进一步，还包括连接所述储能电容的二极管，起到续流作用。

为了产生驱动信号，所述原边驱动电路包括依次连接的电源、开关器件和限流电阻，其中，限流电阻通过所述隔离器的原边接地，开关器件的控制端用于连接控制芯片。

为实现原边驱动电路输出的驱动信号与风机调速控制的隔离，所述隔离器为光耦隔离器。

基于上述目的，另一种风机调速电路的技术方案如下：

包括原边驱动电路和至少两个调速单元，每个调速单元包括隔离器、副边驱动电路、储能电路，其中，隔离器的原边连接在所述原边驱动电路中，隔离器的副边连接所述副边储能电路，用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边耦合至副边；所述副边驱动电路包括：

前级驱动开关管，其控制端连接隔离器的副边，用于根据隔离器的副边的驱动信号输出前级驱动信号；

推挽电路，其控制端连接前级驱动开关管的输出端，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；

后级驱动开关管，其控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管的输出端连接所述储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。

上述技术方案的有益效果为：

通过设置两个以上的调速单元，各调速单元根据同一原边驱动电路的控制，能够实现两个以上并联风机的调速作用；并且，本实用新型的风机调速电路简单，使用器件较少，产生的热损耗较小，节省了硬件成本。另外，由于风机调速电路中设置了隔离器，起到驱动信号与风机调速的隔离作用，实现了风机与驱动信号的互不干扰，电源独立，保证风机电源供电安全。

进一步，所述储能电路包括储能电容，当后级驱动信号有效时，后级驱动开关管导通，储能电容充电，为风机调速提供电源电压。

进一步，还包括连接所述储能电容的二极管，起到续流作用。

为实现原边驱动电路输出的驱动信号与风机调速控制的隔离，所述隔离器为光耦隔离器。

为了产生驱动信号，所述原边驱动电路包括依次连接的电源、开关器件和限流电阻，其中，限流电阻通过所述隔离器的原边接地，开关器件的控制端用于连接控制芯片。

附图说明

图1是现有技术的一种风机调速电路图；

图2是现有技术的另一种风机调速电路图；

图3是本实用新型的第一种风机调速电路图；

图4是本实用新型的第二种风机调速电路图；

图5是本实用新型的第三种风机调速电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明。

风机调速电路实施例一：

如图3所示的风机调速电路，包括依次连接的原边驱动电路、隔离器U1(为光耦隔离器)、副边驱动电路、储能电路。其中，原边驱动电路包括依次连接的电源VCC、开关器件Q5和限流电阻R12，其中，限流电阻R12通过隔离器U1的原边接地，开关器件Q5的控制端用于连接控制芯片MCU；电源VCC用于为控制芯片提供工作电源，以及为储能电路提供能量来源。

隔离器U1用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边感应至副边，起到驱动信号与风机调速的隔离作用。副边驱动电路包括前级驱动开关管Q1、推挽电路(包括开关管Q2、Q3，电阻R4、R5、R6、R7)、后级驱动开关管Q4。其中，前级驱动开关管Q1的控制端连接隔离器U1的副边，用于根据隔离器U15的副边感应到的驱动信号输出前级驱动信号；前级驱动开关管Q1的正极通过电阻R3接电源VCC，负极接地。

电阻R1、R2构成分压电路，电源VCC通过电阻R1、R2分压得到前级驱动开关管Q1的驱动放大电路，当隔离器U1输出为高电平时，前级驱动开关管Q1导通；隔离器U1输出为低电平时，前级驱动开关管Q1关断。

推挽电路的控制端连接前级驱动开关管Q1的输出端(即Q1的正极)，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；当前级驱动开关管Q1关断时，开关管Q2导通；当前级驱动开关管Q1开通时，开关管Q2关断。

后级驱动开关管Q4的控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管Q4的输出端连接储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。后级驱动开关管Q4通过负电平驱动，当开关管Q2导通时，后级驱动开关管Q4关断，当开关管Q3导通时，后级驱动开关管Q4开通。

储能电路包括串联的充电电感L和储能电容C2，当后级驱动信号有效时，后级驱动开关管Q4导通，通过充电电感L为储能电容充电C2，使储能电容C2为风机调速提供电源电压。充电电感L和储能电容C2串联有二极管D1、D2，起到续流作用。另外，储能电容C2还起到滤波和稳压作用，稳压电容C1连接在电源VCC和地之间，起到稳压作用。

上述风机调速电路的工作原理如下：

控制芯片输出一定占空比的PWM驱动信号，来驱动开关器件Q5(图3中为三极管，为低电平驱动)，当PWM驱动信号为低电平时，三极管Q5的发射结正偏导通，VCC加到限流电阻R86及隔离器U1原边的二极管上，由于限流电阻R86的存在，驱动电流流过隔离器U1，驱动隔离器件U1。

当PWM驱动信号为高电平时(高电平为无效的驱动信号)，隔离器U1的副边输出为低电平，前级驱动开关管Q1的基极(即控制端)被拉低，前级驱动开关管Q1关断，开关管Q2由于基极为高电平，开关管Q2导通，将后级驱动开关管Q4的栅极(即控制端)抬高，由于后级驱动开关管Q4为负电平驱动，所以后级驱动开关管Q4关断，一个周期结束。

当PWM驱动信号为低电平时(低电平为有效的驱动信号)，隔离器U1的副边输出为高电平，前级驱动开关管Q1的基极被抬高，前级驱动开关管Q1导通，由于开关管Q2的基极为低电平，开关管Q2关断，由于开关管Q3发射结正偏，开关管Q3导通，将后级驱动开关管Q4的栅极拉低，由于后级驱动开关管Q4为负电平驱动，后级驱动开关管Q4开通，通过充电电感L给储能电容C2充电，由于充电电感L上的电流上升，所以当后级驱动开关管Q4关断时，充电电感L上的电流要维持其流通方向及连续特性，需要通过二极管D1、D2(为本实施例中为快恢复二极管)进行续流，维持储能电容C2上的电压。

PWM驱动信号的占空比越小，反应到后级驱动开关管Q4导通时间越长，通过充电电感L给储能电容C2的充电时间越长(且通过D1、D2续流时间越短)，使储能电容C2的电压持续升高，风机转速越高；PWM占空比越大，反应到后级驱动开关管Q4导通时间越短，通过充电电感L给充电电容C2的充电时间越短(通过D1、D2续流时间越长)，使储能电容C2的电压持续降低，导致风机转速越低，从而起到风机调速的目的。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，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。例如，本实施例中的原边驱动电路包括有电源、开关器件、限流电阻和控制芯片，作为其他实施方式，原边驱动电路还可以仅包括控制芯片，控制芯片的控制端通过电阻连接隔离器，如图4所示的风机调速电路，针对这种风机调速电路，控制芯片输出的PWM驱动信号为高电平时，是有效的驱动信号，能够驱动后级驱动开关管，为储能电路充电；控制芯片输出的PWM驱动信号为低电平时，是无效的驱动信号，后级驱动开关管关断，储能电路无法充电，只能放电。

又如，本实施例中，储能电路采用串联的充电电感和储能电容，作为其他实施方式，还可以采用串联的充电电阻和储能电容，还可以采用仅采用储能电容，而无需串联充电电感或充电电阻；另外，本实施例中，采用两个二极管进行续流，作为其他实施方式，还可以设置一个二极管进行续流。又如，本实施例中的隔离器U1，除了采用光耦隔离器，还可以采用变压器代替。另外，本实施例中的控制芯片可以是微处理器，如ARM等，也可以是可编程芯片，如FPGA、DSP等。

因此，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。

风机调速电路实施例二：

本实施例提出一种风机调速电路，包括原边驱动电路和三个调速单元，每个调速单元均包括隔离器、副边驱动电路、储能电路，其结构与风机调速电路实施例一中的隔离器、副边驱动电路、储能电路相同。如图5所示，隔离器(U1、U101、U102)的原边连接在原边驱动电路中，隔离器(U1、U101、U102)的副边连接相应调速单元的副边储能电路，用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边感应至副边。

风机调速电路的每个调速单元对应一个风机，调速单元的工作原理与风机调速电路实施例一中风机调速电路的工作原理相同。需要说明的是，本实施例中各调速单元之间相互独立，彼此互不影响，即某个调速单元出现故障时，不影响其他调速单元的正常运行，仍能通过上述调速原理控制其他风机的转速。

由于各调速单元相互独立，每个调速单元中可以设置不同电源电压为储能电容充电，以适应不同电源电压等级的风机，因此，本实施例中的多风机调速电路可适用于多个电源电压等级的风机调速，既可以应用于大功率散热系统，也可以多个单元并联的散热系统，具有一定的推广意义。

Claims (10)

1.一种风机调速电路，其特征在于，包括依次连接的原边驱动电路、隔离器、副边驱动电路、储能电路，其中，隔离器用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边耦合至副边；副边驱动电路包括：

前级驱动开关管，其控制端连接隔离器的副边，用于根据隔离器的副边的驱动信号输出前级驱动信号；

推挽电路，其控制端连接前级驱动开关管的输出端，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；

后级驱动开关管，其控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管的输出端连接所述储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。

2.根据权利要求1所述的风机调速电路，其特征在于，所述储能电路包括储能电容，储能电容用于提供风机调速的电源电压。

3.根据权利要求2所述的风机调速电路，其特征在于，还包括连接所述储能电容的二极管。

4.根据权利要求1所述的风机调速电路，其特征在于，所述原边驱动电路包括依次连接的电源、开关器件和限流电阻，其中，限流电阻通过所述隔离器的原边接地，开关器件的控制端用于连接控制芯片。

5.根据权利要求1所述的风机调速电路，其特征在于，所述隔离器为光耦隔离器。

6.一种风机调速电路，其特征在于，包括原边驱动电路和至少两个调速单元，每个调速单元包括隔离器、副边驱动电路、储能电路，其中，隔离器的原边连接在所述原边驱动电路中，隔离器的副边连接所述副边储能电路，用于将原边驱动电路输出的驱动信号从原边耦合至副边；所述副边驱动电路包括：

前级驱动开关管，其控制端连接隔离器的副边，用于根据隔离器的副边的驱动信号输出前级驱动信号；

推挽电路，其控制端连接前级驱动开关管的输出端，用于根据前级驱动信号输出后级驱动信号；

后级驱动开关管，其控制端连接推挽电路的输出端，后级驱动开关管的输出端连接所述储能电路，用于根据后级驱动信号控制储能电路充电，以控制储能电路提供风机调速的电源电压。

7.根据权利要求6所述的风机调速电路，其特征在于，所述储能电路包括储能电容，储能电容用于提供风机调速的电源电压。

8.根据权利要求7所述的风机调速电路，其特征在于，还包括用于连接所述储能电容的二极管。

9.根据权利要求6所述的风机调速电路，其特征在于，所述原边驱动电路包括依次连接的电源、开关器件和限流电阻，其中，限流电阻通过所述隔离器的原边接地，开关器件的控制端用于连接控制芯片。

10.根据权利要求6所述的风机调速电路，其特征在于，所述隔离器为光耦隔离器。

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