CN2559166Y - 直流马达转速控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用于直流马达的简易型转速控制电路。该控制电路包括有一基准参考组件(voltage reference component)以及一开关电路(switching circuit)用以控制该基准参考组件的导通。其中当该直流马达及该基准参考组件电压基准不大于该基准参考组件的预定值电压基准时,该开关电路处于不导通状态,此时该直流马达依据一第一模式来增加其转速;当该直流马达及该基准参考组件电压基准大于该基准参考组件的该预定值电压基准时,该开关电路处于导通状态,此时该直流马达则依据一第二模式来增加其转速达到一转速极限值。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流马达(DC motor)转速控制电路,尤指一种可调变一直流马达运转模式转速的简易型控制电路。
背景技术
在现代的信息社会中,大量电子数据的传播与处理,丰富了人类的生活,并使情报、知识与信息的快速地交换,加快了科技发展的速度。以笔记型计算机(notebook)来说,当处理大量数据传输时,中央处理单元(CPU)会因大量数据的处理而产生过热现象,故,笔记型计算机中必须要有散热性能极佳且自身耗电量较少的散热装置来解决散热的问题。
请参考图1。图1为现有散热装置10对一中央处理单元12进行散热程序时的简略功能方块图。如图1所示,散热装置10包括有一直流马达14,一驱动电路16电连接至直流马达14,以及一散热风扇18电连接至直流马达14。当散热装置10对中央处理单元12进行一散热程序时,首先,驱动电路16会传输一转动讯号以控制直流马达14的转动,此转动讯号通常指一电流讯号。接着,散热风扇18则会受直流马达14的带动而转动而对中央处理单元12进行散热动作。一般而言,散热风扇18配置于直流马达14上,即散热风散18的转速即为直流马达14的转速。当中央处理单元12耗热量增加时,驱动电路16所输出电流讯号会逐渐加强,直流马达14及散热风扇18的转速也会相对地增加。另外,当中央处理单元12于小数据量处理的情况下,所散发的热量较少,此时,直流马达14则不需要太高的转速,也即驱动电路16输出至直流马达14的电流较小,以达到省电的功能。
一般直流马达在设计完成后,马达的特性即已固定,也就是说,马达的输入电压与转速的曲线图会存在一正比例关系。请参考图2。图2为现有直流马达14输入电压对转速的曲线斜率变化图。如图2所示,假设直流马达14的输入电压与其转速之间的关系以一特性曲线T1表示,即当直流马达14所接收的输入电压为5伏特(volt)时,直流马达14运转的转速为4000转/分(rpm);而当直流马达14所接收的输入电压为2.5伏特(volt)时,直流马达14运转的转速为2000转/分(rpm),于此情况下,直流马达14在低输入电压时的运转的转速略显太高(即输入电流略限太大)。
为了使直流马达14在低输入电压时的运转的转速降低,设计者可重新设计直流马达14内的线圈绕阻,而使得直流马达14于2.5伏特的输入电压时运转的转速为1500转/分,此时直流马达14的输入电压与其转速之间的关系会得到一新的特性曲线T2。然而,直流马达14以特性曲线T2运转的状况下,虽然可于相同的低输入电压时获得较低的运转速度,但在相同的高输入电压时却降低了原来的转速(如图2所示,输入电压为5伏特时转速仅为3500转/分)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种直流马达的转速控制电路,其不仅设计简单、所需电子组件少,且不需改变直流马达原设计的运转模式或外加复杂的转速控制器即可达到调变马达的转速的目的。
本发明的目的是这样实现的:
本发明公开了一种直流马达转速控制电路,电连接于一直流马达(DCmotor),用以控制并调变该直流马达运转时的转速,该控制电路包括有:
一输入端,其与该直流马达的一输入端共同地连接至一可变电压源(variable voltage source)上;
一基准参考组件(voltage reference component),电连接至该控制电路的该输入端,用以提供一预定值的电压基准;以及
一开关电路(switching circuit),电连接于该直流马达与该基准参考组件之间,用以控制该基准参考组件的导通,该开关电路包括有一接地端以及一连接端与该直流马达电连接;
其中当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准不大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于不导通状态,此时该直流马达依据一第一模式来增加其转速;当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于导通状态,此时该直流马达则依据一不同于第一模式的第二模式来增加其转速达到一转速极限值。
所述的直流马达转速控制电路中,该基准参考组件另包括有一限流电阻器配置于该基纳二极管与该控制电路的输入端之间,用来降低流经该基纳二极管的电流以保护该基纳二极管。
所述的直流马达转速控制电路中,该开关电路为一n-p-n双载子接面晶体管(bipolar junction transistor,BJT)、一N型金氧半导体(N-type metaloxide semiconductor,NMOS)或一继电器(relay)。
所述的直流马达转速控制电路中,该开关电路另包括有一压降组件其两端分别地跨接于该开关电路的二端,用以提供该开关电路一电压降。
所述的直流马达转速控制电路中,该压降组件为一电阻器或一基纳二极管。
本发明还公开了一种直流马达转速控制电路,电连接于一直流马达(DCmotor),用以控制并调变该直流马达运转时的转速,该控制电路包括有:
一输入端,其连接至一可变电压源(voltage source);
一接地端;
一第一压降组件,电连接至该输入端,用以当该可变电压源所产生的电流流经该第一压降组件时于其二端会形成一电压降;
一基准参考组件(voltage reference component),其一端电连接至该第一压降组件且其另一端则与该直流马达共同地连接至该接地端,用以提供一预定值的电压基准;以及
一开关电路(switching circuit),电连接于该输入端与该直流马达之间,用以控制该基准参考组件的导通;该开关电路包括有:
一连接端,连接至该第一压降组件与该基准参考组件之间用以控制该基准参考组件的导通;以及
一第二压降组件,其二端会分别地连接至该控制电路的输入端及该直流马达,用以使该可变电压源所产生的电流可通过该第二压降组件而流至该直流马达;
其中当该可变电压源提供该开关电路及该基准参考组件的电压基准大于该第一压降组件所形成的该电压降的基准且不大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于不导通状态,此时该直流马达依据一第一模式来增加其转速;当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准大于该第一压降组件所形成的该电压降的基准以及该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于导通状态,此时该直流马达则依据一不同于第一模式的第二模式来增加其转速达到一转速极限值。
所述的直流马达转速控制电路中,当该直流马达于相同的电压基准下运作时,该第二模式比该第一模式具有较高的转速。
所述的直流马达转速控制电路中,该第一压降组件为一电阻器。
所述的直流马达转速控制电路中,该基准参考组件为一基纳二极管(Zenerdiode)。
所述的直流马达转速控制电路中,该基准参考组件包括有一限流电阻器配置于该基纳二极管、该第一压降组件以及该开关电路的连接端之间,用来降低流经该基纳二极管的电流以保护该基纳二极管。
所述的直流马达转速控制电路中,该开关电路为一p-n-p双载子接面晶体管、一P型金氧半导体(PMOS)或一继电器。
所述的直流马达转速控制电路中,该第二压降组件为一电阻器或一基纳二极管。
附图说明
图1为现有散热装置对中央处理单元进行散热程序时简略功能方块图;
图2为现有直流马达输入电压对转速的曲线斜率变化图;
图3为本发明第一实施例的转速控制电路应用于一直流马达电路图;
图4为本发明第一实施例的转速控制电路应用于图3直流马达时,马达输入电压对转速的曲线斜率变化图;
图5为本发明第二实施例的转速控制电路应用于图3的电路图;
图6为本发明第三实施例的转速控制电路应用于图3的直流马达内简略的功能方块图。
标号说明
10 散热装置 12 中央处理单元
14、30 直流马达 16、70 驱动电路
18 散热风扇 20、60 控制电路
21、61 控制电路的输入端 22 基准参考组件
24、64 开关电路 25、65 连接端
31 直流马达的输入端 50 可变电压源
Tr 双载子接面晶体管 B 晶体管的基极
C 晶体管的集电极 E 晶体管的射极
ZD 基纳二极管 Vzd 参考电压基准
R1 限流电阻 R2、R3 电阻器
T1、T2 特性曲线 G 接地端
具体实施方式
请参考图3。图3为本发明第一实施例的转速控制电路20应用于一直流马达(DC motor)30的电路图。如图3所示,控制电路20包括有一输入端(inputnode)21与该直流马达30的一输入端31共同地连接至一可变电压源(variable voltage source)50上,一基准参考组件(voltage referencecomponent)22电连接至输入端21,一开关电路(switching circuit)24电连接于直流马达30与基准参考组件22之间,以及一接地端G。
本发明的基准参考组件22为一基纳二极管(Zener diode)ZD用来提供一固定值的参考电压基准Vzd,而其阴极与输入端21之间通常配置有一限流电阻器R1用来增加基准参考组件22的电阻值,以使当基纳二极管ZD导通时会有较低的电流流经基纳二极管ZD使得基纳二极管ZD的使用寿命得以延长。
本实施例的开关电路24用来作为控制基准参考组件22导通的开关,其通过一连接端25而与直流马达30相连接。开关电路24由一n-p-n双载子接面晶体管(bipolar junction transistor,BJT)Tr以及一压降组件所构成。n-p-n双载子接面晶体管Tr的基极(base)B电连接至基准参考组件22,而其集电极(collector)C与射极(emitter)E则分别地电连接至直流马达30与开关电路24的接地端G,用以当开关电路24导通时,可变电压源50所产生的电流可分别地通过直流马达30、集电极C以及基准参考组件22、基极B而流至射极E。此外,本实施例的压降组件为一电阻器R2,其两端分别地跨接于n-p-n双载子接面晶体管Tr的集电极C以及射极E,用以使集电极C与射极E之间会保有一电压降。当然,压降组件也可由一基纳二极管或由一具有电阻值的组件来取代,其主要的用途仅是提供开关电路24的集电极C与射极E之间恒有电位差而已。
请参考图3及图4并一并参考图2。图4为本发明第一实施例的转速控制电路22应用于直流马达30时,马达30的输入电压对转速的曲线斜率变化图。为了方便叙述本实施例控制电路22的运作原理,在下文中所述各组件的物理量将以如图2的假设为例。如图3与图4所示,假设基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd为3伏特,且直流马达30以图2的特性曲线T2设计而成。
当可变电压源50输出至直流马达30的输入电压为2.5伏特时,马达30的转数为1500转/分,此时,输入电压的大小仍小于基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd(3伏特),因此开关电路24的n-p-n双载子接面晶体管Tr处于不导通状态,故由可变电压源50输出的电流仅会流经马达30、电阻器R2而流至接地端G,马达仍以特性曲线T2的设计随着输入电压的增加而相对地增加转速。
当可变电压源50所提供的电压基准逐渐增加至大于基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd以及限流电阻R1两端的电压基准时,例如为3.5伏特,此时,基纳二极管ZD会导通进而使n-p-n双载子接面晶体管Tr导通,此时,可变电压源50所产生的电流所行进的路径,大部分会流经直流马达30、n-p-n双载子接面晶体管Tr的集电极C、n-p-n双载子接面晶体管Tr的射极E而流至接地端G,而仅有极小部分的电流会流经基纳二极管ZD以及电阻器R2。直流马达30则会因此而改变原来运转的特性曲线T2而调变至新的特性曲线T1,使得直流马达30可于可变电压源50提供5伏特的电压基准时产生4000转/分的转速。
请参考图5。图5为本发明第二实施例的转速控制电路60应用于图3的直流马达30的电路图。本实施例与第一实施例最大不同之处在于:本实施例所采用开关电路为一p-n-p双载子接面晶体管。如图5所示,控制电路60包括有一输入端61连接至可变电压源50上,一电阻器R3电连接至输入端61用以当可变电压源50产生的电流流经电阻器R3时于其两端产生一电位差,一基准参考组件22其一端电连接至电阻器R3而其另一端则与直流马达30共同地连接至一接地端G,以及一开关电路64电连接于输入端61与直流马达30之间。
本发明的基准参考组件22也为一基纳二极管(Zener diode)ZD用来提供一固定值的参考电压基准Vzd,而其阴极与输入端21之间也配置有一限流电阻器R1用来增加基准参考组件22的电阻值,以使当基纳二极管ZD导通时会有较低的电流流经基纳二极管ZD使得基纳二极管ZD的使用寿命得以延长。
本实施例的开关电路64是用来作为控制基准参考组件22导通的开关,其通过一连接端65而连接至电阻器R3与基准参考组件22之间。开关电路64由一p-n-p双载子接面晶体管Tr以及一压降组件所构成。p-n-p双载子接面晶体管Tr的基极B电连接至连接端65,而其集电极(collector)C与射极(emitter)E则分别地电连接至直流马达30与控制电路60的输入端61,用以当开关电路64导通时,可变电压源50所产生的电流可分别地通过p-n-p双载子接面晶体管Tr的射极E、集电极C而流至直流马达30。此外,本实施例的压降组件也为一电阻器R2,其两端分别地跨接于p-n-p双载子接面晶体管Tr的集电极C以及射极E,用以使集电极C与射极E之间会保有一电压降。当然,压降组件也可由一基纳二极管或由一具有电阻值的组件来取代,其主要的用途仅是提供开关电路64的集电极C与射极E之间恒有电位差而已。
请再参考图3与图5。本实施例也假设基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd为3伏特,且直流马达30以特性曲线T2设计而成。
当可变电压源50输出至直流马达30的输入电压为2.5伏特时,马达30的转数为1500转/分,此时,输入电压的大小仍小于基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd(3伏特),因此开关电路64的p-n-p双载子接面晶体管Tr处于不导通状态,故由可变电压源50输出的电流仅会流经电阻器R2、马达30而流至接地端G。马达30仍以特性曲线T2的设计随着输入电压的增加而相对地增加转速。
当可变电压源50所提供的电压基准逐渐增加至大于基纳二极管ZD的参考电压基准Vzd、限流电阻R1两端的电压基准以及电阻器R3两端的电压基准时,例如为3.5伏特,此时,基纳二极管ZD会导通进而使p-n-p双载子接面晶体管Tr导通,可变电压源50所产生的电流所行进的路径,大部分会流经p-n-p双载子接面晶体管Tr的射极E、p-n-p双载子接面晶体管Tr的集电极C、直流马达30而流至接地端G,而仅有极小部分的电流会流经基纳二极管ZD以及电阻器R2、R3。直流马达30则会因此而改变原来运转的特性曲线T2而调变至新的特性曲线T1,使得直流马达30可于可变电压源50提供5伏特的电压基准时产生4000转/分的转速。
请参考图6。图6为本发明第三实施例的转速控制电路应用于图3的直流马达内简略的功能方块图。本实施例与第一、第二实施例最大不同之处在于:第一实施例的控制电路20与第二实施例的控制电路60内建于直流马达30内。如图6所示,直流马达30另包括有一驱动电路70用以驱动直流马达30的转动,而控制电路20、60也是用来调变并控制直流马达30运转时的转速。控制电路20、60的功用以及运作原理于第一、第二实施例以作详细的叙述,故在此即不多加赘述。
特别说明的是,本发明的开关电路24、64仅以n-p-n及p-n-p双载子接面晶体管Tr作为实施例说明,事实上本发明也可使用一P型金氧半导体(PMOS)、一N型金氧半导体(NMOS)或一继电器(relay)来作为一开关电路,皆符合本发明控制电路的精神与目的,在此即不多加赘述。此外,由图3至图5可知,在开关电路24、64尚未导通时,马达30的特性曲线除受马达30本身结构的设计外,仅受电阻器R2的影响,也就是说,当一使用者所需设计的马达于低输入电压时的转速需更低的话,仅需设计一具有更大电阻值的电阻器R2即可。
相较于现有技术,本发明的最大不同之处在于:本发明的直流马达转速控制电路20、60仅需简单的电路组件即可达到调变及控制直流马达运转时的转速的目的,而不需要再重新设计马达内部的绕阻圈数或外加复杂的驱动电路或控制器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,凡依本发明申请专利范围所做的等效变化与修饰,皆应属本发明专利的涵盖范围。
Claims (12)
1.一种直流马达转速控制电路,电连接于一直流马达,用以控制并调变该直流马达运转时的转速,其特征在于,该控制电路包括有:
一输入端,其与该直流马达的一输入端共同地连接至一可变电压源上;
一基准参考组件,电连接至该控制电路的该输入端,用以提供一预定值的电压基准;以及
一开关电路,电连接于该直流马达与该基准参考组件之间,用以控制该基准参考组件的导通,该开关电路包括有一接地端以及一连接端与该直流马达电连接;
其中当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准不大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于不导通状态,此时该直流马达依据一第一模式来增加其转速;当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于导通状态,此时该直流马达则依据一不同于第一模式的第二模式来增加其转速达到一转速极限值。
2.如权利要求1所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该基准参考组件另包括有一限流电阻器配置于该基纳二极管与该控制电路的输入端之间,用来降低流经该基纳二极管的电流以保护该基纳二极管。
3.如权利要求1所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该开关电路为一n-p-n双载子接面晶体管、一N型金氧半导体或一继电器。
4.如权利要求3所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该开关电路另包括有一压降组件其两端分别地跨接于该开关电路的二端,用以提供该开关电路一电压降。
5.如权利要求4所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该压降组件为一电阻器或一基纳二极管。
6.一种直流马达转速控制电路,电连接于一直流马达,用以控制并调变该直流马达运转时的转速,其特征在于,该控制电路包括有:
一输入端,其连接至一可变电压源;
一接地端;
一第一压降组件,电连接至该输入端,用以当该可变电压源所产生的电流流经该第一压降组件时于其二端会形成一电压降;
一基准参考组件,其一端电连接至该第一压降组件且其另一端则与该直流马达共同地连接至该接地端,用以提供一预定值的电压基准;以及
一开关电路,电连接于该输入端与该直流马达之间,用以控制该基准参考组件的导通;该开关电路包括有:
一连接端,连接至该第一压降组件与该基准参考组件之间用以控制该基准参考组件的导通;以及
一第二压降组件,其二端会分别地连接至该控制电路的输入端及该直流马达,用以使该可变电压源所产生的电流可通过该第二压降组件而流至该直流马达;
其中当该可变电压源提供该开关电路及该基准参考组件的电压基准大于该第一压降组件所形成的该电压降的基准且不大于该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于不导通状态,此时该直流马达依据一第一模式来增加其转速;当该可变电压源提供该直流马达及该基准参考组件的电压基准大于该第一压降组件所形成的该电压降的基准以及该基准参考组件的该预定值的电压基准时,该开关电路处于导通状态,此时该直流马达则依据一不同于第一模式的第二模式来增加其转速达到一转速极限值。
7.如权利要求1、6所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,当该直流马达于相同的电压基准下运作时,该第二模式比该第一模式具有较高的转速。
8.如权利要求1、6所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该第一压降组件为一电阻器。
9.如权利要求6所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该基准参考组件为一基纳二极管。
10.如权利要求9所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该基准参考组件包括有一限流电阻器配置于该基纳二极管、该第一压降组件以及该开关电路的连接端之间,用来降低流经该基纳二极管的电流以保护该基纳二极管。
11.如权利要求10所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该开关电路为一p-n-p双载子接面晶体管、一P型金氧半导体或一继电器。
12.如权利要求11所述的直流马达转速控制电路,其特征在于,该第二压降组件为一电阻器或一基纳二极管。
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C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
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Expiration termination date: 20120626 Granted publication date: 20030702 |