JP3698211B2

JP3698211B2 - ファンの駆動制御回路

Info

Publication number: JP3698211B2
Application number: JP34382191A
Authority: JP
Inventors: 健二大江
Original assignee: Nidec Corp
Current assignee: Nidec America Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1991-12-26
Publication date: 2005-09-21
Anticipated expiration: 2020-09-21
Also published as: JPH05176590A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ファンの駆動制御技術に関し、特に可変速機能を備えたファンにおいて、ファンモータの特性に影響されることなく、ばらつきの少ない精密で安定した回転数を得ることが可能とされるファンの駆動制御回路に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、可変速機能を備えたファンの駆動制御回路としては、たとえば図６に示すように抵抗Ｒ₁とコンデンサＣ₁が直列接続される充電電圧回路と、抵抗Ｒ₂´，Ｒ₄´および可変抵抗Ｒ₃´による比較電圧回路と、これらの回路からの充電電圧および比較電圧を入力とし、各相の通電時間を制御する制御回路とから構成され、充電電圧回路のＣＲ時定数によって相切り換え時からの無通電時間を設定し、各相の通電時間をデューティ制御することによって可変速運転が可能とされるものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような従来技術においては、充電電圧と比較電圧を比較して制御回路の出力をＯＮ／ＯＦＦし、この場合にファンの特性（主に巻線の抵抗およびインダクタンスなど）を考慮して比較電圧が設定されるために、ファンの特性がばらつくと回転数も多少ばらつくという問題がある。
【０００４】
たとえば、巻線の抵抗が大きくなるとコイルに流れる電流が小さくなり、このためにファンの回転駆動力が小さくなって回転数が落ちることになる。
【０００５】
すなわち、従来の駆動制御回路においては、制御回路のＯＮ／ＯＦＦ時間がファンの特性とは無関係に決まるために、ファンの特性が影響することによってファンの回転数を精密に制御することができないという問題がある。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、ファンの特性に影響されることなく、ばらつきの少ない精密で安定した回転数を得ることができるファンの駆動制御回路を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【０００９】
すなわち、本発明のファンの駆動制御回路は、コンデンサおよび抵抗による充電電圧と所定の比較電圧とを入力し、コンデンサおよび抵抗の時定数により相切り換え時からの無通電時間を設定し、各相の通電時間をデューティ制御するファンの駆動制御回路であって、コンデンサおよび抵抗による充電電圧をピーク電圧にホールドするピークホールド回路と、このピークホールド回路によるピーク電圧と回転数を設定する所定の参照電圧との差を増幅し、所定の比較電圧を出力する差増幅回路とを備えるものである。
【００１０】
この場合に、前記差増幅回路の出力側に、この差増幅回路の出力電圧を滑らかにする平滑回路を接続するようにしたものである。
【００１１】
また、前記差増幅回路または平滑回路の出力側に、比較電圧が一定範囲を越えないようにクランプ回路を接続するようにしたものである。
【００１２】
【作用】
前記したファンの駆動制御回路によれば、ピークホールド回路および差増幅回路が備えられることにより、ピークホールド回路によるピーク電圧を所定の参照電圧とほぼ等しくなるように差増幅回路により自動的に変化させ、この参照電圧によりファンの回転数を決定することができる。これにより、ファンの特性に影響されることなく、ばらつきの少ない回転数のファンを得ることができる。
【００１３】
この場合に、差増幅回路に平滑回路が接続されることにより、差増幅回路の出力がパルス状に変化した場合においても、滑らかに平滑化された比較電圧を得ることができる。これにより、充電電圧と比較電圧との比較動作を安定して行うことができる。
【００１４】
また、差増幅回路または平滑回路にクランプ回路が接続されることにより、比較電圧が一定範囲を越えないようにクランプすることができる。これにより、制御回路が起動不能になるのを防ぐことができる。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明の一実施例であるファンの駆動制御回路を示す概略構成図、図２は本実施例の駆動制御回路における各部の出力信号を示す波形図、図３は本実施例において、ファンの回転を所定の回転数に制御する場合を示すフロー図、図４は図３の制御フローにおける各部の出力信号を示す波形図、図５は本実施例の駆動制御回路の変形例を示す概略構成図である。
【００１６】
まず、図１により本実施例のファンの駆動制御回路の構成を説明する。
【００１７】
本実施例の駆動制御回路は、たとえばＣＲ時定数により相切り換え時からの無通電時間を設定し、各相の通電時間をデューティ制御するファンの駆動制御回路とされ、充電電圧のピークホールド回路１と、ピークホールド回路１によるピーク電圧と所定の参照電圧との差を増幅する差増幅回路２と、差増幅回路２の出力を滑らかにする平滑回路３と、平滑回路３の出力を一定範囲にクランプするクランプ回路４と、クランプ回路４による比較電圧と充電電圧とを入力して各相の通電時間を制御する制御回路５とから構成されている。
【００１８】
ピークホールド回路１は、アンプ６、ダイオード７およびコンデンサＣ₂から構成され、定電圧（Ｖ₁）および接地間に直列接続された抵抗Ｒ₁およびコンデンサＣ₁の接続点がアンプ６の正（＋）入力端子に接続され、負（−）入力端子にはダイオード７を順方向に介してアンプ６の出力端子が接続され、またアンプ６の出力端子には、一方が接地されたコンデンサＣ₂が接続されている。
【００１９】
そして、アンプ６の正入力端子に接続されたコンデンサＣ₁および抵抗Ｒ₁による充電電圧が、このピークホールド回路１によりホールドされて所定のピーク電圧として差増幅回路２に出力される。
【００２０】
差増幅回路２は、アンプ８、外部設定により回転数可変用の抵抗Ｒ₂，Ｒ₄および可変抵抗Ｒ₃から構成され、ピークホールド回路１にアンプ８の負入力端子が接続され、正入力端子には定電圧（Ｖ₂）および接地間に直列接続された抵抗Ｒ₂、可変抵抗Ｒ₃および抵抗Ｒ₄による可変抵抗Ｒ₃の可変電圧端子が接続されている。
【００２１】
そして、アンプ８の負入力端子に入力されるピークホールド回路１によるピーク電圧と、アンプ８の正入力端子に入力される抵抗Ｒ₂，Ｒ₄および可変抵抗Ｒ₃からなる回転数を設定する参照電圧との差が、この差増幅回路２により増幅されて平滑回路３に出力される。
【００２２】
平滑回路３は、直列接続された抵抗Ｒ₅およびコンデンサＣ₃から構成され、差増幅回路２に抵抗Ｒ₅の一方が接続され、抵抗Ｒ₅とコンデンサＣ₃の接続点がクランプ回路４に接続され、さらにコンデンサＣ₃の他方は接地されている。
【００２３】
そして、差増幅回路２からの入力がパルス状に変化する場合などに、この平滑回路３により滑らかにされてクランプ回路４に出力される。
【００２４】
クランプ回路４は、定電圧（Ｖ₃）および（Ｖ₄）間に直列接続され、Ｖ₃方向に順方向接続された２つのダイオード９，１０から構成され、このダイオード９，１０の接続点が平滑回路３および制御回路５に接続されている。そして、平滑回路３からの入力が、このクランプ回路４により一定範囲を越えないようにクランプされて所定の比較電圧として制御回路５に出力される。
【００２５】
制御回路５は、たとえばＯＮ／ＯＦＦ出力などの出力タイミング制御機能を備えた２相ユニポーラ駆動用の回路構成とされ、クランプ回路４から入力される比較電圧と、直列接続された抵抗Ｒ₁およびコンデンサＣ₁による充電電圧とが入力され、出力端子に２相ユニポーラ駆動モータのコイル１１，１２が接続されている。
【００２６】
そして、コンデンサＣ₁および抵抗Ｒ₁のＣＲ時定数により相切り換え時からの無通電時間が設定され、各相のコイル１１，１２の通電時間がデューティ制御され、モータの回転数が決定される。
【００２７】
次に、本実施例の作用について説明する。
【００２８】
たとえば、図２に示すように抵抗Ｒ₁およびコンデンサＣ₁のＣＲ時定数により発生するのこぎり波の充電電圧において、相切り換え時に充電電圧が所定の比較電圧になるまでの時間が無通電時間、すなわちＯＦＦ時間Ｔｏｆｆであり、この時にコイル１１への電流出力Ｉ₁はＯＦＦとなる。
【００２９】
また、充電電圧が所定の比較電圧以上になると、次の相切り換えまでの時間が通電時間、すなわちＯＮ時間Ｔｏｎとなり、コイル１１への電流出力Ｉ₁はＯＮとなる。また、他方のコイル１２の電流出力Ｉ₂も同様となる。
【００３０】
これにより、各相当りの通電時間をＴとすると、
Ｔ＝Ｔｏｆｆ＋Ｔｏｎ＝固定定数＋回転数比例定数
で表すことができる。
【００３１】
ここで、ＴとＴｏｎは比例関係であり、Ｔｏｎ／Ｔが通電時間デューティとなり、種々のモータにより回転数は異なるが一定の回転数に決定される。
【００３２】
この場合に、たとえばファンの特性における巻線抵抗が大きくなると、回転数が低下するために各相当りの通電時間Ｔ、すなわち充電電圧の波形周期が延びる結果となる。
【００３３】
ところが、本実施例では、充電電圧をピークホールド回路１でピークホールドし、さらにこのピーク電圧と参照電圧の差を差増幅回路２で増幅することにより、回転数が高くなれば低くなり、逆に低くなれば高くなるピーク電圧が、差増幅回路２のゲインを十分高くすることによって参照電圧とほぼ等しくなるように、比較電圧は回転数が参照電圧に設定された回転数に自動的に変化していく。
【００３４】
すなわち、図３の回転数制御フローに示すように、まず図４(a) のように設定された回転数（たとえば、周期＝１５ｍｓ）による初期状態から、ファンの負荷が重くなれば回転数が低下し、たとえば２０ｍｓに充電電圧の周期が延びることによってピーク電圧が上がる（ステップ３０１〜３０４）。そして、ピーク電圧が参照電圧より大きくなり、差増幅回路２の出力が低下することに伴って比較電圧が低下し、これによってコイル１１，１２への出力電流のＯＦＦ時間が図４(b) に示すように減少する（ステップ３０５〜３０８）。
【００３５】
さらに、ＯＦＦ時間の減少によってファンの駆動力が増加し、回転数が上昇することによって周期が１５ｍｓに短くなる（ステップ３０９〜３１１）。そして、ピーク電圧が低下することにより、図４(c) に示すようにピーク電圧と参照電圧がほぼ等しくなり、ファンの回転数が落ち着くことになる（ステップ３１２〜３１４）。これにより、ファンの回転数は参照電圧によって決まり、回転数に影響する巻線の抵抗、温度と関係があるロータの着磁強度などのファンの特性がばらついても回転数にばらつきが生じることがない。
【００３６】
従って、本実施例のファンの駆動制御回路によれば、ピークホールド回路１および差増幅回路２を備えることにより、差増幅回路２に入力される参照電圧によってファンの回転数を決定し、回転数のばらつきを抑えることができる。
【００３７】
また、たとえば差増幅回路２の出力がパルス状に変化する場合は、この出力を平滑回路３によって滑らかにし、制御回路５による充電電圧と比較電圧の比較動作を安定させることができる。
【００３８】
さらに、クランプ回路４により、比較電圧が一定範囲を越えて起動不能になるのを防止することができる。
【００３９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００４０】
たとえば、本実施例のファンの駆動制御回路については、平滑回路３およびクランプ回路４を備えた場合について説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、これらの平滑回路３およびクランプ回路４を不要とすることも可能であり、また回路構成についても図１の構成に限定されるものではない。
【００４１】
たとえば、差増幅回路２については、抵抗Ｒ₂，Ｒ₄および可変抵抗Ｒ₃を外部設定として接続する場合について説明したが、ファンの内部に組み込み、一定の回転数で回転させることも可能であり、またクランプ回路４についても、２つのダイオード９，１０に代えて、降伏電圧がＶ₃−Ｖ₄の１つのツェナーダイオードで構成する場合についても適用可能である。
【００４２】
以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその利用分野である２相駆動用モータを用いたファンの駆動制御回路に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、たとえば図５に示すように３相駆動用の制御回路５ａによるモータを用いたファン、およびモータ単体の駆動制御回路についても広く適用可能である。
【００４３】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
【００４４】
(1).コンデンサおよび抵抗による充電電圧をピーク電圧にホールドするピークホールド回路と、このピークホールド回路によるピーク電圧と回転数を設定する所定の参照電圧との差を増幅し、所定の比較電圧を出力する差増幅回路とを備えることにより、ピークホールド回路によるピーク電圧を所定の参照電圧とほぼ等しくなるように差増幅回路により自動的に変化させ、この参照電圧によりファンの回転数を決定できるので、ファンの特性に影響されることなく、ファンの回転数のばらつきを低減することができる。
【００４５】
(2).差増幅回路の出力側に、この差増幅回路の出力電圧を滑らかにする平滑回路を接続することにより、差増幅回路の出力が変化した場合においても、平滑回路により滑らかに平滑化された比較電圧を得ることができるので、充電電圧と比較電圧の比較動作の安定化が可能となる。
【００４６】
(3).差増幅回路または平滑回路の出力側に、比較電圧が一定範囲を越えないようにクランプ回路を接続することにより、差増幅回路または平滑回路による比較電圧が一定範囲を越えた場合においても、クランプ回路により一定範囲内にクランプすることができるので、起動不能の防止が可能となる。
【００４７】
(4).前記(1) 〜(3) により、従来、回転数ばらつきの要因となっていたファンの特性に影響されることなく、ばらつきが少なく、精密で安定した回転が可能とされるファンの駆動制御回路を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例であるファンの駆動制御回路を示す概略構成図である。
【図２】本実施例の駆動制御回路における各部の出力信号を示す波形図である。
【図３】本実施例において、ファンの回転を所定の回転数に制御する場合を示すフロー図である。
【図４】本実施例において、図３の制御フローにおける各部の出力信号を示す波形図である。
【図５】本実施例において、駆動制御回路の変形例を示す概略構成図である。
【図６】従来技術の一例であるファンの駆動制御回路を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ピークホールド回路
２差増幅回路
３平滑回路
４クランプ回路
５，５ａ制御回路
６アンプ
７ダイオード
８アンプ
９ダイオード
１０ダイオード
１１コイル
１２コイル
Ｃ₁〜Ｃ₃ コンデンサ
Ｒ₁，Ｒ₂，Ｒ₂´，Ｒ₄，Ｒ₄´，Ｒ₅ 抵抗
Ｒ₃，Ｒ₃´ 可変抵抗

Claims

コンデンサおよび抵抗による充電電圧と所定の比較電圧とを入力し、前記コンデンサおよび抵抗の時定数により相切り換え時からの無通電時間を設定し、各相の通電時間をデューティ制御するファンの駆動制御回路であって、前記コンデンサおよび抵抗による充電電圧をピーク電圧にホールドするピークホールド回路と、該ピークホールド回路によるピーク電圧と回転数を設定する所定の参照電圧との差を増幅し、前記所定の比較電圧を出力する差増幅回路とを備え、前記ピーク電圧を前記参照電圧とほぼ等しくなるように自動的に変化させ、該参照電圧により前記ファンの回転数を決定することを特徴とするファンの駆動制御回路。
前記差増幅回路の出力側に、該差増幅回路の出力電圧を滑らかにする平滑回路を接続することを特徴とする請求項１記載のファンの駆動制御回路。
前記差増幅回路または前記平滑回路の出力側に、前記比較電圧が一定範囲を越えないようにクランプ回路を接続することを特徴とする請求項１または２記載のファンの駆動制御回路。