TWI419460B - 風扇轉速控制裝置 - Google Patents

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    • H02P7/29Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation

Description

風扇轉速控制裝置
本發明係關於一種控制裝置,特別是關於一種風扇轉速控制裝置。
風扇可用來提供散熱,不論是應用於電器產品內以延長產品之使用壽命及潔淨度,或是降低環境之溫度,目前,風扇已是現今生活不可或缺的電子產品之ㄧ。
目前現有的風扇大多由脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation, PWM)訊號來控制風扇轉速的快慢,以波形的責任週期(Duty Cycle)來控制切換元件(例如電晶體)在單位時間內導通以及關閉(ON-OFF)的比例,以控制負載的電流大小,且以藉由小信號方式直接控制風扇轉速,不需改變風扇輸入的電壓。如圖1所示,其為習知風扇轉速控制裝置1之示意圖,其由外部提供一電源電壓V1至風扇轉速控制裝置1,以驅動風扇轉速控制裝置1作動,另外,一脈寬調變訊號S1輸入至控制電路11,以控制風扇馬達7的轉速。
但是,習知之風扇轉速控制裝置容易因為外部輸入電壓的改變或不穩定及空氣阻抗不同,而造成風扇在相同脈衝寬度調變之責任週期(PWM duty cycle)下,轉速卻有所改變。因此,如何提供一種可提供穩定轉速且不易受氣阻之影響之風扇轉速控制裝置,實屬當前重要課題之一。
有鑑於上述課題,本發明之目的為提供一種可提供穩定轉速之風扇轉速控制裝置。
為達上述目的,本發明提供一種風扇轉速控制裝置,其包含一基準電壓產生電路、一第一電壓產生電路、一第二電壓產生電路及一補償控制電路。基準電壓產生電路接收一脈寬調變訊號,並輸出一基準電壓訊號;第一電壓產生電路與基準電壓產生電路電性連接,第一電壓產生電路接收脈寬調變訊號,並據以產生一第一電壓訊號;第二電壓產生電路接收一風扇轉速訊號,並據以產生一第二電壓訊號;補償控制電路與第一電壓產生電路及第二電壓產生電路電性連接,並依據第一電壓訊號及第二電壓訊號輸出一電壓差補償訊號。
於本發明之ㄧ實施例中,其中補償控制電路具有一運算放大器,其根據第一電壓訊號及第二電壓訊號,以輸出一電壓放大訊號。
於本發明之一實施例中,風扇轉速控制裝置更包含一控制電路,與基準電壓產生電路及補償控制電路電性連接,並根據基準電壓訊號及電壓差補償訊號輸出一轉速調整訊號。
於本發明之ㄧ實施例中,風扇轉速控制裝置更包含一風扇轉速感應電路,將風扇轉速訊號傳輸至第二電壓產生電路。
承上所述,因依據本發明之一種風扇轉速控制裝置,係將第一電壓產生電路與第二電壓產生電路所產生之第一電壓訊號與第二電壓訊號相比較,以補償控制電路判斷是否需補償轉速而輸出一電壓差補償訊號,再以電壓差補償訊號補償於基準電壓訊號,調整風扇之轉速。因此,本發明之風扇轉速控制裝置係可提供馬達一穩定之轉速,且轉速不易受氣阻及外部電壓變動之影響。
以下將參照相關圖式,說明依本發明較佳實施例之一種風扇轉速控制裝置。
請參照圖2所示,其為依據本發明較佳實施例之一種風扇轉速控制裝置之示意圖。本發明較佳實施例之風扇轉速控制裝置2係用以控制一馬達7之轉速。風扇轉速控制裝置2包含一基準電壓產生電路21、一第一電壓產生電路22、一第二電壓產生電路23及一補償控制電路24。
基準電壓產生電路21接收一脈寬調變訊號S1並輸出一基準電壓訊號S2。本實施例之脈寬調變訊號S1之脈寬調變責任週期若越大,則基準電壓訊號S2之電壓就越小;而脈寬調變訊號S1之脈寬調變責任週期若越小,則基準電壓訊號S2之電壓就越大。
第一電壓產生電路22與基準電壓產生電路21電性連接,第一電壓產生電路22接收脈寬調變訊號S1,並將脈寬調變訊號S1轉換為直流之ㄧ第一電壓訊號S3。本實施例之脈寬調變訊號S1之脈寬調變百分比若越大,則第一電壓訊號S3之電壓也越高;而脈寬調變訊號S1之脈寬調變百分比若越小,則第一電壓訊號S3之電壓也越低。
第二電壓產生電路23接收一風扇轉速訊號S4,並據以產生一第二電壓訊號S5。其中,風扇轉速訊號S4係為風扇實際運作時之轉速。風扇轉速越快,第二電壓訊號S5之電壓值越高;風扇轉速越慢,第二電壓訊號S5之電壓值越低。
補償控制電路24與第一電壓產生電路22及第二電壓產生電路23電性連接以接收第一電壓訊號S3及第二電壓訊號S5,並依據第一電壓訊號S3及第二電壓訊號S5輸出一電壓差補償訊號S6。當第一電壓訊號S3與第二電壓訊號S5不相同時,即輸出此電壓差補償訊號S6,以判定實際轉速與目標轉速之差距。
控制電路25與基準電壓產生電路21及補償控制電路24電性連接以接收基準電壓訊號S2及電壓差補償訊號S6,並依據基準電壓訊號S2及電壓差補償訊號S6而輸出一轉速調整訊號S7至風扇馬達7,以控制風扇馬達7之轉速。
請參照圖3,其為圖2之風扇轉速控制裝置之ㄧ電路圖。以下,係加以詳述本發明之風扇轉速控制裝置2之基準電壓產生電路21、第一電壓產生電路22、第二電壓產生電路23、補償控制電路24及控制電路25的結構及作動。另外,圖3所示的結構態樣係為輔助說明,並非用以限制本發明。
基準電壓產生電路21具有一P型電晶體或一N型電晶體,本實施例之基準電壓產生電路21係以具有一N型場效電晶體211為例。電晶體211之閘極端接收脈寬調變訊號S1,脈寬調變訊號S1經過基準電壓產生電路21之電晶體211及複數電阻212分壓後,輸出直流之一基準電壓訊號S2。本實施例之脈寬調變訊號S1之脈寬調變責任週期若越大,則基準電壓訊號S2之電壓就越小;而脈寬調變訊號S1之脈寬調變責任週期若越小,則基準電壓訊號S2之電壓就越大。
第一電壓產生電路22與基準電壓產生電路21電性連接,第一電壓產生電路22具有一電容221及複數電阻222。第一電壓產生電路22接收脈寬調變訊號S1,並據以產生直流之一第一電壓訊號S3。本實施例之脈寬調變訊號S1之脈寬調變百分比若越大,則第一電壓訊號S3之電壓也越高;而脈寬調變訊號S1之脈寬調變百分比若越小,則第一電壓訊號S3之電壓就越低。
本實施例之風扇轉速控制裝置更包含一風扇轉速感應電路(圖未繪示)。風扇轉速感應電路具有一風扇轉速感應元件,以風扇轉速感應元件測得風扇運作時之轉速,並產生一風扇轉速訊號S4且傳輸至第二電壓產生電路23。其中,若欲根據馬達7測得轉速,則風扇轉速感應元件係可為一霍爾感應器或一光耦合器;若欲根據扇葉測得轉速,則風扇轉速感應元件係可為一轉速器。另外,風扇轉速訊號S4之波形可為方波或弦波。風扇轉速訊號S4之週期係為固定,而風扇轉速訊號S4之振幅大小係依轉速而定。
第二電壓產生電路23具有一低通濾波器F,用於接收風扇轉速訊號S4,低通濾波器F係包括一運算放大器231、一電阻232和一電容233,運算放大器231、電阻232和電容233係相互並聯。其中,運算放大器231之反向輸入端接收風扇轉速訊號S4。電阻232與電容233連接運算放大器231之反向輸入端及輸出端,風扇轉速訊號S4經低通濾波器F與複數電阻232轉換後,使第二電壓產生電路23可產生直流之一第二電壓訊號S5。本實施例之風扇轉速訊號S4之轉速若越快,則第二電壓訊號S5也越高;而風扇轉速訊號S4之轉速若越慢,則第二電壓訊號S5也就越低。
補償控制電路24具有一運算放大器241、複數電阻242及一電晶體243,其中電晶體243可為一N型電晶體或P型電晶體,於本實施例中,係以N型電晶體為例。複數電阻242連結運算放大器241之輸入端,其中之一電阻242連結運算放大器241之輸出端及電晶體243之基極端。補償控制電路24與第一電壓產生電路22及第二電壓產生電路23電性連接,並接收第一電壓訊號S3及第二電壓訊號S5,第一電壓訊號S3及第二電壓訊號S5分別傳輸至運算放大器241之非反向輸入端及反向輸入端,運算放大器241將第一電壓訊號S3與第二電壓訊號S5的電壓差放大,並由輸出端輸出一電壓差放大訊號而傳送至電晶體243,電晶體243根據電壓差放大訊號輸出一電壓差補償訊號S6。當第一電壓訊號S3與第二電壓訊號S5相同時,則補償控制電路24不會輸出電壓差補償訊號S6;而當第一電壓訊號S3與第二電壓訊號S5不相同時,補償控制電路24將輸出電壓差補償訊號S6。
本實施例之風扇轉速控制裝置更包含一控制電路25,其與基準電壓產生電路21及補償控制電路24電性連接,接收基準電壓訊號S2及電壓差補償訊號S6並根據基準電壓訊號S2及電壓差補償訊號S6輸出一轉速調整訊號S7至風扇馬達7,以控制風扇馬達7之轉速。控制電路25以固定頻率之三角波比較轉速調整訊號S7。若轉速調整訊號S7之準位較低,擷取於三角波之範圍較長,則使得馬達7轉速較快;若轉速調整訊號S7之準位較高,擷取於三角波之範圍較短,則使得馬達7轉速較慢。
綜上所述,因依據本發明之一種風扇轉速控制裝置,係將第一電壓產生電路與第二電壓產生電路所產生之第一電壓訊號與第二電壓訊號相比較,以補償控制電路判斷是否需補償轉速而輸出一電壓差補償訊號,再以電壓差補償訊號補償於基準電壓訊號,調整風扇之轉速。因此,本發明之風扇轉速控制裝置係可提供馬達一穩定之轉速,且轉速不易受氣阻及外部電壓變動之影響。
以上所述僅為舉例性,而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇,而對其進行之等效修改或變更,均應包含於後附之申請專利範圍中。
1、2‧‧‧風扇轉速控制裝置
11、25‧‧‧控制電路
21‧‧‧基準電壓產生電路
211、243‧‧‧電晶體
212、222、232、242‧‧‧電阻
22‧‧‧第一電壓產生電路
221、233‧‧‧電容
23‧‧‧第二電壓產生電路
231、241‧‧‧運算放大器
24‧‧‧補償控制電路
7‧‧‧馬達
F‧‧‧低通濾波器
S1‧‧‧脈寬調變訊號
S2‧‧‧基準電壓訊號
S3‧‧‧第一電壓訊號
S4‧‧‧風扇轉速訊號
S5‧‧‧第二電壓訊號
S6‧‧‧電壓差補償訊號
S7‧‧‧轉速調整訊號
V1‧‧‧電源電壓
圖1為習知風扇轉速控制裝置的示意圖;
圖2為依據本發明較佳實施例之一種風扇轉速控制裝置的示意圖;以及
圖3為圖2之風扇轉速控制裝置的電路圖。
2‧‧‧風扇轉速控制裝置
21‧‧‧基準電壓產生電路
22‧‧‧第一電壓產生電路
23‧‧‧第二電壓產生電路
24‧‧‧補償控制電路
25‧‧‧控制電路
7‧‧‧馬達
S1‧‧‧脈寬調變訊號
S2‧‧‧基準電壓訊號
S3‧‧‧第一電壓訊號
S4‧‧‧風扇轉速訊號
S5‧‧‧第二電壓訊號
S6‧‧‧電壓差補償訊號
S7‧‧‧轉速調整訊號

Claims (10)

  1. 一種風扇轉速控制裝置,係包含:
    一基準電壓產生電路,接收一脈寬調變訊號,並輸出一基準電壓訊號;
    一第一電壓產生電路,與該基準電壓產生電路電性連接,該第一電壓產生電路接收該脈寬調變訊號,並據以產生一第一電壓訊號;
    一第二電壓產生電路,接收一風扇轉速訊號,並據以產生一第二電壓訊號;以及
    一補償控制電路,與該第一電壓產生電路及該第二電壓產生電路電性連接,該補償控制電路接收該第一電壓訊號和該第二電壓訊號並依據該第一電壓訊號及該第二電壓訊號輸出一電壓差補償訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置,其中該基準電壓訊號、該第一電壓訊號及該第二電壓訊號均為一直流訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置,其中該第二電壓產生電路具有一低通濾波器,用以接收該風扇轉速訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之風扇轉速控制裝置,其中該低通濾波器係包括一運算放大器、一電阻和一電容,該運算放大器、該電阻和該電容係相互並聯。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置,其中該補償控制電路具有一運算放大器,該運算放大器根據該第一電壓訊號及該第二電壓訊號,以輸出一電壓放大訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之風扇轉速控制裝置,其中該補償控制電路更具有一電晶體,該電晶體連接該運算放大器之一輸出端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置,更包含一控制電路,與該基準電壓產生電路及該補償控制電路電性連接,接收該基準電壓訊號和該電壓差補償訊號並根據該基準電壓訊號及該電壓差補償訊號輸出一轉速調整訊號至一風扇之馬達。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置,更包含一風扇轉速感應電路,將該風扇轉速訊號傳輸至該第二電壓產生電路。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之風扇轉速控制裝置,其中該風扇轉速感應電路具有一風扇轉速感應元件。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之風扇轉速控制裝置,其中該風扇轉速感應元件係為一霍爾感應器或一光耦合器。
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