TWI435530B - 具有回授補償控制之通風裝置及其操作方法 - Google Patents

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Yueh Shan Lin
Yan Lin Chen
Chih Hua Lin
Te Chung Liu
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Description

具有回授補償控制之通風裝置及其操作方法
本發明係有關一種通風裝置及其操作方法，尤指一種具有回授補償控制之通風裝置及其操作方法。
傳統的家庭用通風裝置(例如換氣扇)，係使用蔽極式馬達或者是電容式馬達。但交流馬達的效率較差，一般而言效率值介於0.8~5.0CFM/Watt，然而，美國能源之星(Energy Star)的要求係為效率需達到2.8CFM/Watt。因此，現今家庭用通風裝置改採用直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。
直流無刷馬達構造簡單、堅固、免維護且體積小的特點，同時也擁有與直流馬達相似的性能，加上其轉子為永磁性材料構成，不需激磁電流且轉動慣量小，可提昇轉動效率與減少轉子功率消耗，所以常被應用許多精密機械、自動化控制、消費性電子產品與電腦週邊上。
雖然直流無刷馬達可大幅改善效率能提昇至6~12CFM/Watt。但由於效率的提昇，卻降低了最大風壓，而導致無法符合美國能源之星的要求。再者，改善最大風壓後，通常會使直流馬達風扇的消耗功率變大。
請參見第一圖係為先前技術一通風裝置之電路圖。該通風裝置係包含一電源轉換單元10A、一驅動電路20A、一直流馬達30A、一電流感測單元40A以及一微控制器50A。該電源轉換單元10A係接收一交流電源電壓Vac，並轉換該交流電源電壓Vac為一直流電源電壓Vo。該電源轉換單元10A係包含一電磁干擾濾波器102A、一整流器104A、一脈波寬度調變積體電路106A、一直流轉換器108A、一濾波器110A、一光耦合器112A以及一誤差放大器114A。
該電磁干擾濾波器102A係接收該交流電源電壓Vac，以消除該交流電源電壓Vac之雜訊。該整流器104A係電性連接該電磁干擾濾波器102A，以對濾波後之該交流電源電壓Vac進行整流操作，並且，輸出一直流輸出電壓(未圖示)。該直流轉換器108A係電性連接該整流器104A，以接收該直流輸出電壓，並轉換該交流電源電壓Vac所提供之能量至輸出側，並且提供負載所需之一直流電壓。該濾波器110A係電性連接該直流轉換器108A，對該直流電壓進行濾波之操作，以產生該直流電源電壓Vo。該脈波寬度調變積體電路106A係電性連接該整流器104A與該直流轉換器108A，以輸出一脈波寬度調變信號控制該直流轉換器108A之開關(未圖示)切換，而達成輸入側與輸出側之間能量轉換。該光耦合器112A係電性連接該脈波寬度調變積體電路106A，以提供該電源轉換單元10A輸入側與輸出側之訊號隔離。該誤差放大器114A係電性連接該光耦合器112A，並接收該直流電源電壓Vo，透過電阻分壓(如圖所示之一第一電阻R1a與一第二電阻R2a)所得之分壓電壓與一參考電壓V1比較，產生一誤差放大訊號(未圖示)，透過該光耦合器112A回授至該脈波寬度調變積體電路106A，進而控制該直流轉換 器108A之輸出。
該驅動電路20A係電性連接該電源轉換單元10A，以接收該直流電源電壓Vo並輸出一驅動電壓(未圖示)，以驅動該直流馬達30A。該直流馬達30A係電性連接該驅動電路20A，並由該驅動電路20A輸出之該驅動電壓所驅動。其中，該直流馬達30A係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。該電流感測單元40A係電性連接該驅動電路20A與該直流馬達30A，以感測該直流馬達30A之一輸出電流(未圖示)。該微控制器50A係電性連接該驅動電路20A與該電流感測單元40A，以接收該直流馬達30A之該輸出電流以及該直流電源電壓Vo，而控制該驅動電路20A，進而驅動該直流馬達30A。
對於該通風裝置利用電阻分壓控制而言，因為
因此，一旦該第一電阻R1a與該第二電阻R2a為定值時，則該直流電源電壓Vo也為定值，並且，其大小為
配合參見第二圖係為先前技術該通風裝置之風壓流量特性曲線圖。如圖所示有一第一曲線Cv1(亦即為一低壓-低速曲線)與一第二曲線Cv2(亦即為一高壓-高速曲線)。承上所述，若該第一電阻R1a與該第二電阻R2a為定值時，則當該通風裝置操作於該直流電 源電壓Vo為低壓時，則該通風裝置之流量與風壓之特性，就會以該第一曲線Cv1方式表現出來。同樣地，當該通風裝置操作於該直流電源電壓Vo為高壓時，則該通風裝置之流量與風壓之特性，就會以該第二曲線Cv2方式表現出來。
惟，根據美國能源之星(Energy Star)對於通風裝置在功率消耗與流量之要求如下，以80CFM換氣量為例：一、0.1(inch-H2O)風壓時，流量為80CFM時的能源效率需高於2.8CFM/Watt；及二、0.25(inch-H2O)風壓時流量與0.1(inch-H2O)風壓時流量的比需在60%以上。
因此，對該通風裝置操作於該第一曲線(低壓-低速)Cv1時，係滿足上述第一點要求，亦即，可達到能源效率的要求，但卻無法滿足第二點要求，因為0.25(inch-H2O)風壓時流量與0.1(inch-H2O)風壓時流量的比僅為20/80=25%，係可由一第一操作點Ps1與一第二操作點Ps2求出。再者，對該通風裝置操作於該第二曲線(高壓-高速)Cv2時，係滿足上述第二點要求，亦即，達0.25(inch-H2O)風壓時流量與0.1(inch-H2O)風壓時流量的比需在60%以上，係可由一第三操作點Ps3與一第四操作點Ps4求出。
但在0.1(inch-H2O)風壓時，風量已大幅超過80CFM，而無法使消耗功率最低。
故此，若以固定電阻分壓控制而言，係無法完全滿足美國能源之星所規範之要求。
因此，如何設計出一種具有回授補償控制之通風裝置及其操作方 法，透過提供電壓補償單元補償該直流電源電壓，進而控制該直流馬達在不同直流電源電壓操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範，乃為本案創作人所欲行克服並加以解決的一大課題。
本發明之一目的在於提供一種具有回授補償控制之通風裝置，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具有回授補償控制之通風裝置，係操作於兩段式回授補償控制。具有回授補償控制之通風裝置係包含電源轉換單元、驅動電路、直流馬達、電流感測單元、電壓補償單元以及調控單元。
電源轉換單元係接收交流電源電壓，並轉換交流電源電壓為直流電源電壓。驅動電路係電性連接電源轉換單元，以接收直流電源電壓並輸出驅動電壓。直流馬達係電性連接驅動電路，並由驅動電路產生之驅動電壓所驅動。電流感測單元係電性連接直流馬達與驅動電路，以感測直流馬達之輸出電流。電壓補償單元係電性連接電源轉換單元。調控單元係電性連接電流感測單元、驅動電路以及電壓補償單元，以接收輸出電流，並且，調控單元更產生臨界電流值與輸出電流比較。
其中，若輸出電流小於臨界電流值，調控單元則產生直流控制信號，以控制電壓補償單元調整直流電源電壓，進而透過驅動電路調整直流馬達之轉速。
本發明之另一目的在於提供一種具有回授補償控制之通風裝置，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具有回授補償控制之通風裝置，係操作於多段式回授補償控制。具有回授補償控制之通風裝置係包含電源轉換單元、驅動電路、直流馬達、電流感測單元、電壓補償單元以及調控單元。
電源轉換單元係接收交流電源電壓，並轉換交流電源電壓為直流電源電壓。驅動電路係電性連接電源轉換單元，以接收直流電源電壓並輸出驅動電壓。直流馬達係電性連接驅動電路，並由驅動電路產生之驅動電壓所驅動。電流感測單元係電性連接直流馬達與驅動電路，以感測直流馬達之輸出電流。電壓補償單元係電性連接電源轉換單元。調控單元係電性連接電流感測單元、驅動電路以及電壓補償單元，以接收輸出電流並且，調控單元更產生複數個臨界電流值與輸出電流比較。
其中，利用對應每一臨界電流值與輸出電流比較，調控單元則產生具有對應責任週期之脈波寬度調變控制信號或數位控制信號，以控制電壓補償單元調整直流電源電壓，進而透過驅動電路調整直流馬達之轉速。
本發明之再一目的在於提供一種具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，以克服習知技術的問題。
因此本發明之具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，係操作於兩段式或多段式回授補償控制。具有回授補償控制之通風裝置操作方法之步驟係包含：首先，提供電源轉換單元，以接收交流電源電壓，並轉換交流電源電壓為直流電源電壓，以驅動直流馬達。然後，提供驅動電路，以接收直流電源電壓並輸出驅動電壓 以驅動直流馬達。然後，提供電壓補償單元。然後，提供電流感測單元，以感測直流馬達之輸出電流。最後，提供調控單元，以接收輸出電流並與至少一臨界電流值比較，以控制電壓補償單元調整直流電源電壓，進而透過驅動電路調整直流馬達之轉速。
為了能更進一步瞭解本發明為達成預定目的所採取之技術、手段及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得一深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
〔先前技術〕
10A‧‧‧電源轉換單元
102A‧‧‧電磁干擾濾波器
104A‧‧‧整流器
106A‧‧‧脈波寬度調變積體電路
108A‧‧‧直流轉換器
110A‧‧‧濾波器
112A‧‧‧光耦合器
114A‧‧‧誤差放大器
20A‧‧‧驅動電路
30A‧‧‧直流馬達
40A‧‧‧電流感測單元
50A‧‧‧微控制器
R1a‧‧‧第一電阻
R2a‧‧‧第二電阻
Vac‧‧‧交流電源電壓
Vo‧‧‧直流電源電壓
V1‧‧‧參考電壓
Cv1‧‧‧第一曲線
Cv2‧‧‧第二曲線
Ps1‧‧‧第一操作點
Ps2‧‧‧第二操作點
Ps3‧‧‧第三操作點
Ps4‧‧‧第四操作點
〔本發明〕
10‧‧‧電源轉換單元
102‧‧‧電磁干擾濾波器
104‧‧‧整流器
106‧‧‧脈波寬度調變積體電路
108‧‧‧直流轉換器
110‧‧‧濾波器
112‧‧‧光耦合器
114‧‧‧誤差放大器
20‧‧‧驅動電路
30‧‧‧直流馬達
40‧‧‧電流感測單元
50‧‧‧調控單元
60‧‧‧電壓補償單元
602‧‧‧濾波電路
604‧‧‧數位類比轉換器
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
R4‧‧‧第四電阻
S1‧‧‧第一開關
Sc‧‧‧直流控制信號
Spwm‧‧‧脈波寬度調變控制信號
Sd‧‧‧數位控制信號
Vac‧‧‧交流電源電壓
Vo‧‧‧直流電源電壓
V1‧‧‧參考電壓
V‧‧‧補償電壓
Cv1‧‧‧第一曲線
Cv2‧‧‧第二曲線
Cv3‧‧‧第三曲線
Ps1‧‧‧第一操作點
Ps2‧‧‧第二操作點
Ps3‧‧‧第三操作點
Ps4‧‧‧第四操作點
Px1‧‧‧第一切換操作點
Px2‧‧‧第二切換操作點
S100~S500‧‧‧步驟
第一圖係為先前技術一通風裝置之電路圖；第二圖係為先前技術該通風裝置之風壓流量特性曲線圖；第三圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置兩段式回授補償控制之一較佳實施例電路圖；第四圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置之風壓流量特性曲線圖；第五圖A係為本發明具有回授補償控制之通風裝置多段式回授補償控制之一第一實施例電路圖；第五圖B係為本發明具有回授補償控制之通風裝置多段式回授補償控制之一第二實施例電路圖；及第六圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置操作方法之流程圖。
茲有關本發明之技術內容及詳細說明，配合圖式說明如下：請參見第三圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置兩段式回授補償控制之一較佳實施例電路圖。該具有回授補償控制之通風裝置，係操作於兩段式回授補償控制。該具有回授補償控制之通風裝置係包含一電源轉換單元10、一驅動電路20、一直流馬達30、一電流感測單元40、一調控單元50以及一電壓補償單元60。
該電源轉換單元10係接收一交流電源電壓Vac，並轉換該交流電源電壓Vac為一直流電源電壓Vo。該電源轉換單元10係包含一電磁干擾濾波器102、一整流器104、一脈波寬度調變積體電路(PWM IC)106、一直流轉換器108、一濾波器110、一光耦合器112以及一誤差放大器114。
該電磁干擾濾波器102係接收該交流電源電壓Vac，以消除該交流電源電壓Vac之雜訊。該整流器104係電性連接該電磁干擾濾波器102，以對濾波後之該交流電源電壓Vac進行整流操作，並且，輸出一直流輸出電壓(未圖示)。該直流轉換器108係電性連接該整流器104，以接收該直流輸出電壓，並轉換該交流電源電壓Vac所提供之能量至輸出側，並且提供負載所需之一直流電壓。該濾波器110係電性連接該直流轉換器108，對該直流電壓進行濾波之操作，以產生該直流電源電壓Vo。該脈波寬度調變積體電路106係電性連接該整流器104與該直流轉換器108，以輸出一脈波寬度調變信號控制該直流轉換器108之開關(未圖示)切換，而達成輸入側與輸出側之間能量轉換。該光耦合器112係電性連接該脈波寬度調變積體電路106，以提供該電源轉換單元10輸入側與輸出側之訊號隔離。該誤差放大器114係電性連接該光耦合器112，並接 收該直流電源電壓Vo，透過電阻分壓，如圖所示之該第一電阻R1、該第二電阻R2以及該電壓補償單元60所包含之電阻(將於後文有詳細說明)所得之分壓電壓與一參考電壓V1比較，產生一誤差放大訊號(未圖示)，以回授至該脈波寬度調變積體電路106，進而控制該直流轉換器108之輸出。
該驅動電路20係電性連接該電源轉換單元10，以接收該直流電源電壓Vo並輸出一驅動電壓(未圖示)，以驅動該直流馬達30。
該直流馬達30係電性連接該驅動電路20，並由該驅動電路20輸出之該驅動電壓所驅動。其中，該直流馬達30係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。該電壓補償單元60係電性連接該電源轉換單元10，以調整該直流電源電壓Vo，進而調整該直流馬達30之轉速。
該電流感測單元40係電性連接該驅動電路20與該直流馬達30，以感測該直流馬達30之一輸出電流(未圖示)。該調控單元50係電性連接該電流感測單元40、該驅動電路20以及該電壓補償單元60，以接收該輸出電流，並且，該調控單元50更產生一臨界電流值(未圖示)與該輸出電流比較。但不以此限，該調控單元50亦可產生一臨界電壓值，再透過將輸出電流轉換成電壓形式，與該臨界電壓值進行比較。其中，若該輸出電流小於該臨界電流值，該調控單元50則產生一直流控制信號Sc，以控制該電壓補償單元60調整該直流電源電壓Vo，進而透過該驅動電路20調整該直流馬達30之轉速，使得該直流馬達30在不同直流電源電壓Vo操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範。
該具有兩段式回授補償控制之通風裝置之詳細電路架構與操作原理，將如下所述。在本實施例中，該電壓補償單元60係包含一第三電阻R3與一第一開關S1。配合參見第四圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置之風壓流量特性曲線圖。如先前技術所示，第四圖所示具有該第一曲線(低壓-低速)Cv1與該第二曲線(高壓-高速)Cv2。該電流感測單元40係偵測該直流馬達30之輸出電流，並且，透過該調控單元50所產生該臨界電流值與該輸出電流比較(或者，經轉換之該臨界電壓值與該直流馬達30之輸出電流同樣轉換為電壓訊號進行比較)。其中，該調控單元50係可為一微控制器(MCU)。
其中，若該輸出電流小於該臨界電流值，該調控單元50則產生該直流控制信號Sc，利用導通該第一開關S1而導入該第三電阻R3，使得該第三電阻R3與該第二電阻R2並聯，產生新的等效電阻值，而改變該直流電源電壓Vo之大小(在本發明之應用係為增大該直流電源電壓Vo)，故此，使該直流馬達30之轉速增加。
此時，該直流電源電壓Vo大小為：
因此，由第四圖可明顯看出，原本該通風裝置係操作在該第一曲線Cv1，但當該通風裝置運轉達到一第一切換操作點Px1之後，該調控單元50產生該直流控制信號Sc，利用導通該第一開關S1而導入該第三電阻R3，而改變該直流電源電壓Vo之大小，使該直流馬達30之轉速增加。因此，該通風裝置則由原本操作在該第一曲線 (低壓-低速)Cv1，隨著該直流馬達30之轉速逐漸增加，而改變為操作在該第二曲線(高壓-高速)Cv2，使得該通風裝置運轉達到一第二切換操作點Px2之前，能被控制運轉在該第二曲線(高壓-高速)Cv2上。亦即，該通風裝置係透過回授補償控制，能在到達該第一切換操作點Px1之後以及到達該第二切換操作點Px2之前，完成由該第一曲線(低壓-低速)Cv1切換至該第二曲線(高壓-高速)Cv2之操作(亦即，操作在一第三曲線Cv3上)，但不以第四圖所示之曲線路徑為限，皆可達成本發明之回授補償控制。其中，該第一切換操作點Px1與該第二切換操作點Px2係可透過預先設定，再配合該電流感測單元40係偵測該直流馬達30之輸出電流，與該調控單元50所產生之該臨界電流值比較，以產生該直流控制信號Sc，以控制該電壓補償單元60調整該直流電源電壓Vo，進而透過該驅動電路20調整該直流馬達30之轉速，而實現該通風裝置之兩段式回授補償控制。故此，可達到美國能源之星對於通風裝置在功率消耗與流量之要求。
請參見第五圖A與第五圖B係分別為本發明具有回授補償控制之通風裝置多段式回授補償控制之一第一實施例與一第二實施例電路圖。該具有回授補償控制之通風裝置，係操作於多段式回授補償控制(有別於前述之兩段式回授補償控制)。該具有回授補償控制之通風裝置係包含一電源轉換單元10、一驅動電路20、一直流馬達30、一電流感測單元40、一調控單元50以及一電壓補償單元60。
該電源轉換單元10係接收一交流電源電壓Vac，並轉換該交流電源電壓Vac為一直流電源電壓Vo。該電源轉換單元10係包含一電 磁干擾濾波器102、一整流器104、一脈波寬度調變積體電路(PWM IC)106、一直流轉換器108、一濾波器110、一光耦合器112以及一誤差放大器114。
該電磁干擾濾波器102係接收該交流電源電壓Vac，以消除該交流電源電壓Vac之雜訊。該整流器104係電性連接該電磁干擾濾波器102，以對濾波後之該交流電源電壓Vac進行整流操作，並且，輸出一直流輸出電壓(未圖示)。該直流轉換器108係電性連接該整流器104，以接收該直流輸出電壓，並轉換該交流電源電壓Vac所提供之能量至輸出側，並且提供負載所需之一直流電壓。該濾波器110係電性連接該直流轉換器108，對該直流電壓進行濾波之操作，以產生該直流電源電壓Vo。該脈波寬度調變積體電路106係電性連接該整流器104與該直流轉換器108，以輸出一脈波寬度調變信號控制該直流轉換器108之開關(未圖示)切換，而達成輸入側與輸出側之間能量轉換。該光耦合器112係電性連接該脈波寬度調變積體電路106，以提供該電源轉換單元10輸入側與輸出側之訊號隔離。該誤差放大器114係電性連接該光耦合器112，並接收該直流電源電壓Vo，透過電阻分壓，如圖所示之該第一電阻R1、該第二電阻R2以及該電壓補償單元60所包含之電阻(將於後文有詳細說明)所得之分壓電壓與一參考電壓V1比較，產生一誤差放大訊號(未圖示)，以回授至該脈波寬度調變積體電路106，進而控制該直流轉換器108之輸出。
該驅動電路20係電性連接該電源轉換單元10，以接收該直流電源電壓Vo並輸出一驅動電壓(未圖示)，以驅動該直流馬達30。
該直流馬達30係電性連接該驅動電路20，並由該驅動電路20輸出 之該驅動電壓所驅動。其中，該直流馬達30係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。該電壓補償單元60係電性連接該電源轉換單元10，以補償該直流電源電壓Vo，進而調整該直流馬達30之轉速。
該電流感測單元40係電性連接該驅動電路20與該直流馬達30，以感測該直流馬達30之一輸出電流(未圖示)。該調控單元50係電性連接該電流感測單元40、該驅動電路20以及該電壓補償單元60，以接收該輸出電流，並且，該調控單元50更產生複數個臨界電流值(未圖示)與該輸出電流比較。但不以此限，該調控單元50亦可產生複數個臨界電壓值，再透過將輸出電流轉換成電壓形式，與該臨界電壓值進行比較。其中，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元50則產生具有對應責任週期之一脈波寬度調變控制信號Spwm(參見第五圖A)或一數位控制信號Sd(參見第五圖B)，以控制該電壓補償單元60調整該直流電源電壓Vo，進而透過該驅動電路20調整該直流馬達30之轉速，使得該直流馬達30在不同直流電源電壓Vo操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範。
該具有多段式回授補償控制之通風裝置之詳細電路架構與操作原理，將如下所述。在第一實施例中(參見第五圖A)，該電壓補償單元60係包含一第四電阻R4與一濾波電路602。此外，在第二實施例中(參見第五圖B)，該電壓補償單元60係包含一第四電阻R4與一數位類比轉換電路(digital-to-analog conversion circuit)604。承上所述，該電流感測單元40係偵測該直流馬達30之輸出電流，並且透過該調控單元50所產生該些臨界電流值與 該輸出電流比較(或者，經轉換之該些臨界電壓值與該直流馬達30之輸出電流同樣轉換為電壓訊號進行比較)，其中，該調控單元50係可為一微控制器(MCU)。
對第一實施例而言，當該調控單元50產生該脈波寬度調變控制信號Spwm時，該濾波電路602則對該脈波寬度調變控制信號Spwm提供濾波之操作，以產生一補償電壓V2。其中，該補償電壓V2之電壓準位可由該調控單元50控制該脈波寬度調變控制信號Spwm之責任週期(duty cycle)而調整。因此，使得該第四電阻R4與該第二電阻R2並聯，產生新的等效電阻值，而改變該直流電源電壓Vo之大小(在本發明之應用係為增大該直流電源電壓Vo)，故此，使該直流馬達30之轉速增加。
此時，該直流電源電壓Vo大小為：
對第二實施例而言，當該調控單元50產生該數位控制信號Sd時，該數位類比轉換電路604則對該數位控制信號Sd提供數位轉類比之操作，以產生一補償電壓V2。其中，該補償電壓V2之電壓準位可由該調控單元50控制該數位控制信號Sd之位元而調整。因此，使得該第四電阻R4與該第二電阻R2並聯，產生新的等效電阻值，而改變該直流電源電壓Vo之大小(在本發明之應用係為增大該直流電源電壓Vo)，故此，使該直流馬達30之轉速增加。
同樣地，該直流電源電壓Vo大小為：
因此，在上述兩種實施例中，該通風裝置係可進行多段式回授補償控制，亦即，可針對不同之風壓與流量之規範要求，而透過調整該脈波寬度調變控制信號Spwm之不同責任週期或該數位控制信號Sd之不同位元，實現該通風裝置之多段式回授補償控制。亦即，可透過設定不同之切換操作點(有別於第一實施例兩段式回授補償控制僅需設定兩個切換操作點)，達成多段式回授補償控制。其中，該些切換操作點係可透過預先設定，再配合該電流感測單元40係偵測該直流馬達30之輸出電流，與該調控單元50所產生之該些臨界電流值比較，以產生該脈波寬度調變控制信號Spwm或該數位控制信號Sd，再分別透過該濾波電路602或該數位類比轉換電路604輸出該補償電壓V2，而導入該第四電阻R4以產生新的等效電阻值，而改變該直流電源電壓Vo之大小，進而透過該驅動電路20調整該直流馬達30之轉速，而實現該通風裝置之多段式回授補償控制。故此，可達到美國能源之星對於通風裝置在功率消耗與流量之要求。
請參見第六圖係為本發明具有回授補償控制之通風裝置操作方法之流程圖。該具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，係操作於兩段式或多段式回授補償控制。該具有回授補償控制之通風裝置操作方法之步驟係包含：首先提供一電源轉換單元，以接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電壓為一直流電源電壓，以驅動一直流馬達(S100)，其中該直流馬達係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。接著，提供一驅動電路，以接收 該直流電源電壓並輸出一驅動電壓以驅動一直流馬達(S200)。接著，提供一電流感測單元，以感測該直流馬達之一輸出電流(S300)。接著，提供一電壓補償單元(S400)。其中，該電壓補償單元係包含一電阻與一開關元件，或者，該電壓補償單元可包含一電阻與一濾波電路或一數位類比轉換電路。最後，提供一調控單元，以接收該輸出電流並與至少一臨界電流值比較，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而調整該直流馬達之轉速(S500)。其中，該調控單元係為一微控制器(MCU)。
若當該電壓補償單元包含該電阻與該開關元件時，在步驟(S500)中，該調控單元係產生一臨界電流值與該輸出電流比較，若該輸出電流小於該臨界電流值，該調控單元則產生一直流控制信號，並利用該直流控制信號導通該開關元件而導入該電阻，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速，而實現該通風裝置之兩段式回授補償控制。使得該直流馬達在不同直流電源電壓操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範。
或者，若當該電壓補償單元包含該電阻與該濾波電路時，在步驟(S500)中，該調控單元係產生複數個臨界電流值與該輸出電流比較，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一脈波寬度調變控制信號，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速，而實現該通風裝置之多段式回授補償控制。使得該直流馬達在不同直流電源電壓操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範。
再者，若當該電壓補償單元包含該電阻與該數位類比轉換電路時 ，在步驟(S500)中，該調控單元係產生複數個臨界電流值與該輸出電流比較，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一數位控制信號，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速，而實現該通風裝置之多段式回授補償控制。使得該直流馬達在不同直流電源電壓操作下，同時達到消耗功率與流量比之規範。
綜上所述，本發明係具有以下之優點：1、該通風裝置(換氣扇)在無阻抗下(free air)，可在額定的轉速與風量下，操作在最小功率，而達到最高效率運轉；2．藉由此回授補償控制，可改善換氣扇於運轉過程中，因直流馬達線圈溫度升高，導致其線阻增加，造成通過直流馬達之電流下降，而使風扇轉速變慢之狀況；3．使用此回授補償控制，可使換氣扇在系統阻抗增加時，得到比無回授補償控制下之更大換氣風量；及4．使用此回授補償控制，可依據需求調整一個或複數個回授啟動點電壓，而達成兩段式或多段式回授補償控制。
惟，以上所述，僅為本發明較佳具體實施例之詳細說明與圖式，惟本發明之特徵並不侷限於此，並非用以限制本發明，本發明之所有範圍應以下述之申請專利範圍為準，凡合於本發明申請專利範圍之精神與其類似變化之實施例，皆應包含於本發明之範疇中，任何熟悉該項技藝者在本發明之領域內，可輕易思及之變化或修飾皆可涵蓋在以下本案之專利範圍。
10‧‧‧電源轉換單元
102‧‧‧電磁干擾濾波器
104‧‧‧整流器
106‧‧‧脈波寬度調變積體電路
108‧‧‧直流轉換器
110‧‧‧濾波器
112‧‧‧光耦合器
114‧‧‧誤差放大器
20‧‧‧驅動電路
30‧‧‧直流馬達
40‧‧‧電流感測單元
50‧‧‧調控單元
60‧‧‧電壓補償單元
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
R3‧‧‧第三電阻
S1‧‧‧第一開關
Sc‧‧‧直流控制信號
Vac‧‧‧交流電源電壓
Vo‧‧‧直流電源電壓
V1‧‧‧參考電壓

Claims (12)

  1. 一種具有回授補償控制之通風裝置，係操作於兩段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置係包含：一電源轉換單元，係接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電壓為一直流電源電壓；一驅動電路，係電性連接該電源轉換單元，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓；一直流馬達，係電性連接該驅動電路，並由該驅動電路產生之該驅動電壓所驅動；一電流感測單元，係電性連接該直流馬達與該驅動電路，以感測該直流馬達之一輸出電流；一電壓補償單元，係包含一電阻與一開關元件，並且電性連接該電源轉換單元；及一調控單元，係電性連接該電流感測單元、該驅動電路以及該電壓補償單元，以接收該輸出電流，並且，該調控單元更產生一臨界電流值與該輸出電流比較；其中，若該輸出電流小於該臨界電流值，該調控單元則產生一直流控制信號導通該開關元件而導入該電阻，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  2. 如申請專利範圍第1項具有回授補償控制之通風裝置，其中該調控單元係為一微控制器。
  3. 如申請專利範圍第1項具有回授補償控制之通風裝置，其中該直流馬達係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。
  4. 一種具有回授補償控制之通風裝置，係操作於多段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置係包含：一電源轉換單元，係接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電壓為一直流電源電壓；一驅動電路，係電性連接該電源轉換單元，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓；一直流馬達，係電性連接該驅動電路，並由該驅動電路產生之該驅動電壓所驅動；一電流感測單元，係電性連接該直流馬達與該驅動電路，以感測該直流馬達之一輸出電流；一電壓補償單元，係包含一電阻與一濾波電路，並且電性連接該電源轉換單元；及一調控單元，係電性連接該電流感測單元、該驅動電路以及該電壓補償單元，以接收該輸出電流，並且，該調控單元更產生複數個臨界電流值與該輸出電流比較；其中，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一脈波寬度調變控制信號，並提供不同責任週期輸出，使得該濾波電路對該脈波寬度調變控制信號提供濾波之操作，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  5. 一種具有回授補償控制之通風裝置，係操作於多段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置係包含：一電源轉換單元，係接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電 壓為一直流電源電壓；一驅動電路，係電性連接該電源轉換單元，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓；一直流馬達，係電性連接該驅動電路，並由該驅動電路產生之該驅動電壓所驅動；一電流感測單元，係電性連接該直流馬達與該驅動電路，以感測該直流馬達之一輸出電流；一電壓補償單元，係包含一電阻與一數位類比轉換電路，並且電性連接該電源轉換單元；及一調控單元，係電性連接該電流感測單元、該驅動電路以及該電壓補償單元，以接收該輸出電流，並且，該調控單元更產生複數個臨界電流值與該輸出電流比較；其中，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一數位控制信號，並提供不同位元輸出，使得該數位類比轉換電路對該數位控制信號提供數位轉類比之操作，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  6. 如申請專利範圍第4或5項具有回授補償控制之通風裝置，其中該調控單元係為一微控制器。
  7. 如申請專利範圍第4或5項具有回授補償控制之通風裝置，其中該直流馬達係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。
  8. 一種具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，係操作於兩段式或多段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置操作方法之步驟係包含：(a)提供一電源轉換單元，以接收一交流電源電壓，並轉換該交 流電源電壓為一直流電源電壓；(b)提供一驅動電路，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓以驅動一直流馬達；(c)提供一電流感測單元，以感測該直流馬達之一輸出電流；(d)提供一電壓補償單元，其中該電壓補償單元係包含一電阻與一開關單元；及(e)提供一調控單元，以接收該輸出電流並與該調控單元所產生之一臨界電流值比較；若該輸出電流小於該臨界電流值，該調控單元則產生一直流控制信號導通該開關元件而導入該電阻，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  9. 一種具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，係操作於兩段式或多段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置操作方法之步驟係包含：(a)提供一電源轉換單元，以接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電壓為一直流電源電壓；(b)提供一驅動電路，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓以驅動一直流馬達；(c)提供一電流感測單元，以感測該直流馬達之一輸出電流；(d)提供一電壓補償單元，其中該電壓補償單元係包含一電阻與一濾波電路；及(e)提供一調控單元，以接收該輸出電流與該調控單元所產生之複數個臨界電流值，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一脈波寬度調變控制信號，並提供不同責任週期輸出，使得該濾波電路對該脈波寬度調變控制信號提供濾 波之操作，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  10. 一種具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，係操作於兩段式或多段式回授補償控制；該具有回授補償控制之通風裝置操作方法之步驟係包含：(a)提供一電源轉換單元，以接收一交流電源電壓，並轉換該交流電源電壓為一直流電源電壓；(b)提供一驅動電路，以接收該直流電源電壓並輸出一驅動電壓以驅動一直流馬達；(c)提供一電流感測單元，以感測該直流馬達之一輸出電流；(d)提供一電壓補償單元，其中該電壓補償單元係包含一電阻與一數位類比轉換電路；及(e)提供一調控單元，以接收該輸出電流與該調控單元所產生之複數個臨界電流值，利用對應每一該臨界電流值與該輸出電流比較，該調控單元則產生一數位控制信號，並提供不同位元輸出，使得該數位類比轉換電路對該數位控制信號提供數位轉類比之操作，以控制該電壓補償單元調整該直流電源電壓，進而透過該驅動電路調整該直流馬達之轉速。
  11. 如申請專利範圍第8或9或10項之具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，該調控單元係為一微控制器。
  12. 如申請專利範圍第8或9或10項之具有回授補償控制之通風裝置之操作方法，其中該直流馬達係為一直流無刷馬達(brushless DC motor,BLDCM)。
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