TWI439040B - 風扇轉速控制裝置 - Google Patents

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Chien Sheng Lin
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Chun Lung Chiu
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Delta Electronics Inc
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/06—Arrangements for speed regulation of a single motor wherein the motor speed is measured and compared with a given physical value so as to adjust the motor speed
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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators

Description

風扇轉速控制裝置
本發明係關於一種風扇轉速控制裝置，特別關於一種無刷直流風扇之風扇轉速控制裝置。
目前無刷直流風扇馬達之驅動機制，主要是當定子之繞組線圈通電後，配合霍爾感測器(Hall sensor)判斷永久磁鐵轉子的磁極位置，轉換流經定子之繞組線圈的電流方向，以產生交變磁場，而推斥永久磁鐵轉子持續轉動。另外，關於風扇馬達之轉速控制技術，以脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)技術最為常見。
請參照圖1所示，習知之風扇轉速控制裝置1係用以控制一馬達7之轉速，風扇轉速控制裝置1具有一轉速電壓轉換電路11、控制電路12、脈寬調變電路13及切換電路14。轉速電壓轉換電路11接收一轉速訊號S1，轉速訊號S1係為馬達7運作時之轉速，轉速電壓轉換電路11將轉速訊號S1轉換為一電壓訊號S2，並傳輸至控制電路12。控制電路12具有一比例積分微分(PID)控制器，控制電路12接收一電壓訊號S2及一目標電壓訊號S3，並將電壓訊號S2與目標電壓訊號S3運算之後，輸出一訊號S4。脈寬調變電路13依據訊號S4及一基本頻率訊號S5而產生一脈寬調變訊號S6。切換電路14以脈寬調變訊號S6控制複數開關元件之開關，使得切換電路14輸出一控制訊號S7控制馬達7之轉速。
習知馬達之定速控制方法，例如，上述之比例微分積分控制或可程式積體電路運算控制…等，都可使馬達達到定速運轉，但無法精準控制馬達之轉速，且習知之控制方法具有不易調校及高成本之問題。
因此，如何提供一種簡易的電路設計以降低生產成本及提高轉速之穩定度與精準度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風扇轉速控制裝置可提高轉速之穩定度與精準度。
為達上述目的，本發明提供一種風扇轉速控制裝置，其包含一第一訊號產生電路、一第二訊號產生電路、一脈寬調變電路及一切換電路。第一訊號產生電路接收一實頻率訊號及一目標頻率訊號，並據以產生一第一訊號；第二訊號產生電路與第一訊號產生電路電性連接，第二訊號產生電路依據第一訊號產生一第二訊號；脈寬調變電路與第二訊號產生電路電性連接，並依據第二訊號而產生一脈寬調變訊號；切換電路與脈寬調變電路電性連接，並輸出一控制訊號，以控制馬達之轉速。
於本發明之一實施例中，第二訊號產生電路具有一濾波器，其接收第一訊號，並將第一訊號濾波為直流之第二訊號。
於本發明之一實施例中，切換電路具有一H型電橋或橋式電路。
於本發明之一實施例中，風扇轉速控制裝置更包含一積體電路，其與第一訊號產生電路及切換電路電性連接。
於本發明之一實施例中，積體電路具有一訊號轉換器，其接收一外部脈寬調變訊號，並據以產生目標頻率訊號。
於本發明之一實施例中，積體電路具有一振盪器，振盪器輸出一方波訊號。
於本發明之一實施例中，風扇轉速控制裝置更包含一波形轉換電路，其與積體電路及脈寬調變電路電性連接，波形轉換電路接收方波訊號，並據以輸出一第三訊號至脈寬調變電路。
承上所述，因依據本發明之一種風扇轉速控制裝置，係藉由第一訊號產生電路接收馬達運作之實頻率訊號及目標頻率訊號，並據以輸出第一訊號，第二訊號產生電路將第一訊號濾波為第二訊號，脈寬調變訊號依據第二訊號及基本頻率訊號，而產生脈寬調變訊號，切換電路依據脈寬調變訊號控制H型電橋或橋式電路，再依據H型電橋或橋式電路之複數開關元件的開關輸出控制訊號，以控制馬達之轉速。藉此，本發明之風扇 轉速控制裝置係可藉由不斷修正馬達之轉速，以提高馬達轉速之精準度及穩定度。
1、2、3、4‧‧‧風扇轉速控制裝置
11‧‧‧轉速電壓轉換電路
12‧‧‧控制電路
13、23‧‧‧脈寬調變電路
14、24‧‧‧切換電路
21‧‧‧第一訊號產生電路
22‧‧‧第二訊號產生電路
25‧‧‧目標頻率產生電路
26‧‧‧基本頻率產生電路
27‧‧‧積體電路
271‧‧‧控制邏輯器
272‧‧‧振盪器
273‧‧‧訊號轉換器
28‧‧‧波形轉換電路
7‧‧‧馬達
S1‧‧‧轉速訊號
S2‧‧‧電壓訊號
S3‧‧‧目標電壓訊號
S4、S22、S27、S32、S36‧‧‧訊號
S5、S15‧‧‧基本頻率訊號
S6、S16、S28、S37‧‧‧脈寬調變訊號
S7、S17、S29、S38‧‧‧控制訊號
S11、S21、S31‧‧‧實頻率訊號
S12、S24、S33‧‧‧目標頻率訊號
S13、S25、S34‧‧‧第一訊號
S14、S26、S35‧‧‧第二訊號
S23‧‧‧外部脈寬調變訊號
圖1為習知風扇轉速控制裝置的示意圖；圖2為本發明第一實施例之風扇轉速控制裝置的示意圖；圖3為本發明第二實施例之風扇轉速控制裝置的示意圖；以及圖4為本發明第三實施例之風扇轉速控制裝置的示意圖。
以下將參照相關圖式，說明依本發明較佳實施例之風扇轉速控制裝置，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
請參照圖2所示，本發明第一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，且係為無刷直流風扇之風扇轉速控制裝置。風扇轉速控制裝置2包含一第一訊號產生電路21、一第二訊號產生電路22、一脈寬調變電路23及一切換電路24。另外，本發明之風扇轉速控制裝置2為提高馬達7轉速之精準度及穩定度，係以鎖相電路(Phase Locked Loop,PLL)之概念而設計之。
本實施例之風扇轉速控制裝置2更包含一轉速感應電路(圖未繪示)。轉速感應電路具有一轉速感應元件，以轉速感應元件測得馬達7於運作時之轉速，轉速感應電路將該轉速轉換為工作頻率且產生一實頻率訊號S11，並傳輸至第一訊號產生電路21。其中，轉速感應元件係可為一霍爾感應器或一光耦合器。
第一訊號產生電路21接收實頻率訊號S11及一目標頻率訊號S12，其中本實施例之目標頻率訊號S12係經由一目標頻率產生電路25產生並傳輸至第一訊號產生電路21，目標頻率訊號S12係為欲達到之馬達7轉速的頻率。第一訊號產生電路21根據實頻率訊號S11及目標頻率訊號S12的相對誤差值而產生一第一訊號S13。
第二訊號產生電路22與第一訊號產生電路21電性連接，且 第二訊號產生電路22具有一濾波器。濾波器接收第一訊號S13，並將第一訊號S13濾波為直流之一第二訊號S14。
風扇轉速控制裝置2更包含一基本頻率產生電路26。基本頻率產生電路26產生一基本頻率訊號S15。本實施例之基本頻率訊號S15係為一三角波。
脈寬調變電路23與第二訊號產生電路22及基本頻率產生電路26電性連接，並依據第二訊號S14及基本頻率訊號S15產生一脈寬調變訊號S16，並傳輸至切換電路24。
切換電路24與脈寬調變電路23電性連接，切換電路24具有一H型電橋或橋式電路。切換電路24係依脈寬調變訊號S16切換H型電橋或橋式電路之複數開關元件的開關，再以該等開關元件之開關及實頻率訊號S11輸出一控制訊號S17，以控制風扇馬達7之轉速。
以鎖相電路(Phase Locked Loop,PLL)而言，其係由一頻率/相位檢知器、一迴路濾波器及一壓控振盪器(Voltage Control Oscillator,VCO)所組成，並相連接形成一閉迴路。本實施例之第一訊號產生電路21等同於頻率/相位檢知器，第二訊號產生電路22等同於迴路濾波器，而脈寬調變電路23、切換電路24及馬達7三者等同於壓控振盪器。
第一訊號產生電路21接收一目標頻率訊號S12並將由馬達7輸出的實頻率訊號S11作為回授訊號，且第一訊號產生電路21依據目標頻率訊號S12及實頻率訊號S11之誤差，而產生第一訊號S13，再將第一訊號S13傳輸至第二訊號產生電路22。第二訊號產生電路22將第一訊號S13經由濾波器濾波之後，產生直流之第二訊號S14，第二訊號產生電路22將第二訊號S14輸入至脈寬調變電路23。脈寬調變電路23比較第二訊號S14和基本頻率訊號S15後再輸出脈寬調變訊號S16至切換電路24，以使得切換電路24控制馬達7之轉速。如此不斷循環，修正馬達7之轉速，直到實頻率訊號S11與目標頻率訊號S12相等時，則第一訊號產生電路21會鎖定住第一訊號S13，以使得馬達7維持恆定之轉速。
上述為本發明之風扇轉速控制裝置的基本態樣。以下，將以另二個實施例來說明本發明較佳實施例之風扇轉速控制裝置的變化態樣。
請參照圖3所示，本發明第二實施例之風扇轉速控制裝置3包含一第一訊號產生電路21、一第二訊號產生電路22、一脈寬調變電路23、一切換電路24及一轉速感應電路(圖未繪示)。與上述第一實施例相較，其差異在於本實施例中更揭露一積體電路27及一波形轉換電路28。其中該積體電路27具有一控制邏輯器271、一振盪器272及一訊號轉換器273。該積體電路亦可為一微控制器、一微處理器、一可程式邏輯閘陣列或一特定應用積體電路元件。
轉速感應電路將馬達7之轉速轉換為工作頻率，且產生一實頻率訊號S21，並傳輸至第一訊號產生電路21及控制邏輯器271。
控制邏輯器271與切換電路24電性連接，將實頻率訊號S21轉換成訊號而傳輸至切換電路24。振盪器272輸出一方波訊號S22至波形轉換電路28。訊號轉換器273接收一外部脈寬調變訊號S23，並依據外部脈寬調變訊號S23的工作週期(Duty Cycle)，將外部脈寬調變訊號S23轉換為一目標頻率訊號S24。
第一訊號產生電路21接收實頻率訊號S21及目標頻率訊號S24，並依據實頻率訊號S21及目標頻率訊號S24而產生一第一訊號S25。
第二訊號產生電路22與第一訊號產生電路21電性連接，且第二訊號產生電路22具有一濾波器。濾波器接收第一訊號S25，並將第一訊號S25濾波為直流之一第二訊號S26。
波形轉換電路28與振盪器272電性連接，並接收方波訊號S22，將方波訊號S22轉換為三角波之一訊號S27。
脈寬調變電路23與第二訊號產生電路22及波形轉換電路28電性連接，並依據第二訊號S26及訊號S27產生一脈寬調變訊號S28，並傳輸至切換電路24。
切換電路24與脈寬調變電路23電性連接，切換電路24具有一H型電橋或橋式電路。切換電路24係依脈寬調變訊號S28切換H型電橋或橋式電路之複數開關元件的開關，再以該等開關元件之開關及實頻率訊號輸出一控制訊號S29，以控制風扇馬達7之轉速。
請參照圖4所示，本發明第三實施例之風扇轉速控制裝置4 包含一第一訊號產生電路21、一第二訊號產生電路22、一脈寬調變電路23、一切換電路24、目標頻率產生電路25及一轉速感應電路(圖未繪示)。與第一實施例相較，兩者的差異在於本實施例中更揭露一積體電路27及一波形轉換電路28。其中，積體電路27具有一控制邏輯器271及一振盪器272。
轉速感應電路將馬達7之轉速轉換為工作頻率，且產生一實頻率訊號S31，並傳輸至第一訊號產生電路21及控制邏輯器271。
控制邏輯器271與切換電路24電性連接，將實頻率訊號S31轉換成另一訊號後傳輸至切換電路24。振盪器272輸出一方波訊號S32至波形轉換電路28。
目標頻率產生電路25產生馬達7欲達到之轉速的一目標頻率訊號S33，並將目標頻率訊號S33傳輸至第一訊號產生電路21。
第一訊號產生電路21接收實頻率訊號S31及目標頻率訊號S33，並依據實頻率訊號S31及目標頻率訊號S33而產生一第一訊號S34。
第二訊號產生電路22與第一訊號產生電路21電性連接，且第二訊號產生電路22具有一濾波器。濾波器接收第一訊號S34，並將第一訊號S34濾波為直流之一第二訊號S35。
波形轉換電路28與振盪器272電性連接，並接收方波訊號S32，將方波訊號S32轉換為三角波之一訊號S36。
脈寬調變電路23與第二訊號產生電路22及波形轉換電路28電性連接，並依據第二訊號S35及訊號S36產生一脈寬調變訊號S37，並傳輸至切換電路24。
切換電路24與脈寬調變電路23電性連接，切換電路24具有一H型電橋或橋式電路。切換電路24係依脈寬調變訊號S37切換H型電橋或橋式電路之複數開關元件的開關，再以該等開關元件之開關及實頻率訊號輸出一控制訊號S38，以控制風扇馬達7之轉速。
綜上所述，本發明之一種風扇轉速控制裝置係藉由第一訊號產生電路接收馬達運作之實頻率訊號及目標頻率訊號，並據以輸出第一訊號，第二訊號產生電路將第一訊號濾波為第二訊號，脈寬調變訊號依據第二訊號及基本頻率訊號，而產生脈寬調變訊號，切換電路依據脈寬調變訊 號控制H型電橋或橋式電路，再依據H型電橋或橋式電路之複數開關元件的開關輸出控制訊號，以控制馬達之轉速。藉此，本發明之風扇轉速控制裝置係可藉由不斷修正馬達之轉速，以提高馬達轉速之精準度及穩定度。
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。
2‧‧‧風扇轉速控制裝置
21‧‧‧第一訊號產生電路
22‧‧‧第二訊號產生電路
23‧‧‧脈寬調變電路
24‧‧‧切換電路
25‧‧‧目標頻率產生電路
26‧‧‧基本頻率產生電路
7‧‧‧馬達
S11‧‧‧實頻率訊號
S12‧‧‧目標頻率訊號
S13‧‧‧第一訊號
S14‧‧‧第二訊號
S15‧‧‧基本頻率訊號
S16‧‧‧脈寬調變訊號
S17‧‧‧控制訊號

Claims (14)

  1. 一種風扇轉速控制裝置，係用以控制一馬達之轉速，該風扇轉速控制裝置包含：一第一訊號產生電路，接收一實頻率訊號及一目標頻率訊號，並據以產生一第一訊號；一第二訊號產生電路，與該第一訊號產生電路電性連接，該第二訊號產生電路依據該第一訊號產生一第二訊號；一脈寬調變電路，與該第二訊號產生電路電性連接，並依據該第二訊號而產生一脈寬調變訊號；以及一切換電路，與該脈寬調變電路電性連接，並輸出一控制訊號，以控制該馬達之轉速。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，該第二訊號產生電路具有一濾波器，其接收該第一訊號，並將該第一訊號濾波為一直流之該第二訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，該切換電路具有一H型電橋或橋式電路。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其更包含一積體電路，其與該第一訊號產生電路及該切換電路電性連接。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之風扇轉速控制裝置，其中該積體電路係為一微控制器、一微處理器、一可程式邏輯閘陣列或一特定應用積體電路元件。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之風扇轉速控制裝置，其中該積體電路包括一控制邏輯器。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之風扇轉速控制裝置，其中該積體電路具有一訊號轉換器，其接收一外部脈寬調變訊號，並據以產生該目標頻率訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之風扇轉速控制裝置，其中該積體電路具有一振盪器，該振盪器輸出一方波訊號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之風扇轉速控制裝置，更包含一波形轉換電 路，與該積體電路及該脈寬調變電路電性連接，該波形轉換電路接收該方波訊號並轉換成一三角波訊號而輸出一第三訊號至該脈寬調變電路。
  10. 如申請專利範圍第1至9項任一項所述之風扇轉速控制裝置，其更包括一轉速感應電路，以測得該馬達於運作時之轉速，將該轉速轉換為一工作頻率且產生該實頻率訊號，並傳輸至該第一訊號產生電路。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之風扇轉速控制裝置，其中該轉速感應元件為一霍爾感應器或一光耦合器。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之風扇轉速控制裝置，其更包括一目標頻率產生電路，產生該目標頻率訊號並傳輸至該第一訊號產生電路。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其更包括一基本頻率產生電路，電性連接於該脈寬調變電路，並產生一基本頻率訊號，該脈寬調變電路依據該第二訊號及該基本頻率訊號產生該脈寬調變訊號，並傳輸至該切換電路。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之風扇轉速控制裝置，其中該第一訊號產生電路等同於一頻率/相位檢知器；該第二訊號產生電路等同於一迴路濾波器；該脈寬調變電路、該切換電路及該馬達等同於一壓控振盪器。
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