專利名稱：變頻定速控制的風扇電機的制作方法
技術領域：
本實用新型有關一種變頻定速控制的風扇電機，特別是有關一種利用一脈沖輸入信號頻率與風扇檢測輸出信號頻率作比較后，再經(jīng)由差動正負端積分線路及差動放大器而改變輸出的電壓Vf值，使該輸出電壓Vf呈平滑波形輸入風扇，使風扇達到節(jié)省電能和精確定速，并進而延長風扇的使用壽命。
傳統(tǒng)散熱風扇，在1993年1月2日公告的臺灣地區(qū)專利公告第198511號《溫度速控式直流無刷散熱風扇》新型專利案，如


圖1及圖2A至2C所示。
圖1揭示風扇速控電路圖；圖2A至2C揭示風扇速控電路的輸出波形圖。請參照
圖1所示，該第198511號揭示風扇速控電路，當電源導通后，經(jīng)由逆壓保護二極管D1而加至電路與風扇無刷電機上，藉繞組線圈與環(huán)狀永久磁鐵相互感應作用使風扇葉片開始轉動；此時，由直流電機換向作用點的霍爾效應感應集成電路IC1，經(jīng)由電阻R3、R2所提供一定的電流和直流電位，可感應到風扇繞組線圈與環(huán)狀永久磁鐵之間的磁場變化電波。該霍爾效應感應集成電路IC1輸出正電壓V+及負電壓V-至驅動集成電路IC2，該驅動集成電路IC2將前述二個波形經(jīng)內部電壓比較整形處理而得到相同于圖2A所示的F.G，波形，并以此同相電波控制半導體開關A1及A2所輸出的電波，如圖2B及圖2C所示。利用半導體開關A1及A2所輸出的電波控制風扇電機繞組L1、L2、L3及L4(繞組線圈)隨磁偶(環(huán)狀永久磁鐵)而產生換向動作。定時電容C1則為驅動集成電路IC2本身提供扇葉在停止至完全不動后再重新起動的電能，其由霍爾效應感應集成電路1C1及驅動集成電路IC2所構成的驅動系統(tǒng)即可使風扇運轉，并發(fā)出反饋的周期時鐘脈沖信號。IC3(未標示)內部是由三個運算放大器IC31、IC32及IC33組成，其中該IC31與電阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10與溫控變速傳感器Rth組成風扇溫控變速的轉速與溫度斜率控制電路，藉由該溫控變速傳感器Rth在不同溫度下其電阻值也改變的特性，使溫控變速傳感器Rth與電阻R4所形成的電壓Va也隨溫度變化而改變，其與電阻R9及R10所形成的參考電壓Vref經(jīng)運算放大器IC31運算后，使得Vb電壓變化，晶體管TR2導通電流也產生變化，則風扇轉速改變而達到溫控風扇變速的目的。然而，該第198511號經(jīng)由驅動集成電路IC2輸出至繞組L1、L2、L3及L4的波形為方形波，如圖2B及圖2C所示；另外經(jīng)由運算放大器IC31依環(huán)境溫度所輸出的Vb電壓變化，雖使晶體管TR2導通電流產生變化，但該晶體管TR2仍輸出方形波。由于輸入方形波至繞組L1、L2、L3及L4使得風扇旋轉隨著方形波發(fā)生急增速或急減速，且無法保持一定的轉速，此時風扇轉速因發(fā)生急速變化而導致晃動，進而使風扇使用壽命減少。若欲使風扇保持在一定轉速，僅以該公告第1 98 511號的晶體管TR2及運算放大器IC31組合技術內容，則無法將風扇保持在一預定轉速。
另一傳統(tǒng)散熱風扇，在1998年2月21日公告的臺灣地區(qū)專利公告第327486號《直流無刷風扇波寬調制控制電路》新型專利案，如圖3及圖4所示，圖3揭示控制電路方塊圖；圖4揭示控制開關的輸出波形圖。請參照圖3所示，該第327486號揭示該風扇控制電路是由一整流電路10、一電壓比較器20及一控制開關30組成，其中該整流電路10是取得風扇40的信號檢測輸出端T所送出的連續(xù)方形波信號，而經(jīng)該整流電路10進行方形波信號濾波及整流為一直流電壓后，送入至電壓比較器20的負相輸入端，該電壓比較器20的正相輸入端與一預設的參考電壓連接，以供設定風扇轉速的設定值，該電壓比較器20的輸出端做為控制開關30的控制信號，而該控制開關30可為一晶體管或等效的電子開關，其串接于電源供應端Vcc與風扇40的電壓輸入端之間，該控制開關30可使由整流電路10送入的直流電壓與參考電壓Vref比較，若該整流電路10輸出至電壓比較器20的電壓低于參考電壓Vref(風扇40的轉速較低〕時，該電壓比較器20輸出高電壓，以使控制開關30開啟接通，而使風扇40的轉速提高；當該風扇40的轉速超過預定轉速時，該整流電路10輸出電壓超過參考電壓Vref，此時，使得電壓比較器20輸出轉變?yōu)榈碗妷?，以使控制開關30關閉斷路，使該風扇40斷電，重復前述該控制開關30間歇性啟閉使風扇40維持于一固定轉速狀態(tài)，而該控制開關30輸出波形為間歇性啟閉且開啟與關閉寬度也隨轉速高低變化而形成調制型式，如圖4所示，即為形成一種波寬調制的轉速控制電路。然而，該第327486號輸出波形為間歇性啟閉的方形波，而風扇40旋轉隨著方形波控制開關30的啟閉發(fā)生急增速或急減速，且無法保持一定轉速，此時風扇轉速因發(fā)生急速變化而導致晃動，進而使風扇使用壽命減少。若欲使風扇保持在一定轉速，僅以該公告第327486號的電壓比較器20及控制開關30組合技術內容控制電源Vcc，則無法將風扇保持在一預定轉速。因此，風扇轉速增速或減速的過程需要改善，使風扇轉速平緩地增速或減速，以避免風扇發(fā)生急增速或急減速，進而能延長風扇使用壽命。
本實用新型主要目的是提供一種變頻定速控制的風扇電機，其利用一脈沖輸入信號與風扇檢測輸出信號比較后，經(jīng)差動積分電路及差動放大器定速控制風扇轉速，使本實用新型具有節(jié)省電能及精確定速的功效，并進而增長風扇使用壽命。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種變頻定速控制的風扇電機，其特征在于該風扇電機包含一風扇、一脈沖信號輸入、一頻率比較器、一差動積分電路及一差動放大器，其中頻率比較器是由兩個觸發(fā)器及一反相器所組成，由外部提供一脈沖信號(Pulse)接至該頻率比較器的一個觸發(fā)器，及由風扇的驅動回路檢測輸出的轉速信號被引拉至該頻率比較器的另一個觸發(fā)器，該頻率比較器在接收該兩個信號頻率之后再分別由該兩個觸發(fā)器各輸出一頻率信號至差動積分電路的兩個輸入端；該差動積分電路包含兩個電阻、一電容器及一電壓比較器，其將檢測出上述輸入頻率的大小，再轉換成電壓信號，然后輸入至差動放大器的負端，并以Vcc分壓在該差動放大器的正端，該差動放大器將正、負兩端的輸入電壓相加、減而得到風扇的輸入端電壓Vf值，也即該輸入風扇端的電壓Vf值會隨風扇檢測輸出的運轉信號而改變，使風扇控制在一預定轉速。
其中頻率比較器包含有兩個D觸發(fā)器及一個反相器，該兩個觸發(fā)器的D輸入端都與+5V相接，其兩個Q輸出端則分別接至該反相器的兩個輸入端，該反相器的輸出端直接分別連接至該兩個D觸發(fā)器的兩個清零端。
其中差動積分電路包含有兩個電阻、一個電容器及一個比較器，該兩個電阻分別接至該比較器的兩個正負輸入端，該電容器則跨接在該比較器的兩個輸入端之間。
其中經(jīng)由差動放大器輸出的電壓波形是呈平滑線性的波形。
本實用新型主要利用一脈沖輸入信號頻率與由風扇檢測輸出的轉速信號頻率作比較，再經(jīng)由差動積分電路及差動放大器檢測輸出二者頻率差異大小，并轉換成電壓信號，再以一預定電壓Vcc相加或相減，再接至風扇的電壓輸入端改變風扇的輸入電壓Vf值，且使該風扇輸入電壓Vf的電壓波形呈平滑波形，使風扇轉速平緩地增速或減速，可避免發(fā)生風扇轉速急增速或急減速，以延長風扇使用壽命，并使風扇保持在一預定轉速下面結合較佳實施例和附圖詳細說明本實用新型的結構特征和優(yōu)點
圖1是臺灣地區(qū)專利公告第198511號的風扇速控電路圖。
圖2是臺灣地區(qū)專利公告第198511號的風扇速控電路的輸出波形圖。
圖3是臺灣地區(qū)專利公告第327486號的控制電路方塊圖。
圖4是臺灣地區(qū)專利公告第327486號的控制開關的輸出波形圖。
圖5是本實用新型較佳實施例變頻定速控制電路圖。
圖6是本實用新型較佳實施例方波控制信號、風扇檢測輸出信號及輸出至風扇的電壓Vf的波形圖。
請參照圖5所示，本實用新型較佳實施例變頻定速控制的風扇電機主要是包含一頻率比較器50、一差動積分電路60及一差動放大器(0P2)70。該頻率比較器50是由觸發(fā)器51、觸發(fā)器52及一反相器53所組成，由外部提供一脈沖信號(Pulse)接至頻率比較器50的觸發(fā)器51，及由風扇的驅動回路檢測輸出的轉速信號FG引拉至頻率比較器50的觸發(fā)器52，該頻率比較器50在接收該兩個信號頻率之后再分別由觸發(fā)器51及觸發(fā)器52各輸出一頻率信號至差動積分電路60，該差動積分電路60包含一電阻R1、一電阻R2、一電容器C1及一電壓比較器0P1，其將檢測輸出頻率大小再轉換成電壓信號，然后輸入至差動放大器70的負端，并以Vcc分壓在差動放大器70的正端，該差動放大器70將正、負兩端的輸入電壓相加、減而得到風扇的輸入端電壓Vf值，也即該輸入風扇端的電壓Vf值會隨風扇檢測輸出的運轉信號而改變，使風扇80控制在一預定轉速。本實用新型利用輸入一脈沖信號及風扇檢測輸出的信號做頻率比較以控制風扇80的轉速，且同時可使轉速形成平緩地增速或減速，因而使風扇80在增轉速或減轉透過程中旋轉順暢，以延長風扇使用壽命。
請參見圖5及圖6所示，當由外部輸入一脈沖控制信號頻率大于由風扇檢測輸出信號的頻率，也就是風扇轉速較慢時，經(jīng)由頻率比較器50比較兩信號頻率之后，會使輸入至差動積分電路60負端的頻率大于正端，因此差動積分電路60會輸出低電壓至差動放大器70的負端，并與Vcc分壓在正端的電壓相減，使輸出的電壓Vf呈平滑線性地上升，如圖6的左半部所示。當外部輸入一脈沖控制信號頻率小于由風扇檢測輸出信號的頻率，也就是風扇轉速較快時，經(jīng)由頻率比較器50比較兩個信號頻率之后，會使輸入至差動積分電路60正端的頻率大于負端，因此差動積分電路60會輸出高壓至差動放大器70的負端，并與Vcc分壓在正端的電壓相減，使風扇的輸入電壓Vf呈平滑線性地下降，如圖6的右半部所示。因此無論在風扇轉速較慢或較快時，供風扇輸入的電壓Vf會呈線性平緩地上升或下降，因而使風扇80平緩地增速或減速，并使風扇80保持在一預定轉速。
根據(jù)本實用新型的變頻定速控制的風扇電機，其主要包含有一頻率比較器、差動積分電路及差動放大器。該變頻定速控制是藉由輸入的脈沖信號和風扇檢測輸出的轉速信號經(jīng)頻率比較器檢測輸出兩者頻率的差異，再經(jīng)一差動積分電路將頻率差異轉換成電壓信號，然后輸入差動放大器的負端，再和正端的電壓值作電壓差的比較而改變輸出電壓Vf值，且使該供風扇使用的電壓Vf的電壓呈平滑線性波形輸入，供風扇使用以達到節(jié)省電能和精確定速，并延長風扇使用壽命的目的。
權利要求1.一種變頻定速控制的風扇電機，其特征在于該風扇電機包含一風扇、一脈沖信號輸入、一頻率比較器、一差動積分電路及一差動放大器，其中頻率比較器是由兩個觸發(fā)器及一反相器所組成，由外部提供一脈沖信號(Pulse)接至該頻率比較器的一個觸發(fā)器，及由風扇的驅動回路檢測輸出的轉速信號被引拉至該頻率比較器的另一個觸發(fā)器，該頻率比較器在接收該兩個信號頻率之后再分別由該兩個觸發(fā)器各輸出一頻率信號至差動積分電路的兩個輸入端；該差動積分電路包含兩個電阻、一電容器及一電壓比較器，其將檢測出上述輸入頻率的大小，再轉換成電壓信號，然后輸入至差動放大器的負端，并以Vcc分壓在該差動放大器的正端，該差動放大器將正、負兩端的輸入電壓相加、減而輸出得到風扇的輸入端電壓Vf值。
2.如權利要求1所述的變頻定速控制的風扇電機，其特征在于其中頻率比較器包含有兩個D觸發(fā)器及一個反相器，該兩個觸發(fā)器的D輸入端都與+5V相接，其兩個輸出端則分別接至該反相器的兩個輸入端，該反相器的輸出端直接分別連接至該兩個D觸發(fā)器的兩個清零端。
3.如權利要求1所述的變頻定連控制的風扇電機，其特征在于其中差動積分電路包含有兩個電阻、一個電容器及一個比較器，該兩個電阻分別接至該比較器的兩個正負輸入端，該電容器則跨接在該比較器的兩個輸入端之間。
4.如權利要求1所述的變頻定速控制的風扇電機，其特征在于其中經(jīng)由差動放大器輸出的電壓波形是呈平滑線性的波形。
專利摘要一種變頻定速控制的風扇電機,其主要包含一頻率比較器、差動積分電路及差動放大器,該變頻定速控制的風扇電機是將一由外部輸入的脈沖信號頻率及風扇檢測輸出的轉速信號頻率藉由頻率比較器檢測輸出兩者頻率的差異,再經(jīng)一差動積分電路將頻率差異轉換成電壓信號,然后輸入差動放大器的負端,并與正端的一預定電壓值作電壓差的比較,以改變輸入到風扇輸入端的電壓。
文檔編號F04D27/00GK2471984SQ00257479
公開日2002年1月16日 申請日期2000年11月6日 優(yōu)先權日2000年11月6日
發(fā)明者蔡南隆, 洪銀樹 申請人:建準電機工業(yè)股份有限公司