易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路的制作方法
【專利摘要】一種易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，以運算放大器為中心，配以運放偏置電路、溫度檢測電路、負(fù)反饋電路、限位電路和功率推動電路等構(gòu)成。以較少的元件實現(xiàn)直流風(fēng)扇的溫控調(diào)速功能，能控制風(fēng)扇維持運轉(zhuǎn)、變速運轉(zhuǎn)、最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，各種運轉(zhuǎn)方式對應(yīng)的工作點都有相應(yīng)電路進(jìn)行設(shè)置，電路內(nèi)涵計算公式。本實用新型提供了詳細(xì)的工作點設(shè)置方法和計算公式。
【專利說明】易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及直流散熱風(fēng)扇的溫控調(diào)速電路，尤其是涉及風(fēng)扇溫控調(diào)速電路工作點的設(shè)置。

【背景技術(shù)】
[0002]直流風(fēng)扇是設(shè)備主要散熱工具，因散熱與噪聲的矛盾，給風(fēng)扇增加調(diào)速功能近年日益廣泛。直流風(fēng)扇調(diào)速主要采用PWM技術(shù)和調(diào)壓式兩種方式，PWM方式效果好，但成本因素影響了它的普及；調(diào)壓式是采取調(diào)節(jié)風(fēng)扇供電電壓的方式控制直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，它以簡易、成本低、自成體系獨立運行的優(yōu)勢在直流風(fēng)扇溫控調(diào)速電路中占有不低的比例。
[0003]調(diào)壓式溫控調(diào)速電路基本原理及在實踐中面對的問題見說明書附圖1，溫度較低時，調(diào)速電路給風(fēng)扇提供一個維持工作電壓Ucv使風(fēng)扇維持低速運轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度超過設(shè)定溫度A時，風(fēng)扇隨溫度變化作變速運轉(zhuǎn)；達(dá)到另一個較高溫度t2時，調(diào)速電路提供給風(fēng)扇最高工作電壓Uomax,風(fēng)扇全速運轉(zhuǎn)。三個狀態(tài),維持運轉(zhuǎn)狀態(tài)、變速運轉(zhuǎn)狀態(tài)、全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)；兩個點，風(fēng)扇從維持運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為變速運轉(zhuǎn)的變速起始點，變速運轉(zhuǎn)到全速運轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換點；設(shè)計調(diào)速電路時，因三個狀態(tài)兩個點互相牽扯，使電路難以再簡化；同時，調(diào)速電路工作點的設(shè)置缺乏簡便公式，借助可調(diào)電阻實驗來確定設(shè)計參數(shù)并不罕見。要使調(diào)壓式溫控調(diào)速電路得到更廣泛的應(yīng)用，還須從設(shè)計環(huán)節(jié)著手找到工作穩(wěn)定的、內(nèi)涵有計算公式的電路形式，并且這種電路形式應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡單、成本不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型提出一種易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，以運算放大器為中心，配以運放偏置電路、溫度檢測電路、負(fù)反饋電路、限位電路和功率推動電路等構(gòu)成。以較少的元件實現(xiàn)直流風(fēng)扇的溫控調(diào)速功能，能控制風(fēng)扇維持運轉(zhuǎn)、變速運轉(zhuǎn)、最高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，各種運轉(zhuǎn)方式對應(yīng)的工作點都有相應(yīng)電路進(jìn)行設(shè)置，電路內(nèi)涵有計算公式。本實用新型提供了詳細(xì)的工作點設(shè)置方法和計算公式。
[0005]電路構(gòu)成:用運算放大器作放大器件；兩只電阻從電源分壓，中點接在運放的一個輸入端為其提供偏置，同時用以設(shè)置放大電路基準(zhǔn)電壓；熱敏電阻與一只電阻從電源分壓，中點接在運放另一個輸入端為其提供偏置，同時把熱敏電阻隨溫度變化其阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化提供給這個輸入端；運放的輸出端接功率推動電路；功率推動電路的輸出端接直流風(fēng)扇；負(fù)反饋電路一端接在功率推動電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動電路輸出端電壓變化的電路點，另一端接運放接有溫度檢測電路的輸入端；限位電路或者是具有單向?qū)щ娞匦缘膯蝹€元件，或者是具有單向?qū)щ娞匦栽c若干元件的組合；限位電路至少有兩個端子，一個端子接在功率推動電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動電路輸出端電壓變化的電路點，檢測輸出端電壓變化，另一個端子接在運放接有溫度檢測電路的輸入端，控制這個輸入端的電壓，配合其它電路為風(fēng)扇提供維持運轉(zhuǎn)電壓；電路輸出端設(shè)有脈沖抑制電路，是與直流風(fēng)扇并聯(lián)的電容構(gòu)成。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是調(diào)壓式溫控調(diào)速電路輸出電壓與溫度關(guān)系的普適曲線；
[0007]圖2是第I實施例電路圖；
[0008]圖3是閉環(huán)電壓增益KF與溫度及輸出電壓關(guān)系圖；
[0009]圖4是第2實施例電路圖；
[0010]圖5是第3實施例電路圖；
[0011]圖6是第4實施例電路圖。

【具體實施方式】
[0012]第I實施例電路分析
[0013]見說明書附圖2，因分析關(guān)系到計算工作點，分析前需先確定溫度h、溫度t2和維持電壓Ucv參見說明書附圖1，根據(jù)實際需要確定A、t2，參考風(fēng)扇生產(chǎn)廠家給出的直流風(fēng)扇最低啟動電壓數(shù)據(jù)確定維持電壓Uo0 ；
[0014]維持電壓設(shè)置該實施例電路由Rl與R2從電源分壓，分壓電壓是供給運放A的同相輸入端；溫度傳感器RT與R3從電源分壓，分壓電壓VCCg^:提供給運放A的反相輸入端；溫度傳感器RT采用NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。先假設(shè)運放兩個輸入端工作點都已經(jīng)設(shè)置為大致等于* VCC ;再假設(shè)二極管D開路，又假設(shè)環(huán)境溫度極低，看一下電路工作狀況:這時RT阻值很大，造成VCC^￡^;>VC€^^，即運放的反相輸入端


K3tK.1JKl+Ivifir
電壓VA-大于同相輸入端電壓VA+，運放將輸出低電平，三極管BG截止，輸出電壓Uo為零。現(xiàn)在接入二極管D，再看一下電路工作狀況:此時D的正端電壓高于負(fù)端電壓，D因獲得正向電壓而導(dǎo)通；D導(dǎo)通拉低了運放反相輸入端電壓，使運放輸出端電壓上升，三極管導(dǎo)通，輸出電壓Uo升高；當(dāng)運放輸入端電壓VA- = VA+時，電路工作狀態(tài)達(dá)到平衡，這時的輸出電壓正是需要的使風(fēng)扇維持低速運轉(zhuǎn)的維持電壓Uotl ;由于電路平衡時運放兩輸入端電壓相等，
VA-=VA+=;從運放反相輸入端出發(fā)，經(jīng)二極管D、三極管B-E這條路徑看過去，功率推動電路輸出端與運放輸入端的電位差有:二極管導(dǎo)通壓降VF和三極管的VBE，因
R2
此:Uo0=VBE;由上式得到R1、R2分壓比:

ΙχΙτ?χΖ.
[0015]=，式;中:VF-二極管ιΕ 向工作電壓，
Κ.Χτ^Η2VV-.V-
[0016]有了分壓比，也就有了計算Rl、R2的依據(jù)；確定Rl、R2后，維持電壓Uotl的設(shè)置完成。
[0017]由以上分析可知，維持電壓Uo0只與R1、R2分壓比相關(guān)，之后其它工作點的設(shè)置不影響維持電壓的設(shè)定；同時可知，確定R1、R2阻值以后，得到分壓電壓VCC^^，它被單獨放置于運放的一個輸入端，不但決定維持電壓Ucv而且是放大電路進(jìn)入放大區(qū)時的基準(zhǔn)電壓。
[0018]從上面分析看出:正是由于二極管D的接入，調(diào)速電路輸出電壓Uo被限制為不低于—VF—VBE，二極管D在這個電路中就是起到限制運放A反相輸入端電位進(jìn)而限制輸出電壓作用的，所以本實用新型把這個二極管稱作限位二極管。
[0019]風(fēng)扇變速起始點的設(shè)置隨著溫度升高，熱敏電阻RT阻值減小，下降，
RTR2
當(dāng)溫度略高于設(shè)定溫度時；VCCg^ <VCCg^，運放輸出電壓升高，三極管電流增大，輸出電壓Uo升高，限位二極管因兩端電壓逆轉(zhuǎn)退出導(dǎo)通狀態(tài)，與限位二極管并聯(lián)的負(fù)反饋電阻R4進(jìn)入工作狀態(tài)。由此可見，當(dāng)溫度t = ，即當(dāng)VCC^^； =VCC-^T
時，就是工作狀態(tài)轉(zhuǎn)折點，也即風(fēng)扇從維持運轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)為變速運轉(zhuǎn)方式的起始點；選擇電路
MTRZ
參數(shù)，使在溫度t = t,時成立，就確定了這個轉(zhuǎn)折點；R1、R2阻值已經(jīng)確定，可改變的只有RT、R3，選擇熱敏電阻RT，根據(jù)熱敏電阻生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)，

6--R2
查找RT在溫度&時的阻值RTt1，將RTt1代入上式，得VCCrI^^- VCC-— ’并由此求得:

Rl
[0020]RS-RTt1 ^
[0021]變速運轉(zhuǎn)工作原理二極管D被反向偏置退出導(dǎo)通狀態(tài)后，負(fù)反饋電阻R4進(jìn)入工作狀態(tài)，調(diào)速電路進(jìn)入了具有深度負(fù)反饋的線性放大區(qū)；運放同相輸入端是基準(zhǔn)電壓，運放反相輸入端是含熱敏電阻RT的溫度檢測電路，在溫度tl?t2區(qū)間，運放輸出電壓隨溫度升高而升高，隨溫度降低而降低，這個電壓送至功率推動三極管BG，BG推動風(fēng)扇變速運轉(zhuǎn)。
[0022]最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換點的設(shè)置當(dāng)溫度達(dá)到一個較高的溫度t2時，風(fēng)扇必須全速運轉(zhuǎn)為設(shè)備提供最大風(fēng)量。從變速運轉(zhuǎn)狀態(tài)到全速運轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是通過選取調(diào)速電路閉環(huán)電壓增益KF來實現(xiàn)的，見說明書附圖3，這只需要改變反饋電阻R4的阻值就可以確定。
[0023]這個實施例電路輸出特性完全符合說明書附圖1的曲線，不足的是受運放輸出電壓擺幅限制，最高輸出電壓不能達(dá)到接近電源電壓VCC ;運放采用LM358，在12V電源電壓下Uomax能達(dá)到10V。
[0024]第2實施例電路分析
[0025]見說明書附圖4，利用運放LM358輸出電壓擺幅向負(fù)方向擺幅更大，改用PNP三極管做功率推動三極管，在12V電源電壓下Uomax能達(dá)到10.5V。
[0026]第3實施例電路分析
[0027]見說明書附圖5，為了使Uomax接近電源電壓VCC，功率推動電路改為共發(fā)射極電路；這時的Uomax = VCC-VCE(sat)，VCE(sat)為功率推動管的集電極-發(fā)射極飽和壓降；Uomax非常接近電源電壓。該實施例電路工作點設(shè)置公式如下:
[0028]1.設(shè)置維持工作電壓Uo0
P2
[0029]Uo0= VCCp; DVF，式中:VF- 二極管正向工作電壓；

R1+R2
Γ n R2 Uo0H-VF
[0030]- = ---;
R1+R2 VCC
[0031]2.設(shè)置變速運轉(zhuǎn)起始工作點

Ri
[0032]1=RTt1 G ,式中=RTt1-溫度 L 時 RT 的阻值；

R2
[0033]3.設(shè)置變速運轉(zhuǎn)到最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換工作點從熱敏電阻生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)查找溫度h、溫度t2時RT的阻值RTtl、RTt2 ；由下面實用公式確定R4:
_4] R4= (1-? )=RTta=H^5
[0035]輸出端有電容C與直流風(fēng)扇并聯(lián)，用來吸收直流風(fēng)扇內(nèi)部換相時產(chǎn)生的反抗電動勢，減弱在功率推動電路輸出端產(chǎn)生的脈沖電壓，避免脈沖電壓的高頻成分對調(diào)速電路的影響。
[0036]第4實施例電路分析
[0037]見說明書附圖6，這是一個提供給高電壓直流風(fēng)扇工作的電路，風(fēng)扇工作電壓高，因此將調(diào)速電路供電與風(fēng)扇供電分開，調(diào)速電路由VCCl供電，風(fēng)扇由VCC2供電。為給高壓風(fēng)扇提供足夠的推動功率，由BG1、BG2及電阻R5、R6組成復(fù)合功率推動電路。由于輸出端電壓高，限位電路不能采用二極管接入的方式，否則會造成調(diào)速電路的損壞；在該實施例電路中用電阻R7、R8、運放A2及二極管D組成復(fù)合限位電路，R7、R8分壓把輸出端電壓信息折算到運放A2，經(jīng)過A2阻抗變換，再經(jīng)二極管D接到運放Al同相輸入端。也可用一只NPN三極管同時替換下運放A2和二極管D，其基極接R7、R8分壓點，集電極接VCC1，發(fā)射極接運放Al同相輸入端，效能等同。
[0038]本實用新型公開了 4個實施例電路，對工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提供了電路設(shè)置方法和計算公式，其用意在于使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員都能理解并能使用本實用新型，并非用于限制本實用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，包括:用運算放大器作放大器件；兩只電阻從電源分壓，中點接在運放的一個輸入端為其提供偏置，同時用以設(shè)置放大電路基準(zhǔn)電壓；熱敏電阻與一只電阻從電源分壓，中點接在運放另一個輸入端為其提供偏置，同時把熱敏電阻隨溫度變化其阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化提供給這個輸入端；運放的輸出端接功率推動電路；功率推動電路的輸出端接直流風(fēng)扇；負(fù)反饋電路一端接在功率推動電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動電路輸出端電壓變化的電路點，另一端接運放接有溫度檢測電路的輸入端；直流風(fēng)扇并聯(lián)有抑制脈沖電壓的電容；其特征是:有一限位電路。
2.如權(quán)利要求1所述易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，其特征在于:所述限位電路或者是具有單向?qū)щ娞匦缘膯蝹€元件，或者是具有單向?qū)щ娞匦栽c若干元件的組口 ο
3.如權(quán)利要求1所述易于設(shè)置工作點的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，其特征在于；所述限位電路至少有兩個端子，一個端子接在功率推動電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動電路輸出端電壓變化的電路點，檢測輸出端電壓變化，另一個端子接在運放接有溫度檢測電路的輸入端，控制這個輸入端的電壓，配合其它電路為風(fēng)扇提供維持運轉(zhuǎn)電壓。
【文檔編號】F04D27/00GK203962439SQ201420287203
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月25日
【發(fā)明者】姜智康, 姜菡 申請人:姜智康, 姜菡