直流無刷電機的控制電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種用于直流無刷電機的控制電路，包括：場效應(yīng)開關(guān)管，其源極耦接至電源電壓端以及柵極電阻的第一端，柵極耦接至該柵極電阻的第二端，漏極耦接至該直流無刷電機以向其提供控制電壓；第一三極管，其基極耦接至控制信號的輸入端，發(fā)射極經(jīng)由耦合電阻接地，集電極耦接至該柵極電阻的第二端；第二三極管，其發(fā)射極與該第一三極管的發(fā)射極連接，集電極耦接至該電源電壓端；以及采樣電路，其輸入耦接至該場效應(yīng)開關(guān)管的漏極以采樣該控制電路輸出的該控制電壓，輸出耦接至該第二三極管的基極以構(gòu)成該控制電壓的反饋閉環(huán)，從而使該輸出控制電壓的大小以預(yù)定倍率鎖定輸入至該第一三極管的基極的控制信號的大小。
【專利說明】
直流無刷電機的控制電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實用新型涉及電機控制領(lǐng)域，尤其涉及直流無刷電機的控制電路。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路的原理圖。該控制電路采用場 效應(yīng)管Q16作為輸出控制元件。當(dāng)場效應(yīng)管Q16截止、三極管Q21導(dǎo)通時，電源電壓+24V j通 過Q21、R140~R148加載到風(fēng)扇兩端（P209-1，P209-3)，風(fēng)扇工作電流在電阻R140~R148上 產(chǎn)生壓降，使得風(fēng)扇兩端的電壓下降，達到降壓調(diào)速的目的。當(dāng)場效應(yīng)管Q16導(dǎo)通時，由于 Q16導(dǎo)通壓降約在0.05V的水平，所以電源電壓+24V_1幾乎全部加載到風(fēng)扇兩端，達到高速 的調(diào)速目的。
[0003] 圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的另一直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路的原理圖。該電路采用了 場效應(yīng)管Q13、功率三極管Q27作為輸出控制元件;Q13與Q27串聯(lián)連接。場效應(yīng)管Q13作為"開 關(guān)"控制管，僅當(dāng)Q13導(dǎo)通時，風(fēng)扇兩端(Ρ413-1，Ρ413-3)才有可能獲得工作電壓。功率三極 管Q27的功能是控制風(fēng)扇的速度，其電路狀態(tài)是"發(fā)射極跟隨器"；當(dāng)端口QA11-1施加"低電 平"，則端口 QA11-5開路，Q13截止，風(fēng)扇停止；當(dāng)端口 QA11-1施加"高電平"，則端口 QA11-5導(dǎo) 通，Q13導(dǎo)通，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)。在Q13導(dǎo)通的條件下，當(dāng)端口 QA11-3施加"低電平"，則端口 QA11-4開 路，電源電壓24V_M通過Q13、Q27加載到風(fēng)扇兩端，風(fēng)扇工作在"高速"狀態(tài)。在Q13導(dǎo)通的條 件下，當(dāng)端口QA11-3施加"高電平"，則端口QA11-4導(dǎo)通，穩(wěn)壓二級管CR12反向擊穿，Q27-B電 壓由CR12(Vz = llV)確定，該值約為11V，此時Q27-E極電壓約為10.3V，使得風(fēng)扇工作在"低 速"狀態(tài)。
[0004] 上述兩種控制電路的缺點首先在于電路狀態(tài)只有3個:停止、半速、及高速，且需要 兩路控制端口來實現(xiàn)這三種狀態(tài)。其次，以圖1所示的控制電路為例，在直接高速啟動時Q16 中有峰值超過3A的沖擊電流，如圖3所示；以圖2所示的控制電路為例，輸出電壓在"高速" 時，工作在"發(fā)射極跟隨器"狀態(tài)的三極管Q27無法達到飽和導(dǎo)通，即電源電壓24V_M無法全 部施加到風(fēng)扇的兩端。
[0005] 因此，一種改進的控制方案是所期望的。 【實用新型內(nèi)容】
[0006] 以下給出一個或多個方面的簡要概述以提供對這些方面的基本理解。此概述不是 所有構(gòu)想到的方面的詳盡綜覽，并且既非旨在指認出所有方面的關(guān)鍵性或決定性要素亦非 試圖界定任何或所有方面的范圍。其唯一的目的是要以簡化形式給出一個或多個方面的一 些概念以為稍后給出的更加詳細的描述之序。
[0007] 本實用新型的目的是提供一種直流無刷電機的控制電路。
[0008] 根據(jù)本實用新型的一方面，提供了一種用于直流無刷電機的控制電路，包括：
[0009] 場效應(yīng)開關(guān)管，該場效應(yīng)開關(guān)管的源極耦接至電源電壓端以及柵極電阻的第一 端，柵極耦接至該柵極電阻的第二端，漏極耦接至該直流無刷電機以向其提供控制電壓，該 直流無刷電機的轉(zhuǎn)速隨該控制電壓的大小線性變化；
[0010]第一三極管，該第一三極管的基極耦接至控制信號的輸入端，發(fā)射極經(jīng)由耦合電 阻接地，集電極耦接至該柵極電阻的第二端，以經(jīng)由該柵極電阻上的電壓降控制該場效應(yīng) 開關(guān)管的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)；
[0011]第二三極管，該第二三極管的發(fā)射極與該第一三極管的發(fā)射極連接以經(jīng)由該耦合 電阻接地，集電極耦接至該電源電壓端；以及
[0012] 采樣電路，該采樣電路的輸入耦接至該場效應(yīng)開關(guān)管的漏極以采樣該控制電路輸 出的該控制電壓，輸出耦接至該第二三極管的基極以構(gòu)成該控制電壓的反饋閉環(huán)，從而使 該輸出控制電壓的大小以預(yù)定倍率鎖定輸入至該第一三極管的基極的控制信號的大小，以 實現(xiàn)對該直流無刷電機的轉(zhuǎn)速的連續(xù)線性控制。
[0013] 在一實例中，該第一三極管和該第二三極管是作為差分三極管集成在一起的分立 元件。
[0014] 在一實例中，該米樣電路包括串聯(lián)的第一分壓電阻和第二分壓電阻，該第一分壓 電阻的第一端作為采樣電路的輸入耦接至該場效應(yīng)開關(guān)管的漏極，第二端與該第二分壓電 阻的第一端相連以作為采樣電路的輸出耦接至該第二三極管的基極，該第二分壓電阻的第 二端接地，其中該第一分壓電阻和該第二分壓電阻的分壓比由該預(yù)定倍率確定。
[0015] 在一實例中，該預(yù)定倍率大于等于電源電壓的額定值與該控制信號的最大值的 比。
[0016] 在一實例中，該第一分壓電阻的兩端并聯(lián)有電壓波紋抑制電容。
[0017] 在一實例中，該柵極電阻與該耦合電阻的大小關(guān)系被設(shè)為使得在該第一三極管導(dǎo) 通狀態(tài)下流經(jīng)該柵極電阻的電流在該柵極電阻上產(chǎn)生的電壓降足以使該場效應(yīng)開關(guān)管導(dǎo) 通。
[0018] 在一實例中，該第一三極管的集電極通過限流電阻耦接至該柵極電阻的第二端， 該限流電阻與該柵極電阻的大小關(guān)系被設(shè)為使得該柵極電阻上的壓降不超過該場效應(yīng)開 關(guān)管的最大容許源-柵電壓。
[0019] 在一實例中，該第一三極管的基極通過RC積分電路耦接該控制信號的輸入端，其 中該RC積分電路包括耦接在該第一三極管的基極與該控制信號的輸入端之間的積分電阻 以及耦接在該第一三極管的基極與接地端之間的積分電容。
[0020] 在一實例中，該場效應(yīng)開關(guān)管為P溝道場效應(yīng)開關(guān)管，以及該第一三極管和該第二 三極管為NPN三極管。
[0021] 在一實例中，該直流無刷電機是用于直流無刷軸流風(fēng)扇的電機，該控制電路被用 于該直流無刷軸流風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速控制。
[0022] 根據(jù)本實用新型的方案，一方面實現(xiàn)了對電機的連續(xù)線性控制，而非傳統(tǒng)方案中 的只有開、關(guān)以及中速三檔。此外，本實用新型的方案只需要單端輸入即可，節(jié)省了控制電 路資源。而且本實用新型的方案消除了對開關(guān)管的大沖擊電流的影響，保證了電路更穩(wěn)定 可靠地工作。
【附圖說明】
[0023] 在結(jié)合以下附圖閱讀本公開的實施例的詳細描述之后，能夠更好地理解本實用新 型的上述特征和優(yōu)點。在附圖中，各組件不一定是按比例繪制，并且具有類似的相關(guān)特性或 特征的組件可能具有相同或相近的附圖標記。
[0024] 圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路的原理圖；
[0025] 圖2示出了現(xiàn)有技術(shù)的另一直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路的原理圖；
[0026] 圖3示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)圖1方案的控制電路在直接高速啟動時的沖擊電流的實 際測試圖；
[0027] 圖4示出了根據(jù)本實用新型的一方面的直流無刷電機的控制電路的原理圖；
[0028]圖5示出了根據(jù)本實用新型的實施例的控制電路在Vin = 1.0V時啟動沖擊電流與 啟動時間的實際測試圖；
[0029]圖6示出了根據(jù)本實用新型的實施例的控制電路在Vin = 2.0V時啟動沖擊電流與 啟動時間的實際測試圖；以及
[0030] 圖7示出了根據(jù)本實用新型的實施例的控制電路在Vin = 3.3V時啟動沖擊電流與 啟動時間的實際測試圖。
【具體實施方式】
[0031] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本實用新型作詳細描述。注意，以下結(jié)合附圖和具 體實施例描述的諸方面僅是示例性的，而不應(yīng)被理解為對本實用新型的保護范圍進行任何 限制。
[0032] 圖4示出了根據(jù)本實用新型的一方面的直流無刷電機Μ的控制電路的原理圖。作為 典型的應(yīng)用，這里的直流無刷電機可以是應(yīng)用于打印機領(lǐng)域的直流無刷軸流風(fēng)扇的風(fēng)扇電 機。
[0033]如圖所示，直流無刷電機(下文簡稱電機)Μ可具有三個端口，端口3接地，端口 2輸 出異常工作狀態(tài)報警信號，端口 1接收來自控制電路輸出的控制電壓。電機Μ的轉(zhuǎn)速可與控 制電壓的大小成正比，因此，可以通過對控制電壓的大小的控制來實現(xiàn)電機Μ轉(zhuǎn)速的控制。 [0034]集成電路中，CMOS電路控制輸出Vin的幅度一般不大于3.3V，然而電機Μ的使用電 壓范圍可大于20V，因此，需要引入額外的+24V電源電壓VCC以提供電機Μ的控制電壓，并通 過CMOS電路輸出的控制信號Vin來控制最終提供給電機Μ的控制電壓。
[0035]如圖4所示，Α點為控制電路的控制信號Vin輸入端，Β點為控制電路的輸出端。
[0036]如圖4所示，控制電路包括差分三極管QA1和場效應(yīng)開關(guān)管Q1。場效應(yīng)開關(guān)管Q1的 源極耦接至電源電壓端VCC以及柵極電阻R3的第一端，柵極耦接至柵極電阻R3的第二端，漏 極作為整個控制電路的輸出端耦接至直流無刷電機的端口 1以向其提供控制電壓。如圖所 示，這里的場效應(yīng)開關(guān)管Q1可以是P溝道場效應(yīng)開關(guān)管。
[0037] 場效應(yīng)開關(guān)管Q1在輸出端B與電源電壓端VCC之間起到開關(guān)的作用，當(dāng)場效應(yīng)開關(guān) 管Q1截止時，輸出端B的電壓為0，則電機Μ停止。隨著場效應(yīng)開關(guān)管Q1的逐漸導(dǎo)通，輸出端B 的電壓逐漸增大，直至場效應(yīng)開關(guān)管Q1飽和導(dǎo)通，輸出端Β的電壓幾乎等于電源電壓VCC，從 而使電機Μ全速運轉(zhuǎn)。
[0038] 場效應(yīng)開關(guān)管Q1的導(dǎo)通截止?fàn)顩r由跨源極和柵極的源-柵電壓降決定，即耦合電 阻R3上的壓降決定。取決于場效應(yīng)開關(guān)管Q1的負載電流的大小，使場效應(yīng)開關(guān)管Q1導(dǎo)通所 需的源-柵電壓降一般在2-2.5V左右。
[0039] 如圖所示，差分三極管QA1由兩個對稱設(shè)置的三極管構(gòu)成，為了描述方便，圖中左 側(cè)的三極管被稱為第一三極管，右側(cè)的三極管被稱為第二三極管。柵極電阻R3與第一三極 管串聯(lián)，即第一三極管的發(fā)射極經(jīng)由耦合電阻R4接地，集電極經(jīng)由電阻R2耦接至柵極電阻 R3的第二端，基極耦接至控制信號的輸入端Vin。這里使用了分立的差分三極管元件，事實 上也可以使用兩個獨立的三極管。只是采用分立的差分三極管可以使兩個三極管之間的工 作環(huán)境例如溫度更為接近，從而具有更好的穩(wěn)定性。
[0040] 第二三極管的發(fā)射極與第一三極管的發(fā)射極連在一起經(jīng)由耦合電阻R4接地，集電 極耦接至電源電壓端VCC。
[0041] 控制電路還包括由第一分壓電阻R5和第二分壓電阻R6構(gòu)成的采樣電路。采樣電路 的輸入端耦接至場效應(yīng)開關(guān)管Q1的漏極，也即控制電路的輸出端B以采樣控制電路輸出的 控制電壓。采樣電路的輸出耦接至第二三極管的基極以構(gòu)成控制電壓的反饋閉環(huán)。以此方 式，使得輸出控制電壓的大小以預(yù)定倍率鎖定輸入至第一三極管的基極的控制信號的大 小。
[0042]具體而言，第一分壓電阻R5和第二分壓電阻R6串聯(lián)地接在控制電路的輸出端B與 接地端GND之間，從而起到分壓的作用，其中第一分壓電阻R5的第一端作為采樣電路的輸入 耦接至場效應(yīng)開關(guān)管Q1的漏極，第二端與第二分壓電阻R6的第一端相連以作為采樣電路的 輸出耦接至第二三極管的基極，第二分壓電阻的第二端接地。
[0043]在圖4中所示的電路配置下，由于第二分壓電阻R6第一端的電壓閉環(huán)地反饋至第 二三極管的基極，該第二分壓電阻R6第一端的電壓被鎖定至第一三極管的基極的電壓，換 言之，通過閉環(huán)控制，使得第二分壓電阻R6第一端的電壓始終跟隨第一三極管基極的電壓， 如在下文所解釋。
[0044]另外，由于輸出端B的電壓與第二分壓電阻R6第一端的電壓（即，反饋至第二三極 管的基極的電壓)具有固定的分壓比，所以控制電路輸出端輸出給電機Μ的控制電壓與第一 三極管的基極電壓（即Vin)保持預(yù)定的倍率關(guān)系，例如，輸出給電機Μ的控制電壓與第一三 極管的基極電壓的倍率等于(R5+R6)/R6,可見該倍率與分壓電路的分壓比有關(guān)。
[0045] 由上可知，通過連續(xù)線性地調(diào)節(jié)輸入至第一三極管基極的Vin，可以實現(xiàn)控制電路 最終輸出的控制電壓大小的連續(xù)調(diào)節(jié)，從而實現(xiàn)電機Μ轉(zhuǎn)速的連續(xù)線性調(diào)節(jié)。
[0046] 以下簡要介紹上文所述的閉環(huán)反饋控制的原理。
[0047] 控制信號輸入Vin來自CMOS控制輸出，所以一般小于3.3V。若希望電機Μ停止，則輸 入Vin小于0.3V，此時第一三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，此時柵極電阻R3上沒有電流流過，因此壓 降為0，此時場效應(yīng)開關(guān)管Q1截止，輸出端B的控制電壓輸出為0，電機Μ停止。
[0048]若希望電機Μ運轉(zhuǎn)，則首先需要使第一三極管導(dǎo)通，即讓Vin大于第一三極管的導(dǎo) 通閾值。一般為了去除第一三極管的不穩(wěn)定狀態(tài)，在開啟第一三極管時，Vin的起始電壓要 比第一三極管的導(dǎo)通閾值大一些，例如以0.8V為起始電壓。即若要使電機Μ工作，則輸入大 于0.8V的控制信號Vin，并通過調(diào)節(jié)Vin的大小來控制電機Μ的轉(zhuǎn)速。
[0049] 在Vin為起始電壓0.8V時，第一三極管開始導(dǎo)通，電阻R4和R3上產(chǎn)生電流，該電流 在柵極電阻R3上產(chǎn)生壓降。該柵極電阻R3與耦合電阻R4的大小關(guān)系可被設(shè)為使得在第一三 極管導(dǎo)通狀態(tài)下流經(jīng)柵極電阻R3的電流在柵極電阻R3上產(chǎn)生的電壓降足以使場效應(yīng)開關(guān) 管Q1導(dǎo)通。
[0050]例如，取決于場效應(yīng)開關(guān)管Q1的負載電流，其線性導(dǎo)通時的源-柵壓降為2~2.5V。 如圖4中所示型號的場效應(yīng)開關(guān)管Q1，源-柵壓降達2V時即可使其導(dǎo)通。以圖4中所示的R4 = 4.71^，1?3上的最小電流約為2〇1^，因此1?為10(^歐姆，即可達到開關(guān)管譏的導(dǎo)通條件。
[0051] 一旦場效應(yīng)開關(guān)管Q1開始導(dǎo)通，則輸出端B點的電壓升高，相應(yīng)地第二三極管基極 上的電壓升高，以使第二三極管導(dǎo)通。由于流經(jīng)電阻R4的電流被第一三極管和第二三極管 兩者分流，所以，隨著第二三極管導(dǎo)通程度變大，流經(jīng)R3的電流減小以抑制場效應(yīng)開關(guān)管Q1 的導(dǎo)通。
[0052]第二三極管基極上的電壓盡管增大但是最后并不會大于第一三極管基極的電壓， 因為若進一步增大則會導(dǎo)致場效應(yīng)開關(guān)管Q1的導(dǎo)通程度進一步減弱從而反過來又將第二 三極管基極的電壓回拉，最終使得第二三極管基極的電壓與第一三極管基極的電壓相等， 即實現(xiàn)了第二三極管基極的電壓對第一三極管基極的電壓的鎖定。又由于輸出端B輸出的 控制電壓與第二三極管基極的電壓有預(yù)定的倍率關(guān)系，所以實現(xiàn)了控制電路最終輸出的控 制電壓與Vin的線性聯(lián)動。通過控制Vin的變化，即可線性連續(xù)地控制電機Μ的控制電壓的變 化。
[0053] -般地，上述預(yù)定倍率可以大于等于電源電壓VCC的額定值與控制信號Vin的最大 值的比。以電源電壓VCC為24V為例，Vin最大可達3.3V，則可以通過設(shè)置R5和R6的分壓比將 該預(yù)定倍率設(shè)為24/3 = 8。例如圖4中R5 = 33k歐姆，R6 = 4.7k歐姆。即當(dāng)Vin線性地增大到3V 時，輸出端B點的控制電壓也線性地增大到接近24V。
[0054] 當(dāng)Vin再逐漸增大到大于3V時，例如3. IV，由于電源電壓VCC為24V，因此輸出端B的 電壓不會高于24V，所以第二三極管基極的電壓也不會高于3V，從而使得第二三極管無法繼 續(xù)平衡掉第一三極管中增長的電流，直至第一三極管飽和導(dǎo)通，場效應(yīng)開關(guān)管Q1也飽和導(dǎo) 通，結(jié)果輸出端B的電壓被鎖定在24V上，實現(xiàn)了電機Μ的全速運行。
[0055] -般地，為了確保場效應(yīng)開關(guān)管Q1不被過大的電壓損環(huán)，會規(guī)定源-柵壓降的最大 允許值。在此情況下，可以在第一三極管的集電極與柵極電阻R3的第二端之間設(shè)一個限流 電阻R2,以限制R3上的壓降。例如若要使R3上的壓降不超過12V，則可以令R2也為100k歐姆。 [00 56]此外，可在第一分壓電阻R5兩端并聯(lián)一個電容C2。該電容C2加大了交流分量的反 饋從而抑制了輸出端的電壓紋波。
[0057]如前文所述的，在傳統(tǒng)控制電路啟動瞬間，會產(chǎn)生對場效應(yīng)開關(guān)管Q1較大的沖擊 電流。這是因為往往在電機Μ兩端會并聯(lián)一個旁路電容C3(如圖4所示），用以滿足電機穩(wěn)定 運行的技術(shù)要求。由于電容C3的端電壓迅速上升，因此產(chǎn)生一個極大的充電電流，對場效應(yīng) 開關(guān)管Q1產(chǎn)生沖擊。
[0058]為了抑制此沖擊效應(yīng)，可在Vin與第一三極管的基極之間設(shè)置RC積分電路，即使 Vin經(jīng)由RC積分電路輸入至第一三極管的基極。具體而言，RC積分電路包括耦接在第一三極 管的基極與控制信號的輸入端Vin之間的積分電阻R1以及耦接在第一三極管的基極與接地 端GND之間的積分電容C1。
[0059]由于積分電路的作用，使第一三極管基極的電壓緩慢上升，從而使得啟動時輸出 場效應(yīng)開關(guān)管Q1的導(dǎo)通足夠緩慢。該緩慢程度通過取決于積分電阻R1和積分電路C1的值的 時間常數(shù)來控制。一般而言，此開關(guān)響應(yīng)速度的減慢對于使用效果可以忽略不計，不會明顯 感覺到電機Μ運轉(zhuǎn)的延遲，但是對于沖擊電流的影響卻可以大大降低。
[0060] RC積分電路的另一個作用在于可以接收脈沖寬度調(diào)制(PWM)信號作為Vi η，因為RC 積分電路可以檢測出PWM的直流分量。
[0061 ]直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路是復(fù)印機打印機產(chǎn)品中的一個基礎(chǔ)控制電路，以下以 直流無刷軸流風(fēng)扇作為電機Μ的一個具體實施例簡要說明。
[0062] 直流無刷軸流風(fēng)扇控制電路是復(fù)印機打印機產(chǎn)品中的一個基礎(chǔ)控制電路。風(fēng)扇控 制的原則是在滿足"散熱"要求的前提下盡可能地降低風(fēng)扇的運轉(zhuǎn)速度，以降低"噪聲"，節(jié) 省能源，延長風(fēng)扇的壽命。
[0063] 風(fēng)扇控制電路的基本要求是：1)工作可靠;2)滿足風(fēng)扇制造商對控制電路的各項 技術(shù)要求;3)具有"良好的控制性能"；4)占用較少的電路控制資源;5)較低的元器件成本。 本實施例很好地符合了上述各項要求。
[0064]輸出半導(dǎo)體開關(guān)元件Q1中無"啟動沖擊電流"。采用電阻R1與電容C1構(gòu)成R-C積分 器，使得啟動時輸出場效應(yīng)管Q1的導(dǎo)通足夠緩慢，從而抑制了在電容C3(100yF)中形成沖擊 電流。
[0065]使用"差分三極管" QA1作為放大、采樣反饋元件，改善了本實施例電路的溫度穩(wěn)定 性。
[0066] 當(dāng)輸入電壓Vin〈0.3V時，輸出場效應(yīng)管Q1截止，輸出電壓= 0V，風(fēng)扇停止，整個電 路完全關(guān)斷，無泄漏電流，符合理想開關(guān)的"關(guān)斷"狀態(tài)要求。
[0067]當(dāng)輸入電壓Vin>3. IV時，輸出場效應(yīng)管Q1飽和導(dǎo)通，根據(jù)Q1的電氣參數(shù)，其導(dǎo)通電 阻在500πιΩ以下，由此推算Q1在飽和導(dǎo)通時的壓降在〇. IV的水平，符合理想開關(guān)的"閉合" 狀態(tài)要求。
[0068]由于本控制電路僅使用了單一輸入端，符合占用最少電路控制資源的特性。
[0069]當(dāng)0.8V〈Vin〈3.0V時，電路在線性調(diào)速區(qū)間，"差分三極管"QA1左側(cè)管集電極中的 電流值范圍在20~25μΑ之間（由Q1的Vgs參數(shù)決定），VR3 = 2~2.5V，Q1工作在線性區(qū)，風(fēng)扇速 度連續(xù)可調(diào)。
[0070] 在使用了 RC積分電路的情況下，可使用PWM信號作為控制輸入，例如在本實施例 中，PWM的脈沖頻率選取值:f = 2kHz。以下表1示出了在不同的輸入情況下實際測試得到的 結(jié)果，其中電源電壓VCC = 24.6V。
[0071] 表1
[0072]
[0073]
[0074] 其中：
[0075] P麗（％ ):以脈沖寬度調(diào)制方式的占空比輸入值，脈沖振幅3.3V，單位：％ ;
[0076] Vin(V):以D/A模擬量、或PWM脈沖寬度調(diào)制方式輸入的等價電壓，單位:伏特；
[0077] Vout(V):風(fēng)扇兩端的電壓，單位:伏特；
[0078] Ip(mA):場效應(yīng)管開關(guān)Q1中的峰值電流，單位:毫安培；
[0079] Irms(mA):場效應(yīng)管開關(guān)Q1中的真有效值電流，單位:毫安培；
[0080] REV(rpm):風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，單位:轉(zhuǎn)/分鐘。
[0081] 由上表可以看出通過控制信號的線性連續(xù)輸入，對風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的連續(xù)線性調(diào)節(jié)效 果。
[0082] 以下表2示出了輸入啟動電壓、啟動電流以及啟動時間關(guān)系的實際測試結(jié)果。
[0083] 表 2 「00841
[0085] 其中：
[0086] Vin(V):以D/A模擬量、或PWM脈沖寬度調(diào)制方式輸入的等價電壓，單位:伏特；
[0087] I inrush(mA):風(fēng)扇啟動時流過場效應(yīng)管Q1的沖擊電流，單位:毫安培；
[0088] T start(mS):啟動時間；單位:毫秒。
[0089] 由上可見，可以看出沖擊電流大大減小，但是對于風(fēng)扇的延遲影響對于實際使用 是可以忽略不計的。
[0090] 圖5、圖6和圖7示出了在不同啟動電壓下啟動沖擊電流與啟動時間的實際測試結(jié) 果。
[0091] 根據(jù)本實用新型的方案，首先實現(xiàn)了對于電機轉(zhuǎn)速的線性連續(xù)調(diào)節(jié)，而非傳統(tǒng)方 案中的只有開、關(guān)以及中速三檔。此外，本實用新型的方案只需要單端輸入即可，節(jié)省了控 制電路資源。而且本實用新型的方案消除了對開關(guān)管的大沖擊電流的影響，保證了電路更 穩(wěn)定可靠地工作。
[0092]提供對本公開的先前描述是為使得本領(lǐng)域任何技術(shù)人員皆能夠制作或使用本公 開。對本公開的各種修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說都將是顯而易見的，且本文中所定義的普 適原理可被應(yīng)用到其他變體而不會脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限 定于本文中所描述的示例和設(shè)計，而是應(yīng)被授予與本文中所公開的原理和新穎性特征相一 致的最廣范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種用于直流無刷電機的控制電路，其特征在于，包括： 場效應(yīng)開關(guān)管，所述場效應(yīng)開關(guān)管的源極耦接至電源電壓端以及柵極電阻的第一端， 柵極耦接至所述柵極電阻的第二端，漏極耦接至所述直流無刷電機以向其提供控制電壓， 所述直流無刷電機的轉(zhuǎn)速隨所述控制電壓的大小線性變化； 第一三極管，所述第一三極管的基極耦接至控制信號的輸入端，發(fā)射極經(jīng)由耦合電阻 接地，集電極耦接至所述柵極電阻的第二端，以經(jīng)由所述柵極電阻上的電壓降控制所述場 效應(yīng)開關(guān)管的導(dǎo)通截止?fàn)顟B(tài)； 第二三極管，所述第二三極管的發(fā)射極與所述第一三極管的發(fā)射極連接以經(jīng)由所述耦 合電阻接地，集電極耦接至所述電源電壓端；以及 采樣電路，所述采樣電路的輸入耦接至所述場效應(yīng)開關(guān)管的漏極以采樣所述控制電路 輸出的所述控制電壓，輸出耦接至所述第二三極管的基極以構(gòu)成所述控制電壓的反饋閉 環(huán)，從而使所述輸出控制電壓的大小以預(yù)定倍率鎖定輸入至所述第一三極管的基極的控制 信號的大小，以實現(xiàn)對所述直流無刷電機的轉(zhuǎn)速的連續(xù)線性控制。2. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述第一三極管和所述第二三極管是作 為差分三極管集成在一起的分立元件。3. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述采樣電路包括串聯(lián)的第一分壓電阻 和第二分壓電阻，所述第一分壓電阻的第一端作為采樣電路的輸入耦接至所述場效應(yīng)開關(guān) 管的漏極，第二端與所述第二分壓電阻的第一端相連以作為采樣電路的輸出耦接至所述第 二三極管的基極，所述第二分壓電阻的第二端接地，其中所述第一分壓電阻和所述第二分 壓電阻的分壓比由所述預(yù)定倍率確定。4. 如權(quán)利要求3所述的控制電路，其特征在于，所述預(yù)定倍率大于等于電源電壓的額定 值與所述控制信號的最大值的比。5. 如權(quán)利要求3所述的控制電路，其特征在于，所述第一分壓電阻的兩端并聯(lián)有電壓波 紋抑制電容。6. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述柵極電阻與所述耦合電阻的大小關(guān) 系被設(shè)為使得在所述第一三極管導(dǎo)通狀態(tài)下流經(jīng)所述柵極電阻的電流在所述柵極電阻上 產(chǎn)生的電壓降足以使所述場效應(yīng)開關(guān)管導(dǎo)通。7. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述第一三極管的集電極通過限流電阻 耦接至所述柵極電阻的第二端，所述限流電阻與所述柵極電阻的大小關(guān)系被設(shè)為使得所述 柵極電阻上的壓降不超過所述場效應(yīng)開關(guān)管的最大容許源-柵電壓。8. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述第一三極管的基極通過RC積分電路 耦接所述控制信號的輸入端，其中所述RC積分電路包括耦接在所述第一三極管的基極與所 述控制信號的輸入端之間的積分電阻以及耦接在所述第一三極管的基極與接地端之間的 積分電容。9. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述場效應(yīng)開關(guān)管為P溝道場效應(yīng)開關(guān) 管，以及所述第一三極管和所述第二三極管為NPN三極管。10. 如權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述直流無刷電機是用于直流無刷軸 流風(fēng)扇的電機，所述控制電路被用于所述直流無刷軸流風(fēng)扇的風(fēng)扇轉(zhuǎn)速控制。
【文檔編號】H02P7/28GK205509906SQ201620238936
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月25日
【發(fā)明人】陳耀華
【申請人】上海富士施樂有限公司