CN102468793B - 风扇转速控制装置 - Google Patents

Abstract

一种风扇转速控制装置。该装置包含一第一讯号产生电路、一第二讯号产生电路、一脉宽调制电路及一切换电路。第一讯号产生电路接收一实频率讯号及一目标频率讯号，并据以产生一第一讯号；第二讯号产生电路依据第一讯号产生一第二讯号；脉宽调制电路依据第二讯号而产生一脉宽调制讯号；切换电路与脉宽调制电路电性连接，并输出一控制讯号，以控制马达的转速；集成电路，电性连接第一讯号产生电路与切换电路，其中所述集成电路接收实频率讯号并将所述实频率讯号转换成另一讯号输出至切换电路。因此，本发明的风扇转速控制装置可提高转速的稳定度与精准度。

Description

风扇转速控制装置

技术领域

本发明涉及一种风扇转速控制装置，特别是涉及一种无刷直流风扇的风扇转速控制装置。

背景技术

目前无刷直流风扇马达的驱动机制，主要是当定子的绕组线圈通电后，配合霍尔感测器(Hall sensor)判断永久磁铁转子的磁极位置，转换流经定子的绕组线圈的电流方向，以产生交变磁场，而推斥永久磁铁转子持续转动。另外，关于风扇马达的转速控制技术，以脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)技术最为常见。

请参照图1所示，现有的风扇转速控制装置1用以控制一马达7的转速，风扇转速控制装置1具有一转速电压转换电路11、控制电路12、脉宽调制电路13及切换电路14。转速电压转换电路11接收一转速讯号S1，转速讯号S1为马达7运作时的转速，转速电压转换电路11将转速讯号S1转换为一电压讯号S2，并传输至控制电路12。控制电路12具有一比例积分微分(PID)控制器，控制电路12接收一电压讯号S2及一目标电压讯号S3，并将电压讯号S2与目标电压讯号S3运算之后，输出一讯号S4。脉宽调制电路13依据讯号S4及一基本频率讯号S5而产生一脉宽调制讯号S6。切换电路14以脉宽调制讯号S6控制多个开关元件的开关，使得切换电路14输出一控制讯号S7控制马达7的转速。

现有马达的定速控制方法，例如，上述的比例微分积分控制或可编程集成电路运算控制...等，都可使马达达到定速运转，但无法精准控制马达的转速，且现有的控制方法具有不易调校及高成本的问题。

因此，如何提供一种简易的电路设计以降低生产成本及提高转速的稳定度与精准度的风扇转速控制装置，实属当前重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种风扇转速控制装置可提高转速的稳定度与精准度。

为实现上述目的，本发明提供一种风扇转速控制装置，其包含一第一讯号产生电路、一第二讯号产生电路、一脉宽调制电路及一切换电路。第一讯号产生电路接收一实频率讯号及一目标频率讯号，并据以产生一第一讯号；第二讯号产生电路与第一讯号产生电路电性连接，第二讯号产生电路依据第一讯号产生一第二讯号，该第二讯号为直流；脉宽调制电路与第二讯号产生电路电性连接，并依据第二讯号而产生一脉宽调制讯号；切换电路与脉宽调制电路电性连接，并输出一控制讯号，以控制马达的转速；集成电路，电性连接第一讯号产生电路与切换电路，其中所述集成电路接收实频率讯号并将所述实频率讯号转换成另一讯号输出至切换电路。

于本发明的一实施例中，第二讯号产生电路具有一滤波器，其接收第一讯号，并将第一讯号滤波为直流的第二讯号。

于本发明的一实施例中，切换电路具有一H型电桥。

于本发明的一实施例中，风扇转速控制装置还包含一集成电路，其与第一讯号产生电路及切换电路电性连接。

于本发明的一实施例中，集成电路具有一讯号转换器，其接收一外部脉宽调制讯号，并据以产生目标频率讯号。

于本发明的一实施例中，集成电路具有一振荡器，振荡器输出一方波讯号。

于本发明的一实施例中，风扇转速控制装置还包含一波形转换电路，其与集成电路及脉宽调制电路电性连接，波形转换电路接收方波讯号，并据以输出一第三讯号至脉宽调制电路。

如上所述，因依据本发明的一种风扇转速控制装置，是藉由第一讯号产生电路接收马达运作的实频率讯号及目标频率讯号，并据以输出第一讯号，第二讯号产生电路将第一讯号滤波为第二讯号，脉宽调制讯号依据第二讯号及基本频率讯号，而产生脉宽调制讯号，切换电路依据脉宽调制讯号控制H型电桥，再依据H型电桥的多个开关元件的开关输出控制讯号，以控制马达的转速。藉此，本发明的风扇转速控制装置可藉由不断修正马达的转速，以提高马达转速的精准度及稳定度。

附图说明

图1为现有风扇转速控制装置的示意图；

图2为本发明第一实施例的风扇转速控制装置的示意图；

图3为本发明第二实施例的风扇转速控制装置的示意图；以及

图4为本发明第三实施例的风扇转速控制装置的示意图。

附图符号说明

1、2、3、4：风扇转速控制装置

11：转速电压转换电路

12：控制电路

13、23：脉宽调制电路

14、24：切换电路

21：第一讯号产生电路

22：第二讯号产生电路

25：目标频率产生电路

26：基本频率产生电路

27：集成电路

271：控制逻辑器

272：振荡器

273：讯号转换器

28：波形转换电路

7：马达

S1：转速讯号

S2：电压讯号

S3：目标电压讯号

S4、S22、S27、S32、S36：讯号

S5、S15：基本频率讯号

S6、S16、S28、S37：脉宽调制讯号

S7、S17、S29、S38：控制讯号

S11、S21、S31：实频率讯号

S12、S24、S33：目标频率讯号

S13、S25、S34：第一讯号

S14、S26、S35：第二讯号

S23：外部脉宽调制讯号

具体实施方式

以下将参照相关附图，说明依本发明较佳实施例的风扇转速控制装置，其中相同的元件将以相同的参照符号加以说明。

请参照图2所示，本发明第一实施例的风扇转速控制装置2用以控制一马达7的转速，且为无刷直流风扇的风扇转速控制装置。风扇转速控制装置2包含一第一讯号产生电路21、一第二讯号产生电路22、一脉宽调制电路23及一切换电路24。另外，本发明的风扇转速控制装置2为提高马达7转速的精准度及稳定度，是以锁相电路(Phase Locked Loop，PLL)的概念而设计的。

本实施例的风扇转速控制装置2还包含一转速感应电路(图未绘示)。转速感应电路具有一转速感应元件，以转速感应元件测得马达7于运作时的转速，转速感应电路将该转速转换为工作频率且产生一实频率讯号S11，并传输至第一讯号产生电路21。其中，转速感应元件可为一霍尔感应器或一光耦合器。

第一讯号产生电路21接收实频率讯号S11及一目标频率讯号S12，其中本实施例的目标频率讯号S12经由一目标频率产生电路25产生并传输至第一讯号产生电路21，目标频率讯号S12为欲达到的马达7转速的频率。第一讯号产生电路21根据实频率讯号S11及目标频率讯号S12的相对误差值而产生一第一讯号S13。

第二讯号产生电路22与第一讯号产生电路21电性连接，且第二讯号产生电路22具有一滤波器。滤波器接收第一讯号S13，并将第一讯号S13滤波为直流的一第二讯号S14。

风扇转速控制装置2还包含一基本频率产生电路26。基本频率产生电路26产生一基本频率讯号S15。本实施例的基本频率讯号S15为一三角波。

脉宽调制电路23与第二讯号产生电路22及基本频率产生电路26电性连接，并依据第二讯号S14及基本频率讯号S15产生一脉宽调制讯号S16，并传输至切换电路24。

切换电路24与脉宽调制电路23电性连接，切换电路24具有一H型电桥。切换电路24依脉宽调制讯号S16切换H型电桥的多个开关元件的开关，再以该等开关元件的开关及实频率讯号S11′输出一控制讯号S17，以控制风扇马达7的转速。

以锁相电路(Phase Locked Loop，PLL)而言，其是由一频率/相位检知器、一回路滤波器及一压控振荡器(Voltage Control Oscillator，VCO)所组成，并相连接形成一闭回路。本实施例的第一讯号产生电路21等同于频率/相位检知器，第二讯号产生电路22等同于回路滤波器，而脉宽调制电路23、切换电路24及马达7三者等同于压控振荡器。

第一讯号产生电路21接收一目标频率讯号S12并将由马达7输出的实频率讯号S11作为回授讯号，且第一讯号产生电路21依据目标频率讯号S12及实频率讯号S11的误差，而产生第一讯号S13，再将第一讯号S13传输至第二讯号产生电路22。第二讯号产生电路22将第一讯号S13经由滤波器滤波之后，产生直流的第二讯号S14，第二讯号产生电路22将第二讯号S14输入至脉宽调制电路23。脉宽调制电路23比较第二讯号S14和基本频率讯号S15后再输出脉宽调制讯号S16至切换电路24，以使得切换电路24控制马达7的转速。如此不断循环，修正马达7的转速，直到实频率讯号S11与目标频率讯号S12相等时，则第一讯号产生电路21会锁定住第一讯号S13，以使得马达7维持恒定的转速。

上述为本发明的风扇转速控制装置的基本态样。以下，将以另二个实施例来说明本发明较佳实施例的风扇转速控制装置的变化态样。

请参照图3所示，本发明第二实施例的风扇转速控制装置3包含一第一讯号产生电路21、一第二讯号产生电路22、一脉宽调制电路23、一切换电路24及一转速感应电路(图未绘示)。与上述第一实施例相较，其差异在于本实施例中还揭示了一集成电路27及一波形转换电路28。其中该集成电路27具有一控制逻辑器271、一振荡器272及一讯号转换器273。该集成电路亦可为一微控制器、一微处理器、一可编程逻辑门阵列或一特定应用集成电路元件。

转速感应电路将马达7的转速转换为工作频率，且产生一实频率讯号S21，并传输至第一讯号产生电路21及控制逻辑器271。

控制逻辑器271与切换电路24电性连接，将实频率讯号S21转换成讯号而传输至切换电路24。振荡器272输出一方波讯号S22至波形转换电路28。讯号转换器273接收一外部脉宽调制讯号S23，并依据外部脉宽调制讯号S23的工作周期(Duty Cycle)，将外部脉宽调制讯号S23转换为一目标频率讯号S24。

第一讯号产生电路21接收实频率讯号S21及目标频率讯号S24，并依据实频率讯号S21及目标频率讯号S24而产生一第一讯号S25。

第二讯号产生电路22与第一讯号产生电路21电性连接，且第二讯号产生电路22具有一滤波器。滤波器接收第一讯号S25，并将第一讯号S25滤波为直流的一第二讯号S26。

波形转换电路28与振荡器272电性连接，并接收方波讯号S22，将方波讯号S22转换为三角波的一讯号S27。

脉宽调制电路23与第二讯号产生电路22及波形转换电路28电性连接，并依据第二讯号S26及讯号S27产生一脉宽调制讯号S28，并传输至切换电路24。

切换电路24与脉宽调制电路23电性连接，切换电路24具有一H型电桥。切换电路24是依脉宽调制讯号S28切换H型电桥的多个开关元件的开关，再以该等开关元件的开关及实频率讯号输出一控制讯号S29，以控制风扇马达7的转速。

请参照图4所示，本发明第三实施例的风扇转速控制装置4包含一第一讯号产生电路21、一第二讯号产生电路22、一脉宽调制电路23、一切换电路24、目标频率产生电路25及一转速感应电路(图未绘示)。与第一实施例相较，两者的差异在于本实施例中还揭示了一集成电路27及一波形转换电路28。其中，集成电路27具有一控制逻辑器271及一振荡器272。

转速感应电路将马达7的转速转换为工作频率，且产生一实频率讯号S31，并传输至第一讯号产生电路21及控制逻辑器271。

控制逻辑器271与切换电路24电性连接，将实频率讯号S31转换成另一讯号后传输至切换电路24。振荡器272输出一方波讯号S32至波形转换电路28。

目标频率产生电路25产生马达7欲达到的转速的一目标频率讯号S33，并将目标频率讯号S33传输至第一讯号产生电路21。

第一讯号产生电路21接收实频率讯号S31及目标频率讯号S33，并依据实频率讯号S31及目标频率讯号S33而产生一第一讯号S34。

第二讯号产生电路22与第一讯号产生电路21电性连接，且第二讯号产生电路22具有一滤波器。滤波器接收第一讯号S34，并将第一讯号S34滤波为直流的一第二讯号S35。

波形转换电路28与振荡器272电性连接，并接收方波讯号S32，将方波讯号S32转换为三角波的一讯号S36。

脉宽调制电路23与第二讯号产生电路22及波形转换电路28电性连接，并依据第二讯号S35及讯号S36产生一脉宽调制讯号S37，并传输至切换电路24。

切换电路24与脉宽调制电路23电性连接，切换电路24具有一H型电桥。切换电路24依脉宽调制讯号S37切换H型电桥的多个开关元件的开关，再以该等开关元件的开关及实频率讯号输出一控制讯号S38，以控制风扇马达7的转速。

综上所述，本发明的一种风扇转速控制装置是藉由第一讯号产生电路接收马达运作的实频率讯号及目标频率讯号，并据以输出第一讯号，第二讯号产生电路将第一讯号滤波为第二讯号，脉宽调制讯号依据第二讯号及基本频率讯号，而产生脉宽调制讯号，切换电路依据脉宽调制讯号控制H型电桥，再依据H型电桥的多个开关元件的开关输出控制讯号，以控制马达的转速。藉此，本发明的风扇转速控制装置可藉由不断修正马达的转速，以提高马达转速的精准度及稳定度。

以上所述仅为举例说明，而非为对本发明的限制。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本发明的权利要求中。

Claims (13)

1.一种风扇转速控制装置，用以控制一马达的转速，该风扇转速控制装置包含：

一第一讯号产生电路，接收一实频率讯号及一目标频率讯号，并据以产生一第一讯号；

一第二讯号产生电路，与该第一讯号产生电路电性连接，该第二讯号产生电路依据该第一讯号产生一第二讯号，该第二讯号为直流；

一脉宽调制电路，与该第二讯号产生电路电性连接，并依据该第二讯号而产生一脉宽调制讯号；以及

一切换电路，与该脉宽调制电路电性连接，并输出一控制讯号，以控制该马达的转速；

集成电路，电性连接第一讯号产生电路与切换电路，

其中所述集成电路接收实频率讯号并将所述实频率讯号转换成另一讯号输出至切换电路。

2.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，该第二讯号产生电路具有一滤波器，其接收该第一讯号，并将该第一讯号滤波为一直流的该第二讯号。

3.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，该切换电路具有一H型电桥。

4.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，其中该集成电路为一微控制器、一微处理器、一可编程逻辑门阵列或一特定应用集成电路元件。

5.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，其中该集成电路包括一控制逻辑器。

6.如权利要求5所述的风扇转速控制装置，其中该集成电路具有一讯号转换器，其接收一外部脉宽调制讯号，并据以产生该目标频率讯号。

7.如权利要求6所述的风扇转速控制装置，其中该集成电路具有一振荡器，该振荡器输出一方波讯号。

8.如权利要求7所述的风扇转速控制装置，还包含一波形转换电路，与该集成电路及该脉宽调制电路电性连接，该波形转换电路接收该方波讯号并转换成一三角波讯号而输出至该脉宽调制电路。

9.如权利要求1至8任一权利要求所述的风扇转速控制装置，其还包括一转速感应电路，以测得该马达于运作时的转速，将该转速转换为一工作频率且产生该实频率讯号，并传输至该第一讯号产生电路。

10.如权利要求9所述的风扇转速控制装置，其中该转速感应元件为一霍尔感应器或一光耦合器。

11.如权利要求10所述的风扇转速控制装置，其还包括一目标频率产生电路，产生该目标频率讯号并传输至该第一讯号产生电路。

12.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，其还包括一基本频率产生电路，电连接于该脉宽调制电路，并产生一基本频率讯号，该脉宽调制电路依据该第二讯号及该基本频率讯号产生该脉宽调制讯号，并传输至该切换电路。

13.如权利要求1所述的风扇转速控制装置，其中该第一讯号产生电路等同于一频率/相位检知器；该第二讯号产生电路等同于一回路滤波器；该脉宽调制电路、该切换电路及该马达等同于一压控振荡器。