专利名称：二段式转速控制的风扇电机的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种二段式转速控制的风扇电机，特别是有关一种利用缓冲电路在电压高低改变时能输出平滑电压波形，使风扇处于低速模式及高速模式运转状态之间改变时，风扇转速能够平缓增速或减速，以利于延长使用寿命的风扇电机。
目前电脑及其周边设备等普遍采用散热风扇做为散热元件，以避免系统(电脑)本身散热不良而发生系统内温度升高，进而导致该系统发生死机或电子元件烧毁。在散热风扇运转上，当该系统内温度不高时，风扇只需要低速运转，此时，若该风扇处于高速运转状态，则发生不必要的增加工作载荷load及产生噪音noise，当该系统内全载full load造成温度相当高时，风扇需要高速运转，此时，若该风扇处于低速运转状态，则发生死机或电子元件烧毁等问题，为了解决以上问题，人们研制开发出调速式散热风扇，以在不同的温度环境下相对调整该风扇转速。
现有的散热风扇，1993年3月30日公告的美国专利第5,197,858号“温度速控式直流无刷散热风扇”专利案，如
图1及图2的2A至2C波形图所示。该
图1是风扇速控电路图；图2的2A至2C波形图是风扇速控电路的输出波形。请参照
图1所示，该第5,197,858号揭示的风扇速控电路，当电源导通后，经由逆压保护二极管D1，而加至电路与风扇无刷电机上，藉绕组线圈与环状永久磁铁互相感应作用使风扇叶片开始转动；此时，由直流电机换向作用点的霍尔效应感应集成电路IC1，经由电阻R3、R2所提供一定的电流和直流电位，可感应到风扇绕组线圈与环状永久磁铁之间的磁场变化电波。该霍尔效应感应集成电路IC1输出正电压V+及负电V-至驱动集成电路IC2，该驱动集成电路IC2将前述二波形经内部电压比较整形处理而得到相同于图2A所示的F.G波形，并以此同相电波控制半导体开关A1及A2所输出的电波，如图2B及图2C所示。利用半导体开关A1及A2所输出的电波控制风扇电机绕组L1、L2及L3及L4(绕组线圈)随磁偶(环状永久磁铁)而产生换向作动，定时电容C1则为驱动集成电路IC2本身提供扇叶在停止至完全不动后再重新起动的电能，其由霍尔效应感应集成电路IC1及驱动集成电路IC2所构成的躯动系统即可使风扇运转，并发出检测的周期脉冲信号。IC3(未标示)内部是由三个运算放大器IC31、IC32及IC33组成，其中该IC31与电阻R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10与温控变速感应器Rth组成风扇温控变速的转速与温度斜率控制电路，藉由该温控变速感应器Rth在不同温度下其电阻值也改变的特性，使温控变速感应器Rth与电阻R4所形成的电压Va也随温度变化而改变，其与电阻R9及R10所形成的参考电压Vref经运算攻大器IC31运算后，使得Vb电压变化，晶体管TR2导通电流也产生变化，则风扇转速改变而达到温控风扇变速的目的。然而，该第5,197,858号经由驱动集成电路IC2输出至绕组L1、L2及L3及L4的波形为方形波，如图2B及图2C所示；另外经由运算放大器IC31依环境温度所输出的Vb电压变化，虽使晶体管TR2导通电流产生变化，但该晶体管TR2仍输出方形波。由于输入方形波至绕组L1、L2及L3及L4使得风扇旋转随着方形波发生急增速或急减速，此时风扇转速因发生急速变化而导致晃动，进而使风扇使用寿命减少。
另一现有散热风扇，在1999年8月24日公告的美国专利第5,942,866号“直流无刷风扇波宽调制控制电路”专利案，如图3及图4所示。图3是控制电路方块图，图4是控制开关的输出波形图。请参照图3所示，该第5,942,866号揭示风扇控制电路10是由一整流电路20、一电压比较器21及一控制开关22组成，其中该整流电路20为取得风扇23的信号检测端T所送出的连续方形波信号，而经该整流电路20进行方形波信号滤波及整流为一直流电压后，送入至电压比较器21的负相输入端，该电压比较器21的正相输入端与一预设的参考电压连接，以供设定风扇转速的设定值。该电压比较器21的输出端做为控制开关22的控制信号，而该控制开关22可为一晶体管或等效的电子开关，其串接于电源供应端Vcc与风扇23的电压输入端之间，该控制开关22可使由整流电路20送入的直流电压与参考电压Vref比较，若该整流电路20输出至电压比较器21的电压低于参考电压Vref(风扇23的转连较低)时，该电压比较器21输出高电压，以使控制开关22开启接通，而使风扇23的转速提高；当该风扇23的转速超过预定转速时，该整流电路20输出电压超过参考电压Vret，此时，使得电压比较器21输出转变为低电压以便控制开关22关闭断路，使该风扇23断电，重复前述该控制开关22间歇性启闭使风扇23维持于一固定转速状态，而该控制开关22输出波形为间歇性启闭且开启与关闭宽度也随转速高低变化而形成调制型式，如图4所示，即为形成一种波宽调制的转速控制电路。然而，该第5,942,866号输出波形为间歇性启闭的方形波，而风扇23旋转随着方形波或控制开关22的启闭发生急增速或急减速，此时风扇转速因发生急速变化而导致晃动，进而使风扇使用寿命减少。
因此，风扇转速的增速或减速过程需要改善，使风扇转速可平缓增速或减速，以避免风扇发生急增速或急减速，进而能延长风扇使用寿命。
本实用新型主要目的是提供一种二段式转速控制的风扇电机，其在电源供应端及风扇电压输入端之间设有一缓冲电路，该缓冲电路可输出平滑线性的电压改变波形，使风扇转速得以平缓增速或减速，可避免发生风扇转速急增速或急减速，使本实用新型具有延长风扇使用寿命的功效。
本实用新型的另一目的是提供一种二段式转速控制的风扇电机，其以较少及简单的元件来完成风扇的二段式转速控制，且可藉由改变一电阻值，来设定改变低速的转速。
本实用新型的目的是这样实现的一种二段式转速控制的风扇电机，其特征在于该风扇电机包含一风扇；一缓冲电路，其设于电源供应端及风扇电压输入端之间，其包含一电阻及一晶体管；以及一控制电压端，其连接于该缓冲电路的晶体管的基极，当电源Vcc的电压等于控制电压端的电压Vctrl时，该缓冲电路的晶体管为不导通，使电流无法通过，因此电源Vcc会由电阻的分压降低驱动风扇的风扇输入端电压Vf，因而仅以低电压驱动风扇，使风扇处于低速模式运转状态；当控制电压端的电压Vctr1等于零时，该缓冲电路的晶体管为导通，使驱动风扇的风扇输入端电压Vf等于电源的电压Vcc，因而以全部电源的电压Vcc驱动风扇，使风扇处于高速模式运转状态。
其另外包含一温度检测电路，该温度检测电路的输出连接于控制电压端，该温度检测电路包含多个用作设定参考电压Vref的电阻，并用该参考电压Vref做为供输入比较器的反相端，一感测环境温度的热敏电阻，以决定温度电压Vi供输入比较器的正相端，以及一电压比较器，经该电压比较器将参考电压Vref与温度电压Vi比较后输出，做为控制电压端的电压，以决定使风扇处于低速模式运转状态或高速模式运转状态。
缓冲电路的电阻两端是分别连接在晶体管的射电极与集电极。
缓冲电路的晶体管的基极经一电阻连接于控制电压端，并经另一电阻连接至电源供应端。
缓冲电路中设有藉由不同阻值来控制风扇在低速模式运转的转速的电阻。
本实用新型的二段式转速控制的风扇电机，其主要包含一缓冲电路、一控制电压端及一风扇。该缓冲电路设于电源供应端及风扇电压输入端之间，该缓冲电路包含一电阻及一晶体管，该控制电压输入端是连接于缓冲电路的晶体管的基板。当电源的电压等于控制电压时，该缓冲电路的晶体管不导通open，因此缓冲电路的电阻会分压而降低驱动风扇电压，因而风扇处于“低速模式”运转状态。当控制电压等于零时，该缓冲电路的晶体管导通close，使驱动风扇的电压等于电源的电压，因而风扇处于“高速模式”运转状态。
本实用新型主要在电源供应端Vcc连接一缓冲电路，该缓冲电路可依控制电压的改变而输出不同的高低电压供风扇运转使用，而在高低电压的改变之间，其电压波形是成平滑的线性波形，使风扇转速平缓增速或减速，可避免发生风扇转速急增速或急减速，以延长风扇使用寿命。
下面较佳实施例和附图详细说明本实用新型的目的、特征和优点
图1是台湾地区专利公告第198511号的风扇速控电路图。
图2A至图2C是台湾地区专利公告第198511号的输出波形图。
图3是台湾地区专利公告第327486号控制电路方块图。
图4是台湾地区专利公告第327486号控制开关输出波形图。
图5是本实用新型第一较佳实施例二段式转速控制的风扇电机的电路图。
图6和图7分别是第一较佳实施例二段式转速控制的风扇电机在“低速模式”和“高速模式”转速信号的波形示意图。
图8是本实用新型第二较佳实施例二段式转速控制的风扇电机的电路图。
本实用新型二段式转速控制的风扇电机主要将缓冲电路设于电源供应端及风扇电压输入端之间，该缓冲电路包含一电阻及一晶体管，该电阻的两端分别接于晶体管的射电极与集电极，晶体管的基极则经一电阻连接于控制电压端，晶体管的基极端并经另一电阻连接电源端，当电源的电压等于控制电压时，该缓冲电路的晶体管不导通Open，因此该电阻会分压而降低驱动风扇电压，因而风扇处于“低速模式”运转状态。当控制电压等于零时，该缓冲电路的晶体管导通close，使驱动风扇的电压等于电源的电压，因而风扇处于“高速模式”运转状态。
本实用新型二段式转速控制的风扇电机也可以温度检测电路检测环境温度，以便得到一由温度改变的电压(以下称温度电压)，并以该温度电压与电源的电压在比较器进行比较，以决定风扇转速在“低速模式”运转或“高速模式”运转。
图5是本实用新型第一较佳实施例二段式转速控制的风扇电机的电路图；图6及图7是本实用新型第一较佳实施例二段式转速控制的风扇电机在“低速模式”及“高速模式”转速信号的波形示意图。
请参照图5所示，第一较佳实施例二段式转速控制的风扇电机主要包含一缓冲电路100、一控制电压端110及一风扇120。该缓冲电路100设于电源供应端电压Vcc及风扇输入电压端Vf之间，该缓冲电路100包含一电阻(R1)101及一晶体管(TR)102，该电阻101两端分别连接于晶体管102的射电极与集电极，控制电压端101则经一电阻103连接于晶体管(TR)102的基极，该晶体管(TR)102的基极并经电阻104连接至电源供应端Vcc。当电源Vcc的电压等于控制电压Vctrl时，该缓冲电路100的晶体管(TR)102不导通Open而电流无法通过，因此该电阻(R1)101会分压降低驱动风扇的风扇输入端电压Vf，因而仅以低电压驱动风扇使风扇处于“低速模式”运转状态，因此改变电阻(R1)101的电阻值也可改变“低速模式”的运转转速。当控制电压Vctrl等于零时，该缓冲电路100的晶体管(TR)102导通close，使驱动风扇的风扇输入端电压Vf等于电源的电压Vcc，因而以全部电源的电压Vcc驱动风扇时，风扇处于“高速模式”运转状态。因此，在晶体管(TR)102自不导通切换至导通过程中，风扇输入端电压Vf从与电阻(R1)101的分压平缓增加至电源的电压Vcci，或在晶体管(TR)102的自导通切换至不导通过程中，风扇输入端电压Vf自电源的电压Vcc平缓减少至与电阻(R1)101的分压。请参照图6所示，当电源Vcc的电压等于控制电压Vctrl时，仅以低电压驱动风扇，使风扇处于“低速模式”运转状态。请参照图7所示，当控制电压Vctrl等于零时，以电源的电压Vcc驱动风扇，使风扇处于“高速模式”运转状态。
请参照
图1、图3及图5所示，美国专利第5,197,858号经由运算放大器ICH依环境温度所输出的Vb电压变化，虽使晶体管TR2导通电流产生变化，但该晶体管TR2的不导通及导通仅能输出零电压及电源电压组成的方形波，由于输入方形波至风扇形成风扇处于断电或导通状态，该方形波驱动绕组L1、L2及L3及L4使得风扇旋转随着方形波发生急增速或急减速，此时风扇转速因发生急速变化而导致晃动，进而使风扇使用寿命减少。此外，美国专利第5,942,866号输出波形为间歇性启闭的方形波，风扇23旋转随着方形波或控制开关22的启闭而不可避免地发生急增速或急减速缺点。相反地，本实用新型以电阻(R1)101及晶体管(TR)102组成缓冲电路100，其避免风扇120处于断电状态。因此无论控制电压端的电压是在等于零或等于电源电压Vcc，藉由该缓冲电路100可保持对风扇120输出电压Vf会有平滑线性的电压改变波形，使风扇转速能够在“低速模式”及“高速模式”的运转之间形成平缓增速或减速，因而使风扇120在增转速或减转速过程中旋转顺畅，以延长风扇使用寿命图8是本实用新型第二较佳实施例二段式转速控制的风扇电机的电路图。本实用新型的第二较佳实施例仅在控制电压端相异于第一较佳实施例，因此延用相同的图号，两者相同部分的详细说明则不予赘述。
请参照图8所示，第二较佳实施例二段式转速控制的风扇电机主要包含一缓冲电路100、一控制电压端110、一风扇120及一温度检测电路130。该温度检测电路130包含多个电阻(R4、R6、R7)131、一热敏电阻(R5)132及一电压比较器comparator133，其利用电阻R6、R7设定参考电压Vref做为供输入比较器133的反相端，利用电阻(R4)131及热敏电阻(R5)132感测环境温度，以决定温度电压Vi供输入比较器133的正相端，经该比较器133将参考电压Vref与温度电压Vi比较后，输出至控制电压端110(Vctrl)。假设切换温度值为50℃，当热敏电阻(R5)132感测的环境温度高于50℃时，则温度电压Vi小于参考电压Vref，因此，比较器133输出控制电压Vctrl=0，使缓冲电路100的晶体管(TR)102导通而风扇120处于“高速模式”运转状态。当热敏电阻(R5)132的温度降低电阻值升高，使温度电压Vi大于参考电压Vref，比较器133输出使控制电压等于电源电压Vcc，使缓冲电路100的晶体管(TR)102不导通而风扇120处于“低速模式”运转状态。该缓冲电路100的动作揭示于本实用新型第一较佳实施例的详细说明内，在此并入参考、不予赘述。
权利要求1.一种二段式转速控制的风扇电机，其特征在于该风扇电机包含一风扇；一缓冲电路，其设于电源供应端及风扇电压输入端之间，其包含一电阻及一晶体管；以及一控制电压端，其连接于该缓冲电路的晶体管的基极，当电源Vcc的电压等于控制电压端的电压Vctrl时，该缓冲电路的晶体管为不导通，使电流无法通过，因此电源Vcc会由电阻的分压而降低驱动风扇的风扇输入端电压Vf，因而仅以低电压驱动风扇，使风扇处于低速模式运转状态；当控制电压端的电压Vctrl等于零时，该缓冲电路的晶体管为导通，使驱动风扇的风扇输入端电压Vf等于电源的电压Vcc，因而以全部电源的电压Vcc驱动风扇，使风扇处于高速模式运转状态。
2.如权利要求1所述的二段式转速控制的风扇电机，其特征在于其另外包含一温度检测电路，该温度检测电路的输出连接于控制电压端，该温度检测电路包含多个用作设定参考电压Vref的电阻，并用该参考电压Vref做为供输入比较器的反相端，一感测环境温度的热敏电阻，以决定温度电压Vi供输入比较器的正相端，以及一电压比较器，经该电压比较器将参考电压Vref与温度电压Vi比较后输出，做为控制电压端的电压，以决定使风扇处于低速模式运转状态或高速模式运转状态。
3.如权利要求1所述的二段式转速控制的风扇电机，其特征在于缓冲电路的电阻两端是分别连接在晶体管的射电极与集电极。
4.如权利要求1所述的二段式转速控制的风扇电机，其特征在于其中缓冲电路的晶体管的基极经一电阻连接于控制电压端，并经另一电阻连接至电源供应端。
5.如权利要求3所述的二段式转速控制的风扇电机，其特征在于缓冲电路中设有藉由不同阻值来控制风扇在低速模式运转的转速的电阻。
专利摘要一种二段式转速控制的风扇电机,其主要包含一缓冲电路、一控制电压端及一风扇。该缓冲电路设于电源供应端及风扇电压输入端之间,该缓冲电路包含一电阻及一晶体管,控制电压端则连接于缓冲电路的晶体管,且控制晶体管的导通或不导通,进而使风扇电压输入端电压可为高低不同,且该电压波形高低的改变是成平滑的线性波形,因此风扇转速可以在低速模式及高速模式之间形成平缓增速或减速。
文档编号F04D27/00GK2450413SQ0025761
公开日2001年9月26日 申请日期2000年10月26日 优先权日2000年10月26日
发明者蔡南隆, 王铭圣, 洪银树 申请人:建准电机工业股份有限公司