专利名称：交流风扇故障检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及单相交流风扇控制领域，更具体地说，涉及一种交流风扇故障检测电 路。
背景技术：
由于单相交流电机具有电源简单、使用方便的特点被广泛应用，例如被应用于家 电、机械、制造设备以及其他有通风散热要求的产品上。上述产品中，由于散热性能将直接 影响产品性能及产品使用寿命，因此这些产品中的单相交流电机的堵转故障检测也变得非常重要。
目前，上述交流风扇比较常用的故障检测方法有两种其一是在交流风扇的电机 定子上固定一个霍尔传感器，只要风扇转动，就会产生交变磁场，贝1J霍尔传感器输出与风扇 转速成正比的交变电压，通过检测该交变电压的频率即可判断风扇是否有堵转故障；其二 是在风扇的供电主回路上串联一个精密电阻进行电流采样，因相对正常运行，堵转情况下 风扇的电流较大，因此通过检测采样电阻的电压变化也可判断出是否有堵转故障。
然而，上述采用霍尔传感器检测交流风扇故障的方案中，需要使用霍尔传感器。霍 尔传感器不仅价格较高，而且其必须固定在风扇电机内部，从而增加风扇的制造工艺难度。 并且，有些风扇内部不能安装霍尔传感器，此时不能使用该方案。
采用电阻对电流采样的方案中，主回路电流流过采样电阻进行采样必然产生较大 的功率损耗，且通常交流风扇工作的频率及电压范围较宽，而风扇受频率及电压的变化影 响时主回路电流变化也较大，很可能某一频率及电压下正常工作的主回路电流非常接近另 一工作频率及电压下堵转时的主回路电流，这样就很难确认交流风扇处于正常工作状态或 堵转状态。发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述交流风扇故障检测中霍尔传感器价格昂 贵、结构复杂以及采样电阻电流较难精确判断的问题，提供一种交流风扇故障检测电路。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种交流风扇故障检测电路，包括 依次连接的电压检测单元、差分放大单元、峰值检测单元以及电压比较单元，其中所述电 压检测单元，用于检测启动电容或辅助绕组两端电压；所述差分放大单元，用于对所述电压 检测单元获得的检测电压进行差分放大；所述峰值检测单元，用于获得所述差分放大单元 输出的差分放大电压的峰值并输出所述差分放大电压峰值；所述电压比较单元，用于将差 分放大电压的峰值与参考电压比较并在差分放大电压峰值大于和小于参考电压时输出不 同电平，所述参考电压介于交流风扇正常工作时的差分放大电压峰值和堵转时的差分放大 电压峰值之间。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述电压检测单元包括串接于所述启 动电容或辅助绕组两端的分压电阻Rl、R2。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述差分放大单元包括电阻R3、R4、 R5、R6及运算放大器U1，其中所述电阻R3、R4的一端分别接于其中一个分压电阻的两端、另 一端分别连接到运算放大器Ul的第一输入端和第二输入端；所述电阻R5的一端连接在运 算放大器Ul的第一输入端、另一端连接在运算放大器Ul的输出端；所述电阻R6的一端连 接在运算放大器Ul的第二输入端、另一端接地。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述电阻R3、R4的阻值相等，且电阻 R5、R6的阻值相等。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述峰值检测单元包括二极管D1、电 容C2以及电阻R10，其中所述电容C2的一端接地、另一端经由反接的二极管Dl连接到差分 放大单元的输出端，所述电阻RlO并接于所述电容C2的两端。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述电压比较单元包括比较器U3，该 比较器U3的第一输入端连接参考电压、第二输入端连接峰值检测单元的输出端。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述电压比较单元包括电阻R8、R9，所 述电阻R8、R9串接于两个输入电压VCC、VEE之间，且该两个电阻R8、R9的中点连接到比较 器的第一输入端。
在本发明所述的交流风扇故障检测电路中，所述电压比较单元在交流风扇正常工 作时输出高电平，在交流风扇堵转时输出低电平
本发明的交流风扇故障检测电路，通过检测交流风扇启动电容或辅助绕组电压， 可精确判断交流风扇是否堵转。本发明采用最基本的元器件，不仅成本低廉而且功率损耗 很低。
图1是单相交流风扇驱动电路的示意图。
图2是交流风扇正常工作时主绕组电压、启动电容电压、辅助绕组电压关系示意 图。
图3是交流风扇堵转时主绕组电压、启动电容电压、辅助绕组电压关系示意图。
图4是本发明交流风扇故障检测电路实施例的示意图。
图5是图4中交流风扇故障检测电路具体实现的电路图。
图6是本发明交流风扇故障检测电路在交流风扇正常工作时各部分电压波形图。
图7是本发明交流风扇故障检测电路在交流风扇堵转时各部分电压波形图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
如图1所示，是交流风扇驱动电路的示意图。在该驱动电路中，假设电机供电的电 源电压(也即主绕组电压)为Vs，启动电容电压为Vc，辅助绕组电压为Vm，则三个电压向量 应满足Vs=Vc+Vm 或 Vc=Vs-Vm。
由于电容的移相作用，辅助绕组电压Vm约超前主绕组电压Vs相位90°。在交流风扇正常工作时，辅助绕组上具有反电动势，此时辅助绕组电压Vm较大，因此启动电容电压Vc也较大，对应电压向量关系如图2所示；在交流风扇堵转时，辅助绕组上没有反电动势，辅助绕组电压Vm则比较小，因此启动电容电压Vc也比较小，对应向量关系如图3。
本发明根据上述交流风扇在正常工作和堵转时，启动电容和辅助绕组电压的上述特性来判断交流风扇的电机是否出现堵转故障。
如图4所示，是本发明交流风扇故障检测电路实施例的示意图。在本实施例中，故障检测电路包括依次连接的电压检测单元41、差分放大单元42、峰值检测单元43以及电压比较单元44，其中电压检测单元41连接到启动电容或辅助绕组的两端，电压比较单元44在交流风扇正常工作和堵转时输出不同电平。
电压检测单元41用于检测启动电容或辅助绕组两端电压。由于启动电容或辅助绕组电压在交流风扇正常工作及堵转时差异非常明显，因此通过对该电压的检测可很容易判断交流风扇的状态。
差分放大单元42用于对电压检测单元41获得的检测电压进行差分放大。
峰值检测单元43用于获得差分放大单元输出的差分放大电压的峰值并输出该差分放大电压峰值到电压比较单元44。
电压比较单元44用于将差分放大电压的峰值与参考电压比较并在差分放大电压峰值大于和小于参考电压时输出不同电平。上述参考电压介于交流风扇正常工作时的差分放大电压峰值和堵转时的差分放大电压峰值之间。
如图5所示，是图4中交流风扇故障检测电路具体实现的电路图。该图中的电容 Cl为交流电机的启动电容(在实际应用中，也可改为辅助绕组)，其两端电压为正弦波。
电压检测单元41包括电阻Rl、R2，该两个电阻Rl、R2用于对启动电容Cl所加电压进行分压。由电阻R3、R4、R5、R6 (电阻R3、R4用于限流)及运算放大器Ul组成差分放大单元42 (VCC及VEE为运算放大器Ul的供电电压)并且电阻R3、R4的一端分别接于电阻R2的两端、另一端分别连接到运算放大器Ul的第一输入端和第二输入端，电阻R5的一端连接在运算放大器Ul的第一输入端、另一端连接在运算放大器Ul的输出端，电阻R6的一端连接在运算放大器Ul的第二输入端、另一端接地。当电阻阻值R3=R4，R5=R6时，运算放大器 Ul 的输出电压 VO=Vc X (R/ (Rl+R)) X (R5/R3)，其中 R= (2R2 X R3) / (R2+2R3)。
峰值检测单元43包括二极管D1、电容C2、电阻R10，其中电容C2的一端接地、另一端经由反接的二极管Dl连接到差分放大单元42的输出端(即运算放大器Ul的输出端)，电阻RlO并接于电容C2的两端。若忽略二极管Dl的导通压降，则运算放大器Ul在其输出电压VO高于电容C2的电压Vl时，直接通过二极管Dl向电容C2充电；在运算放大器Ul的输出电压VO低于电容C2的电压Vl时，电容C2通过电阻RlO放电。上述电容C2的充电时间远小于放电时间(电阻RlO的阻值越大，电容C2的放电速度越慢)，适当选择电阻RlO的阻值可使电容C2几乎维持在VO的峰值。
在实际应用中考虑二极管Dl的压降，则电容C2的电压Vl几乎维持在VO 峰值减去二极管Dl的导通压降Vd，若VO的峰值FOmax = VixFO,则电容C2的电压 V\ = VQ max- Vd = X VQ - Vd = X Vc X/(JU + (R5 R >) - Vcl ，其中 R=(2R2XR3)/(R2+2R3)。
由前面的分析可知启动电容Cl (或辅助绕组)电压在风扇正常工作时电压较小(设此时的启动电容Cl电压为Vc_l)，堵转时较大(设此时的启动电容电压为Vc_2)，同样电容 C2的电压Vl也在正常工作时较大(设此时的电容C2的电压为Vl_Normal)而堵转时较小 (设此时电容C2的电压为Vl_Fault)，则
Vl — Normal = x Vc — I χ ( R/(R I + R)) x (R5/R3) - Vd，
Vl _ Fault = 42 x Vc _2x( R/(R1 + R)) x (R5/R3) — Vd,
其中R= (2R2 X R3) / (R2+2R3)。
电阻R7、R8、R9及比较器U3构成电压比较单元44，其中电阻R7用于限流，比较器 U3的第一输入端连接参考电压、第二输入端连接峰值检测单元的输出端。
R8、R9用于提供参考电压，其两段所加电压和等于VCC-VEE，则电阻R8、R9的中点 电压V2=VEE+ (R9/ (R8+R9)) X (VCC-VEE)，该电压输入比较器U3的第一输入端。
适当选择R8、R9的值，使交流风扇正常工作时参考电压V2的电压小于Vl_Normal 并留有一定预量，同时堵转时参考电压V2的电压大于Vl_Fault并留有一定预量。即在风 扇正常工作时，启动电容Cl电压为Vcj较大，电容C2的电压Vl_Normal大于参考电压V2， 比较器U3的输出电压ERR为高电平，各部分电压波形如图6所示；在电机出现堵转故障时， 启动电容电压为Vc_2较小，相应的电容C2的电压Vl_Fault小于参考电压V2，比较器U3输 出电压ERR为低电平，即低电平即表示故障电平，各部分波形如图7所示。
当然，上述各单元在具体实现时可采用具有相同功能的电路代替。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围 为准。
权利要求
1.一种交流风扇故障检测电路，其特征在于包括依次连接的电压检测单元、差分放大单元、峰值检测单元以及电压比较单元，其中所述电压检测单元，用于检测启动电容或辅助绕组两端电压；所述差分放大单元，用于对所述电压检测单元获得的检测电压进行差分放大；所述峰值检测单元，用于获得所述差分放大单元输出的差分放大电压的峰值并输出所述差分放大电压峰值；所述电压比较单元，用于将差分放大电压的峰值与参考电压比较并在差分放大电压峰值大于和小于参考电压时输出不同电平，所述参考电压介于交流风扇正常工作时的差分放大电压峰值和堵转时的差分放大电压峰值之间。
2.根据权利要求1所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述电压检测单元包括串接于所述启动电容或辅助绕组两端的分压电阻Rl、R2。
3.根据权利要求2所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述差分放大单元包括电阻R3、R4、R5、R6及运算放大器U1，其中所述电阻R3、R4的一端分别接于其中一个分压电阻的两端、另一端分别连接到运算放大器Ul的第一输入端和第二输入端；所述电阻R5 的一端连接在运算放大器Ul的第一输入端、另一端连接在运算放大器Ul的输出端；所述电阻R6的一端连接在运算放大器Ul的第二输入端、另一端接地。
4.根据权利要求3所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述电阻R3、R4的阻值相等，且电阻R5、R6的阻值相等。
5.根据权利要求1所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述峰值检测单元包括二极管D1、电容C2以及电阻R10，其中所述电容C2的一端接地、另一端经由反接的二极管Dl连接到差分放大单元的输出端，所述电阻RlO并接于所述电容C2的两端。
6.根据权利要求1所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述电压比较单元包括比较器U3，该比较器U3的第一输入端连接参考电压、第二输入端连接峰值检测单元的输出端。
7.根据权利要求6所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述电压比较单元包括电阻R8、R9，所述电阻R8、R9串接于两个输入电压VCC、VEE之间，且该两个电阻R8、R9的中点连接到比较器的第一输入端。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的交流风扇故障检测电路，其特征在于所述电压比较单元在交流风扇正常工作时输出高电平，在交流风扇堵转时输出低电平。
全文摘要
本发明提供了一种交流风扇故障检测电路，包括依次连接的电压检测单元、差分放大单元、峰值检测单元以及电压比较单元，其中所述电压检测单元用于检测启动电容或辅助绕组两端电压；所述差分放大单元用于对所述电压检测单元获得的检测电压进行差分放大；所述峰值检测单元用于获得所述差分放大单元输出的差分放大电压的峰值并输出所述差分放大电压峰值；所述电压比较单元用于将差分放大电压的峰值与参考电压比较并在差分放大电压峰值大于和小于参考电压时输出不同电平，所述参考电压介于交流风扇正常工作时的差分放大电压峰值和堵转时的差分放大电压峰值之间。本发明通过检测交流风扇启动电容或辅助绕组电压，可精确判断交流风扇是否堵转。
文档编号F04D15/00GK102996470SQ201210407200
公开日2013年3月27日 申请日期2012年10月23日 优先权日2012年10月23日
发明者丁越乙 申请人:深圳市汇川技术股份有限公司, 苏州汇川技术有限公司, 苏州默纳克控制技术有限公司