电子换向风扇系统的制作方法

本公开涉及一种电子换向风扇系统，特别涉及一种宽输入电压范围的三相与单相电源相容应用电子换向风扇系统。

背景技术：

现行的电子换向风扇(electronicallycommutatedfan；ecfan)相较于传统的交流风扇(acfan)具有高效率、转速可控、通信接口应用与多重的保护机制等优点。依据马达的基础原理，马达转速与其输入电源有绝对的关系。因此当交流输入电源变化时，电子换向风扇将进行工作周期(duty)的调节，以维持马达转速的稳定。但若是交流输入电源变异过大(例如，超过100v以上的电压变动)，超出duty能稳定调节转速的范围时，则马达的转速仍将因交流输入电源的变化而改变，而无法达到系统所设定的转速值。并且因交流输入电源的变化而使电子换向风扇偏离原始马达设计的最高效率点的电压，造成马达效率低落。

请参阅图1a与图1b为现有常见的马达接线图，其中图1a为y接线，图1b为三角(△)接线。由于上述的原因，目前市面上的三相电子换向风扇必须依照交流输入电源的不同而做差异化设计，常用的方法有两种：一是针对不同电压值做不同的马达绕线设计，二是以同一颗马达做不同的接线变更。当交流输入电压为3ψ220v时，采用图1b所示的三角(△)接线；且当交流输入电压为3ψ380v时，采用图1a所示的y结线。上述的现有方式，在对应不同的三相输入电压区间(220v或380v)，都须采不同的设计。因此，上述电子换向风扇系统，存在有以下的缺陷：

1、无法实现以单一的三相电子换向风扇系统应用于宽输入电源的电压范围：现有的电子换向风扇是针对不同电压值做不同的马达绕线设计，或以同一颗马达做不同的接线变更，因此无法达到以宽输入电源的三相电子换向风扇；

2、电子换向风扇系统的转速无法达到散热系统所需的转速设定值：若以同一风扇直接应用于三相或单相电源时，由于交流输入电源变异过大而超出duty能稳定调节转速的范围，造成无法达到所设定的转速而使得马达的效率低落；及

3、无法提供三相与单相电源的相容应用：现有的电子换向风扇未有三相与单相电源的相容应用，因此对于散热系统或模块的设计缺乏电源应用上的弹性。

因此，如何设计出一种电子换向风扇系统，具备宽交流输入电源范围，并可维持风扇转速稳定的特性，且提供三相及单相输入的相容应用，乃为本公开所欲行克服并加以解决的一大课题。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种电子换向风扇系统，以克服现有技术的问题。因此，本发明该电子换向风扇系统包括：一交流直流转换单元，接收一交流输入电源，并转换该交流输入电源为一第一直流电源。一逆变单元，电性连接该交流直流转换单元与一风扇之间，且转换该第一直流电源为一交流输出电源，并供该风扇转动。一控制单元，电性连接该交流直流转换单元与该逆变单元，并通过控制该交流直流转换单元与该逆变单元，以调整该风扇的转速。其中，当该控制单元检测到该交流输入电源的电源大小变动时，该控制单元控制该风扇的转速维持在一第一误差范围以内。

于一实施例中，其中该电子换向风扇系统还包括：一总线电容，电性连接该交流直流转换单元与该逆变单元之间，且储存并稳定该第一直流电源。其中，该总线电容上的跨压为该第一直流电源，当该控制单元检测到该交流输入电源的电源大小变动时，控制该交流直流转换单元所输出的该第一直流电源维持在一第二误差范围以内，以维持该风扇的转速在该第一误差范围以内。

于一实施例中，其中该交流输入电源电源大小的变动范围为220v至480v，当交流输入电源的最大变动幅度在220v～480v内时，该第二误差范围是以第一直流电源的电压变动幅度于3％以内为最佳，以及该第一误差范围是以该风扇的转速变动幅度于3％以内为最佳。

于一实施例中，其中该交流输入电源为三相交流电源或单相交流电源。

于一实施例中，其中该电子换向风扇系统还包括：一相位预设单元，电性连接该控制单元。其中，该相位预设单元预先设定该交流输入电源为三相交流电源，且当该控制单元检测到该交流输入电源为单相状态时，产生一报警信号。

于一实施例中，其中该相位预设单元为机械接点式预先设定或为电气信号差异式预先设定。

于一实施例中，其中该交流直流转换单元为主动型功率因数修正器。

于一实施例中，其中该交流直流转换单元还包括：一整流单元，接收该交流输入电源，并整流该交流输入电源为一第二直流电源。一转换单元，电性连接该整流单元与该逆变单元之间，并转换该第二直流电源为该第一直流电源。

于一实施例中，其中该转换单元为升压型转换器，该转换单元包含一电感、一开关单元以及一二极管，该电感的一端电性连接该整流单元，另一端连接该开关单元的一端与该二极管的阳极，该二极管的阴极连接该总线电容的一端，该控制单元通过控制该开关单元的启闭，以稳定该总线电容上的该第一直流电源。

于一实施例中，其中该转换单元为降压型转换器，该转换单元包含一电感、一开关单元以及一二极管，该开关单元的一端电性连接整流单元，另一端连接该电感的一端与该二极管的阴极，该电感的另一端连接该总线电容的一端，该控制单元通过控制该开关单元的启闭，以稳定该总线电容上的该第一直流电源。

于一实施例中，其中该交流直流转换单元还包括：一电感组，接收该交流输入电源。一整流单元，电性连接该电感组。一开关单元，并联该整流单元。一二极管，电性连接该开关单元与该逆变单元之间。其中，该交流直流转换单元转换该交流输入电源为该第一直流电源。

于一实施例中，其中若该交流输入电源的峰值电压低于该第一直流电源的电压值时，该交流直流转换单元为一升压型交直流转换器；若该交流输入电源的峰值电压高于该第一直流电源的电压值时，该交流直流转换单元为一降压型交直流转换器。

于一实施例中，其中该交流直流转换单元还包括：其中该控制单元包含一控制器，该控制器同时控制该交流直流转换单元与该逆变单元。

为了解决上述问题，本发明是提供一种电子换向风扇系统，以克服现有技术的问题。因此，本发明该电子换向风扇系统包括：一交流直流转换单元，接收一交流输入电源，并转换该交流输入电源为一第一直流电源。一逆变单元，电性连接该交流直流转换单元与一风扇之间，且转换该第一直流电源为一交流输出电源，并供该风扇转动。一控制单元，包含二控制器，分别电性连接该交流直流转换单元与该逆变单元，并分别控制该交流直流转换单元与该逆变单元，以调整该风扇的转速。其中，当该控制单元检测到该交流输入电源的电源大小变动时，该控制单元控制该风扇的转速维持在一第一误差范围以内。

于一实施例中，其中该电子换向风扇系统还包括：一总线电容，电性连接该交流直流转换单元与该逆变单元之间，且储存并稳定该第一直流电源。其中，该总线电容上的跨压为该第一直流电源，当该控制单元检测到该交流输入电源的电源大小变动时，控制该交流直流转换单元所输出的该第一直流电源维持在一第二误差范围以内，以维持该风扇的转速在该第一误差范围以内。

于一实施例中，其中该交流输入电源电源大小的变动范围为220v至480v，当交流输入电源的最大变动幅度在220v～480v内时，该第二误差范围是以第一直流电源的电压变动幅度于3％以内为最佳，以及该第一误差范围是以该风扇的转速变动幅度于3％以内为最佳。

为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而说明书附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。

附图说明

图1a为现有常见的马达y接线图；

图1b为现有常见的马达三角(△)接线图；

图2a为本发明电子换向风扇系统的第一实施例电路方框示意图；

图2b为本发明电子换向风扇系统的第二实施例电路方框示意图

图3a为本发明交流直流转换单元第一实施例的电路方框示意图；

图3b为本发明转换单元第一实施例的电路图；

图3c为本发明转换单元第二实施例的电路图；

图4为本发明交流直流转换单元第二实施例的电路图；

图5为本发明交流输入电源相位应用图；

图6为本发明电子换向风扇系统应用相位预设单元的电路方框示意图。

附图标记说明：

100…电子换向风扇系统

10…交流直流转换单元

11…整流单元

111…电感组

12…转换单元

121…电感

122…开关单元

123…二极管

20…逆变单元

21…第一桥臂

22…第二桥臂

23…第三桥臂

s1、s3、s5…上桥臂

s2、s4、s6…下桥臂

30…控制单元

30a、30b…控制器

40…风扇

50…相位预设单元

cbus…总线电容

viac…交流输入电源

voac…交流输出电源

vdc1…第一直流电源

vdc2…第二直流电源

ss…相位选择信号

sa…报警信号

sin…输入信号

re1…第一误差范围

re2…第二误差范围

具体实施方式

兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下：

请参阅图2a为本发明电子换向风扇系统的第一实施例电路方框示意图。该电子换向风扇系统100包括：一交流直流转换单元10、一逆变单元20以及一控制单元30。该交流直流转换单元10接收一交流输入电源viac，并转换该交流输入电源viac为一第一直流电源vdc1。该逆变单元20电性连接该交流直流转换单元10与一风扇40之间，且转换该第一直流电源vdc1为一交流输出电源voac，并供该风扇40转动。该控制单元30电性连接该交流直流转换单元10与该逆变单元20，并通过检测该交流直流转换单元10与该逆变单元20的反馈信号(图未示现有的检测点)，控制该交流直流转换单元10与该逆变单元20，以调整该风扇40的转速。该电子换向风扇系统还包括一总线电容cbus，该总线电容cbus电性连接该交流直流转换单10元与该逆变单元20之间，且储存并稳定该第一直流电源vdc1。其中，该电子换向风扇系统100所输入的该交流输入电源viac可为三相交流电源或单相交流电源，且该交流输入电源viac电源大小的变动范围可由220v至480v。请参阅图2b为本发明电子换向风扇系统的第二实施例电路方框示意图。于本实施例与其他实施例中，该控制单元可包含一或多个控制器(30a、30b)，若为一个控制器30a时(如图2a所示)，可同时控制该交流直流转换单元10与该逆变单元20﹔若为多个控制器(30a、30b)时(如图2b所示)，则可分别电性连接该交流直流转换单元10与该逆变单元20，以及分别控制该交流直流转换单元10与该逆变单元20。

如图2a所示，该逆变单元20包括一第一桥臂21、一第二桥臂22以及一第三桥臂23。该第一桥臂21包含一第一上桥臂s1，且该第一上桥臂s1串联一第一下桥臂s2，其中该风扇40的其中一端(u)电性连接该第一上桥臂s1与该第一下桥臂s2之间。该第二桥臂22包含一第二上桥臂s3，且该第二上桥臂s3串联一第二下桥臂s4，其中该风扇40的其中一端(v)电性连接该第二上桥臂s3与该第二下桥臂s4之间。该第三桥臂23包含一第三上桥臂s5，且该第三上桥臂s5串联一第三下桥臂s6，其中该风扇40的其中一端(w)电性连接该第三上桥臂s5与该第三下桥臂s6之间。该总线电容cbus并联该第一桥臂21、该第二桥臂22以及该第三桥臂23，且该控制单元30是通过启闭该逆变单元20的上桥臂(s1、s3、s5)与下桥臂(s2、s4、s6)，以将该总线电容cbus上的该第一直流电源vdc1转换为该交流输出电源voac，并供该风扇40转动。值得一提，该交流输出电源voac为三相交流输出电源，且该该风扇40马达为永磁同步马达(permanent-magnetsynchronousmotor；pmsm)。

请参阅图3a为本发明交流直流转换单元第一实施例的电路方框示意图。复配合参阅图2，该交流直流转换单元10还包括：一整流单元11与一转换单元12。该整流单元11为三相桥式整流电路，并转换该交流输入电源viac为一第二直流电源vdc2。该三相桥式整流电路分别为三组由两个二极管阳极阴极串接的桥臂所构成，且每一阳极阴极串接处电性连接三相交流输入电源viac的其中一相的电源。该转换单元12电性连接该整流单元11元与该逆变单元20，并转换该第二直流电源vdc2为该第一直流电源vdc1，且通过该总线电容cbus储存该第一直流电源vdc1。其中，若交流输入电源viac的峰值电压低于该总线电容cbus上的该第一直流电源vdc1的电压值时，则该交流直流转换单元10可为一升压型交直流转换器，以稳定该第一直流电源vdc1。若交流输入电源viac的峰值电压高于该总线电容cbus上的该第一直流电源vdc1的电压值时，则该交流直流转换单元10可为一降压型交直流转换器，以稳定该第一直流电源vdc1。

请参阅图3b为本发明转换单元第一实施例的电路图。复配合参阅图2～3a，该转换单元12为升压型(boost)转换器。该转换单元12包含一电感121、一开关单元122以及一二极管123。该电感的一端电性连接该整流单元11，另一端连接该开关单元122的一端与该二极管123的阳极，该二极管123的阴极连接该总线电容cbus的一端。该控制单元30通过控制该开关单元122的启闭，以稳定该总线电容cbus上的该第一直流电源vdc1。

请参阅图3c为本发明转换单元第二实施例的电路图。复配合参阅图2～3a，该转换单元12为降压型(buck)转换器。该转换单元12包含一电感121、一开关单元122以及一二极管123。该开关单元122的一端电性连接整流单元11，另一端连接该电感121的一端与该二极管123的阴极，该电感121的另一端连接该总线电容cbus的一端。该控制单元30通过控制该开关单元122的启闭，以稳定该总线电容cbus上的该第一直流电源vdc1。

请参阅图4为本发明交流直流转换单元第二实施例的电路图。复配合参阅图2～～3该交流直流转换单元10为一升压型交直流转换器。该交流直流转换单元10包括一电感组111、一整流单元11、一开关单元122以及一二极管123。该电感组111为三个升压电感，且分别接收三相交流输入电源viac其中一相的电源。该整流单元为三相桥式整流电路，该三相桥式整流电路分别为三组由两个二极管阳极阴极串接的桥臂所构成，且每一阳极阴极串接处电性连接该电感组111的其中一个升压电感。该开关单元122并联该整流单元，且其中一端连接该二极管123的阳极，该二极管123的阴极电性连接该逆变单元20。该控制单元30控制该开关单元122的启闭而将该交流输入电源viac转换为该第一直流电源vdc1，且通过该总线电容cbus储存该第一直流电源vdc1。

复参阅图2a，并配合参阅图3～4。该交流直流转换单元10为主动型功率因数修正器，主动功率因数修正器(activepowerfactorconvertor)是指可调整负载的输入电流，改善功率因数的电力电子系统，其主要目的是使输入电流接近纯电阻式负载的电流。理想状态下其电压和电流相位相同，而其产生或消耗的虚功率为0，使电源端可以最有效率的传递能量给负载。主动型功率因数修正器会设法在输入电流和电压同相位及相同频率的条件下，维持其输出是一固定的直流电压。因此，通过该主动型功率因数修正器可将该交流输入电源viac转换为该第一直流电源vdc1，并稳定该第一直流电源vdc1的电压值不受该交流输入电源viac的大小变动而影响。当该控制单元30检测到该交流输入电源viac的电源大小变动时，该控制单元30是调整该交流直流转换单元10内部开关单元122的占空比，以维持该交流直流转换单元10所输出的该第一直流电源vdc1于一第二误差范围以内re2。且由于该第一直流电源vdc1始终维持于该第二误差范围以内re2，因此该控制单元30是可控制该风扇40的转速维持在一第一误差范围以内re1。如图2～3所示，当交流输入电源viac的最大变动幅度在220v～480v内时，该交流直流转换单元10维持该第一直流电源的电压值于一第二误差范围re2以内，该第二误差范围re2是以第一直流电源vdc1的电压变动幅度于3％以内为最佳。通过主动的控制提供一几乎不受交流输入电源viac的电压值影响的稳定的第一直流电源vdc1给后端的逆变单元20，并且具有交流输入的功率因数修正的功能。最后逆变单元20取用第一直流电源vdc1以驱动马达带动扇叶，并接受控制单元30的控制命令做风扇40转速的调变。因此，马达可避免因交流输入电源viac的电压值差异过大而产生马达转速达不到设定值的问题，并且因第一直流电源vdc1保持原始马达设计的最高效率点的电压，使马达持续工作于高效率区而不受交流输入电源viac的影响。因此当该交流输入电源viac的电源大小变动时，该风扇40的转速可维持在一第一误差范围re1以内，该第一误差范围re1是以该风扇40的转速变动幅度于3％以内为最佳。

请参阅图5为本发明交流输入电源相位应用图。复配合参阅图2a，本公开除前述可应用于三相220v～480v的电源外，其三相桥式的整流单元11在任取两相做为单相交流输入电源viac，亦可如同一般的单相桥式的整流单元11对交流输入电源viac做全波整流后输出该第二直流电源vdc2。因此无须做任何线路上的变更，输入单相的交流输入电源viac时可如同三相的交流输入电源viac经该整流单元11后输出该第二直流电源vdc2。该第二直流电源vdc2同样也可以提供给该转换单元12转换输出后端逆变单元20所需的第一直流电源vdc1。因此本发明的电路架构不仅可应用于三相交流输入电源也可以直接相容于单相交流输入电源的应用。

请参阅图6为本发明电子换向风扇系统应用相位预设单元的电路方框示意图。该电子换向风扇系统100可接受单向或三相的交流输入电源viac，但由于三相交流输入电源viac在输入欠相后即形成单相交流输入电源viac。造成交流输入电源viac于三相欠相时，与单相的特征一致，使得该电子换向风扇系统100无法辨认出目前状态为三相欠相或单相输入。因此无法发出三相欠相的一报警信号sa以通知三相电源异常。因此该电子换向风扇系统100还包括：一相位预设单元50，该相位预设单元50电性连接该控制单元30，该控制单元30检测该交流输入电源viac的一输入信号sin。该控制单元30通过所检测到的输入信号sin可确定该交流输入电源viac的三条路径上有无输入电压。操作者通过输入一相位选择信号ss选定操作者所冀望的输入电源类型，该控制单元30再比较该输入信号sin与该相位选择信号ss来确定该交流输入电源viac为三相欠相或单相输入。配合上述的两种功能，当电源形式选择设定为三相交流输入电源viac时，若该控制单元30判读该输入信号sin为单相状态，则该控制单元30即启动欠相相关机制并输出该报警信号sa。若电源形式选择设定为单相交流输入电源viac时，当该控制单元30判读该输入信号sin为单相状态时，因该相位预设单元50所设定的电源形式为单相交流输入电源viac，所以该控制单元30不启动欠相相关机制亦不输出该报警信号sa。由上述说明可知，通过电源形式选择功能的辅助，该电子换向风扇系统100可以准确的判断输入电源是三相欠相状态还是工作于单相输入。值得一提，该报警信号sa旨在告知或警示该交流输入电源viac异常，因此于本实施例中，不限定该报警信号sa的表现方式。例如，但不限于，该报警信号sa可为声光类型的报警信号，或为显示类型的报警信号。此外，该相位预设单元50的电源形式选择功能可通过使用者设定的电压或电流等电气信号差异，做为不同输入电源形式的判别，亦可利用机械接点(如relay,jumper…等)的接触变化(on/off)实现输入电源形式设定的功能。

综上所述，本发明具有以下的优点：

1、以单一的三相电子换向风扇系统应用于宽输入电源的电压范围：由于该电子换向风扇系统100的输入可为三相或单相且电压变动范围为220v～480v，因此可相容大多数的输入电压，以达对于散热系统或模块的设计提供电源应用上的弹性的技术效果；

2、电子换向风扇系统的转速不随该交流输入电源viac的变动而改变：通过该交流直流转换单元10稳定总线电容cbus上的第一直流电源vdc1，使该逆变单元20不因该交流输入电源viac变异过大而超出duty能稳定调节转速的范围，以达到稳定该风扇的转速与效率的技术效果；

而，以上所述，仅为本发明较佳具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以下述的权利要求为准，凡合于本发明权利要求的精神与其类似变化的实施例，皆应包括于本发明的范畴中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本公开的权利要求之中。