专利名称：以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机的制作方法
技术领域：
本实用新型有关一种以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，特别是有关输入一脉冲波，在不改变该脉冲波的频率的情况下，藉由改变脉冲波工作周期以控制风扇转速，且使风扇在增转速或减转速的过程中旋转顺畅，以延长风扇使用寿命。
传统散热风扇，在1993年1月2日公告的台湾地区专利公告第198511号《温度速控式直流无刷散热风扇》新型专利案，如
图1及图2A至图2C所示。图1揭示风扇速控电路图，图2A至图2C揭示风扇速控电路的输出波形图。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+及负电压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、L3及L4(绕组线圈)随磁偶(环状永久磁铁)而产生换向动作。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所构成的驱动系统即可使风扇运转，并发出反馈的周期时钟脉冲信号。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经运算放大器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变速的目的。然而，该第198511号经由驱动集成电路IC2输出至绕组L1、L2、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、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。
另一传统散热风扇，在1998年2月21日公告的台湾地区专利公告第327486号《直流无刷风扇波宽调制控制电路》新型专利案，如图3及图4所示。图3揭示控制电路图；图4揭示控制开关的输出波形图。请参照图3所示，该第327486号揭示该整流电路10是以一电容11以及一电阻14构成高通滤波网络，而以两个二极管12、13以及滤波电容15构成整流滤波，而使接收的方波信号可转换为直流电压信号，而该高通滤波网络的加入，可使输出电压可随频率呈正比关系变化，如此，即可由整流电路10的输出电压量出风扇50转速，而该供应电压比较器20的参考电压是由一负温度系数的热敏电阻40与一分压电组串接而成，由其分压端点处取得一参考电压值，而此热敏电阻40的设计，可使其兼具温度补偿效果，也即在环境温度升高时，则相对使得热敏电阻40的阻抗下降，也即使得送入至电压比较器20的参考电压升高(调高转速参考值)，如此，可使得风扇50维持在较高转速状态；反之，若环境温低至标准值以下时，也相应使得转速参考值下降，即维持风扇在较低转速状态。该控制开关30输出波形如图4所示，形成一种波宽调制的转速控制电路。然而，该第327486号输出驱动电压V+波形为间歇性启闭的方形波，而风扇50旋转随着方形波或控制开关30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。
本实用新型的目的是提供一种以脉冲波的工作周期来控制转速的风扇电机，其利用输入一脉冲波与检测风扇转速信号比较，该脉冲波频率不变而利用工作周期改变控制转速且输出一形成平滑波形的电压，使风扇转速平缓增速或减速，其避免发生风扇转速急增速或急减速，以延长风扇使用寿命。
本实用新型是这样实现的一种以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于该风扇电机包含有一风扇，其可检测输出一风扇转速信号供转换成电压；一输入脉冲端，其可输入一频率不变的脉冲波供转换成电压；一电压比较电路，其可比较由风扇检测输出信号转换成的电压与输入脉冲波转换成的电压，而输出一比较电压；以及一差动放大器，其连接于风扇及该电压比较电路之间，其正端输入电源电压Vcc而负端输入比较电压，依输入差动放大器正端及负端的电压差而改变输出至风扇的驱动电压Vf；其中该脉冲波的工作周期减少时会使脉冲波电压降低，当该脉冲波电压逐渐降低时，电压比较电路会输出逐渐升高的电压至该差动放大器的负端，而使该差动放大器输出的驱动电压VfF逐渐平缓降低，因而该风扇电机可平缓减速；其中该脉冲波的工作周期增加时，会使脉冲波电压升高，当该脉冲波电压逐渐升高时，电压比较电路会输出逐渐降低的电压至该差动放大器的负端而使该差动放大器输出的驱动电压Vf逐渐平缓升高，因而该风扇电机可平缓增速。
该脉冲波为方波，也可为三角波。
另包含一第一整流电路及一第二整流电路，该第一整流电路连接于电压比较电路及脉冲波输入端之间，其将脉冲波转换成电压，而第二整流电路连接于电压比较电路及风扇检测输出信号端之间，其将风扇检测输出信号转换成电压。
压电比较电路包括有两个电阻、一个电容及一个运算放大器。
下面结合较佳实施例和附图详细说明本实用新型的结构特征和优点图1是台湾地区专利公告第198511号的风扇速控电路图。
图2是台湾地区专利公告第198511号的风扇速控电路的输出波形图。
图3是台湾地区专利公告第327486号的电路图。
图4是台湾地区专利公告第327486号的控制开关的输出波形图。
图5是本实用新型较佳实施例方波工作周期控制的电路图。
图6是本实用新型较佳实施例方波控制信号、风扇检测输出信号FG及输出至风扇的电压Vf的波形图。
请参照图5所示，本实用新型是以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其主要是包含一第一整流电路60、一第二整流电路60’、一电压比较电路70及一差动放大器80。该第一整流电路60设于电压比较电路70与脉冲波输入端Pulse之间，第一整流电路60包含一运算放大器OP1、两个电阻R1、R2及一个二极管D1，电压比较电路70包含有两个电阻R5、R6，一个电容C及一运算放大器OP3。该脉冲波输入端pulse可供输入一频率不变而工作周期可改变的方波或三角波等，且该脉冲波先经第一整流电路60整流后输出一电压至电压比较电路70的运算放入器OP3的负端。该第二整流电路60’设于电压比较电路70与检测输出风扇转速信号的输入端FG之间，该第二整流电路包含一运算放大器OP2、两个电阻R3、R4及一个二极管D2。由风扇90检测输出的转速信号FG经第二整流电路60’整流后输出一电压至电压比较电路70的运算放大器OP3的正端。该电压比较电路70将整流后的脉冲电压与转速信号电压相比较，比较后输出一比较电压经一电阻R7接至差动放大器80的负端，另以电源电压Vcc经一电阻R9分压后连接至差动放大器80的正端，由差动放大器80将正端的电源电压Vcc与负端的比较电压相加减后输出一驱动电压Vf，该驱动电压Vf可供控制风扇的转速，当输入脉冲波的工作周期产生变化时，经电压比较电路比较后的比较电压即同时产生改变，因此改变的比较电压再与电源Vcc的分压藉由差动放大器70相加减，则其所输出的驱动电压Vf也产生变化，由于该脉冲波的工作周期变化(增长或减短)，使电压比较电路70输出的比较电压产生平缓下降或上升，因而差动放大器80输出的驱动电压Vf也随之平缓上升或下降，进而使风扇90的转速也形成平缓的增速或减速，因此可避免发生风扇转速急增速或急减速，使风扇使用寿命延长。
请参照图6所示，在本实用新型较佳实施例的脉冲波输入端输入一方波，该方波设定频率不变而仅改变工作周期，并以高电压(工作电压)在时间轴上延伸标示为Hi，以低电压在时间轴上延伸标示为Lo，并将该时间轴分别设定Hi=3Lo区，Hi=Lo区及Hi=9Lo区。当方波形成Hi=3Lo区时，方波经第一整流电路60输出至电压比较电路70负端的电压高于风扇检测输出的转速信号FG，经第二整流电路60’输出至电压比较电路70正端的电压，因此，该电压比较电路70输出低电压至差动放大器80的负端，而使该差动放大器80输出较高的驱动电压Vf。当方波工作周期自Hi=3Lo区降至Hi=Lo区时，其频率不变，而方波经第一整流电路60输出至电压比较电路70负端的电压则由原来的电压逐渐降低，因此，该电压比较电路了0输出逐渐升高的电压至差动放大器80的负端，而使该差动放大器80输出驱动电压Vf逐渐平缓降低。当方波形成Hi=Lo区时，风扇输入第二整流电路60’的风扇检测输出转速信号FG的频率减小，因此，电压比较电路70正端的电压大于负端，形成该电压比较电路70可输出一高电压至差动放大器的负端，而使该差动放大器80输出较低的驱动电压Vf。当工作周期变宽使方波自Hi=Lo区增至Hi=9Lo区时，其频率不变，而方波经第一整流电路60输出至电压比较电路70负端的电压由原来电压逐渐升高，因此，该电压比较电路70输出逐渐降低的电压至差动放大器80的负端，而使该差动放大器80输出驱动电压Vf逐渐平缓升高。当方波形成Hi=9Lo区时，方波经第一整流电路60输出至电压比较电路70负端的电压高于风扇检测输出的转速信号FG经第二整流电路60’输出至电压比较电路70正端的电压，因此，该电压比较电路70输出低电压至差动放大器80的负端而使该差动放大器80输出较高的驱动电压Vf。
本实用新型藉由脉冲波的频率不变而仅改变工作周期，以控制风扇转速使风扇保持在一预定转速，或控制风扇在转速增快或减慢时，其驱动电压Vf平缓地上升或下降，因而使风扇的转速平缓地增速或减速。
请再参照图2、图4、图6所示，公告第198511号及第327486号的驱动电压形成方波，使得风扇转速急增速或急减速，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。相反的，本实用新型以一电压比较电路输入脉冲波与转速信号作比较，比较后的电压输入至差动放大器的负踹，且电源电压Vcc分压输入至差动放大器的正踹，该差动放大器将两个电压相加减后输出平缓的驱动Vf，使风扇转速平缓增速或减速。
权利要求1.一种以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于该风扇电机包含有一风扇，其可检测输出一风扇转速信号供转换成电压；一输入脉冲端，其可输入一频率不变的脉冲波供转换成电压；一电压比较电路，其可比较由风扇检测输出信号转换成的电压与输入脉冲波转换成的电压，而输出一比较电压；以及一差动放大器，其连接于风扇及该电压比较电路之间，其正端输入电源电压Vcc而负端输入比较电压，依输入差动放大器正端及负端的电压差而改变输出至风扇的驱动电压Vf。
2.如权利要求1所述的以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于该脉冲波为方波。
3.如权利要求1所述的以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于该脉冲波为三角波。
4.如权利要求1所述的以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于另包含一第一整流电路及一第二整流电路，该第一整流电路连接于电压比较电路及脉冲波输入端之间，其将脉冲波转换成电压，而第二整流电路连接于电压比较电路及风扇检测输出信号端之间，其将风扇检测输出信号转换成电压。
5.如权利要求1所述的以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机，其特征在于压电比较电路包括有两个电阻、一个电容及一个运算放大器。
专利摘要一种以脉冲波工作周期控制转速的风扇电机,其主要包含两个整流电路、一电压比较电路及一差动放大器。将一脉冲波输入于第一整流电路,将风扇检测输出的实际转速信号输入于第一整流电路,再将脉冲波与转速信号在电压比较电路进行电压比较,经电压比较电路比较后,输出一比较电压至差动放大器的负端,另以电源电压Vcc的分压接至差动放大器的正端,差动放大器将两个输入电压相加减后输出一驱动电压Vf,该驱动电压Vf值的改变同时会使风扇转速随之改变。
文档编号H02K11/00GK2454987SQ0025748
公开日2001年10月17日 申请日期2000年11月6日 优先权日2000年11月6日
发明者蔡南隆, 洪银树 申请人:建准电机工业股份有限公司