小型宽电压交直流通用轴流风扇及其供电控制方法
【专利摘要】本发明是一种小型宽电压交直流通用，具有自动保护功能的轴流风扇及其供电控制方法，属于冷却风扇制造和控制技术领域。设置集成电路控制的电源变换控制单元，对输入的电源进行变换、降压和控制调整，使无论输入电源的频率和电压如何，风扇电机的供电始终处于额定范围，保证了在很宽供电范围内，风扇电机能正常工作；同时，设置相应的控制保护电路，对电机运行状态进行闭环监控；上述电源变换控制单元整体集成在一块线路板上，并安装在风扇的框架中，开创了小型轴流风扇的“傻瓜风扇”时代，无需考虑电源性质、电压、极性，只要外形尺寸相同，随便接上线就可以放心工作，获得良好的散热效果，极大地方便了客户的应用。
【专利说明】
小型宽电压交直流通用轴流风扇及其供电控制方法
技术领域
[0001]本发明公开了一种小型宽电压交直流通用，具有自动保护功能的轴流风扇及其供电控制方法，属于冷却风扇制造和控制技术领域。
【背景技术】
[0002]随着微处理器技术的普及应用，越来越多的电子电器设备被生产出来，这些设备的工作电源虽然不尽相同，但都广泛使用了小型轴流风扇作为其主机通风散热的动力源。
[0003]小型轴流风扇具有结构简单、体积小重量轻，安装使用方便的优点，广泛为工业主机产品配套。主要用于电焊机、电源设备、医疗设备、电子电器设备等作为散热风扇，其标准化系列化程度极高，外形尺寸和用户安装尺寸都有国际标准和国家标准的规定，不能突破。因此，对结构的任何改进都会受到标准的严格限制而变得十分困难。
[0004]由于配套产品多种多样，目前影响这种小型轴流风扇生产和应用的技术问题在于:供电方式限制，交流风扇只能用于交流供电方式，直流风扇只能用于直流供电方式，不能混用；供电电压的限制，IlOV的轴流风扇只能用于IlOV供电，220V的轴流风扇只能用于220V供电，没有一种20—260V交直流电源通用的产品。这就会增加选型配套，生产供应以及维修配件储备工作的工作量和复杂程度。另外，轴流风扇耗能大、效率低，自我保护功能不完善，适用性差也会造成故障，给电子设备的正常运行带来一些负面影响。
[0005]因此，一种提供电压适用性强，交直流通用，具有自动保护功能且符合国际及国家标准尺寸的小型轴流风扇，对于解决目前轴流风扇生产和应用中的的技术问题十分必要。
【发明内容】
[0006]本发明针对现有技术的不足，提供一种电压适用性强，交直流通用，具有自动保护功能且符合国际及国家标准尺寸的小型宽电压交直流通用轴流风扇及其供电控制方法。
[0007]实现本发明目的的技术方案表现在;设置集成电路控制的电源变换控制单元，对输入的电源进行变换、降压和控制调整，使得无论输入电源的频率和电压如何，风扇电机的供电始终处于额定范围，保证了在很宽供电范围内，风扇电机能正常工作；同时，设置相应的控制保护电路，对电机运行状态进行闭环监控;上述电源变换控制单元整体集成在一块线路板上，并安装在风扇的框架中，在有限的的空间内，实现了轴流风扇由普通的电器，转变为多功能电子智能电器。
[0008]—种小型宽电压交直流通用轴流风扇，包括外框，安装在外框中心的电机，以及与电机轴相连的叶轮，其特征在于，在电机的一侧设置一块安装有电机电源变换控制单元的线路板。
[0009]所述的电机电源变换控制单元包括:将交流或直流电源变换为高压直流电的电源变换电路，联接电源变换电路将高压直流电转换成电机工作用的低压直流电的脉宽调制控制电路，以及电机自动监控电路。
[0010]所述的电源变换电路，包括EMI滤波器和全波桥式整流器以及滤波电容器组成的整流滤波电路。
[0011]所述的脉宽调制控制电路包括:
场效应晶体开关管组成的开关电路以及集成电路组成的控制电路；
连接场效应晶体开关管开关电路的输出变压器次级的整流滤波电路；
所述的电机自动监控电路包括:
集成电路连接热敏电阻对环境温度进行监控；
集成电路通过光电隔离取样风扇的运行电压，进行电压稳定调控，或过电压保护处理； 集成电路通过取样，来调整PWM占空比，实现输出电压稳定或过电压保护处理。
[0012]所述的电机包括内部具有对风扇运转工作电流监控的霍尔芯片。
[0013]当出现堵转等非正常情况时，自动关闭风扇供电电源，以保证风扇不会出现意外。
[0014]所述的电机电源变换控制单元的工作原理是；将用户供电电源转换成低压直流电，使用脉宽调制电路控制场效应晶体管开关电路，调整输出电压供风扇运转。
[0015]综上所述，一种小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是包括:
a、将供电电源通过全波桥式整流滤波电路变换成高压直流电；
b、将高压直流电通过脉宽调制控制电路降压，变换成低压交流脉动电，与此同时，脉宽调制控制电路对输出的电压、电流进行监控；
C、将低压交流脉动电通过整流滤波电路，变换为低压恒定直流电，用来驱动小型直流电机带动的轴流风扇；
d、脉宽调制控制电路检测小型直流电机的环境温度，适时进行控制，确保轴流风扇正常工作。
[0016]工作时，使用风扇的用户的供电可以是直流电供电，电压范围是20V-260V;也可以是交流电供电，电压范围是20V-260V(50Hz/60Hz)。风扇内部电路板将用户供电统一转换为高压直流电，提供给IC集成脉宽调制控制芯片电路。脉宽调制芯片电路在温度监控、风扇电流和电压监控反馈综合协调控制下，向风扇提供风扇的工作供电电源，以保证风扇稳定运转。当出现非正常情况时(比如:人为将风扇堵转等)，电路会关闭风扇供电，保护风扇，防止出现意外情况。当非正常情况排除后，风扇会自动启动，继续运转。当风扇环境温度超过正常温度时，温度监控会通过控制电路关闭电源，当输入电压超过正常范围时，电路也会自动关闭电源。
[0017]本发明具有以下优点:
在外形尺寸和用户安装尺寸符合国际标准和国家标准的前提下，实现了轴流风扇由普通的电器，转变为多功能电子智能电器。开创了小型轴流风扇的“傻瓜风扇”时代，所述的“傻瓜风扇”如同傻瓜相机一样，无需考虑电源性质、电压、极性，只要外形尺寸相同，随便接上线就可以放心工作，获得良好的散热效果，极大地方便了客户的应用；
具有宽泛的电压适应性，20V-260V交直流电源通用，这是现有小型轴流风扇无法企及的技术高度，是本发明与现有技术的根本区别，也是其创造性的具体体现；
节能低耗、高效，风扇使用耗电量是原来风扇的30%左右，但散热排风量比原来风扇提尚 20% ；
提高了设计制造和生产管理过程的标准化、系列化和通用化，节约原材料，矽钢片、漆包线的用量比原来节约50%; 提高轴流风扇的使用安全性，风扇中采用了温度保护、过电压保护、堵转过电流保护，用现代科技集成电路取代传统电器电路，是轴流风扇行业中一次深刻的技术革命，蕴藏着巨大的经济效益和社会效益。
[0018]本发明结构简单、控制可靠，可以用于电焊机、电源设备、医疗设备、电子设备等的通风散热之用。也可以扩展应用到同类型的系列产品，如离心风机中，同样可以解决现有技术的类似问题。
【附图说明】
[0019]附图1为本发明的电原理方框图。
[0020]附图2为本发明实施例的电路图。
[0021 ]附图3为本发明的轴流风扇的主视图。
[0022]附图4为图3的右视图。
[0023]附图5为本发明的轴流风扇的结构剖面图。
[0024]图中:1-叶轮，2_电机，3_线路板，4_外框。
【具体实施方式】
[0025]以下借助说明书附图1-5，对本发明的具体实施例作进一步披露。目的在于更充分地展示发明的主要构思，扩展其内涵，而不是对于技术方案的限制。因为对于所属领域的技术人员来说，依据本发明的构思，可以轻易变换出多种替代的具体实施方案。
[0026]实施例一
一种小型宽电压交直流通用轴流风扇，包括外框4，安装在外框中心的电机2，以及与电机轴相连的叶轮I，其特征在于，在电机2的一侧设置一块安装有电机电源变换控制单元的线路板3。
[0027]所述的电机电源变换控制单元包括:将交流或直流电源变换为高压直流电的电源变换电路，联接电源变换电路将高压直流电转换成电机工作用的低压直流电的脉宽调制控制电路，以及电机自动监控电路。
[0028]所述的电源变换电路，包括EMI滤波器和全波桥式整流器以及滤波电容器组成的整流滤波电路。
[0029]所述的脉宽调制控制电路包括:
场效应晶体开关管组成的开关电路以及集成电路8015组成的控制电路；
连接场效应晶体开关管开关电路的输出变压器次级的二极管整流(D3)电容器(E3、E4)和电感(L2)组成的整流滤波电路。
[0030]所述的电机自动监控电路包括:
集成电路8015芯电5脚(RT)连接热敏电阻(Rl 3)对环境温度进行监控；
集成电路8015芯电2脚(FB)通过光电隔离取样风扇的运行电压，进行电压稳定调控，或过电压保护处理；
集成电路8015芯电6脚(SENSE)通过电阻R7取样，来调整PffM占空比，实现输出电压稳定或过电压保护处理。
[0031]所述的电机为内部具有对风扇运转工作电流监控的霍尔芯片PA73的12V直流永磁电机。当出现堵转等非正常情况时，自动关闭风扇供电电源，以保证风扇不会出现意外。
[0032]—种小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是包括:
A、将供电电源通过全波桥式整流滤波电路变换成高压直流电；
B、将高压直流电通过脉宽调制控制电路降压，变换成低压交流脉动电，与此同时，脉宽调制控制电路对输出的电压、电流进行监控；
C、将低压交流脉动电通过整流滤波电路，变换为低压恒定直流电，用来驱动小型直流电机带动的轴流风扇；
D、脉宽调制控制电路检测小型直流电机的环境温度，适时进行控制，确保轴流风扇正常工作。
[0033]所述的将供电电源通过全波桥式整流滤波电路变换成高压直流电，是供电电源通过EMI滤波器和全波桥式整流器以及滤波电容器，转换为高压直流电。
[0034]所述的将高压直流电通过脉宽调制控制电路降压，变换成低压交流脉动电，包括尚压直流电为工作电源的场效应晶体开关管组成的开关电路，场效应晶体开关管的控制集成电路8015芯电3脚(VIN)经过电阻(R2)限流启动，启动内部脉宽调制器，由8015芯电8脚(GATE)输出调制信号使整个开关电路工作；
所述的脉宽调制控制电路对输出的电压、电流进行监控包括:
集成电路8015芯电2脚(FB)通过光电隔离取样风扇的运行电压，进行电压稳定调控，或过电压保护处理；
集成电路8015芯电6脚(SENSE)通过电阻R7取样，来调整PffM占空比，实现输出电压稳定或过电压保护处理。
[0035]所述的将低压交流脉动电通过整流滤波电路，变换为低压恒定直流电，用来驱动小型直流电机带动的轴流风扇，包括场效应晶体开关管开关电路的输出端次级，接入二极管整流(D3)电容器(E3、E4)和电感(L2)组成的整流滤波电路，生成风扇电机的运转电压。
[0036]所述的脉宽调制控制电路检测小型直流电机的环境温度，适时进行控制，包括集成电路8015芯电5脚(RT)连接热敏电阻(R13)对环境温度进行监控，确保轴流风扇工作在正常温度范围。
[0037]PA73霍尔芯片内部具有对风扇运转工作电流监控，当出现堵转等非正常情况时，自动关闭风扇供电电源，以保证风扇不会出现意外。
[0038]场效应晶体开关管的型号为8N60系列。
[0039]实施例二
为了满足高端客户的需求，以实施例一为基础，增加的特征至少有以下几点:
在轴流风扇的外框上设置风压传感器，将信号传送到集成电路8015组成的控制电路中，控制电机的转矩，维持恒定风量，以获得稳定的冷却效果。
[0040]设置接口电路，接收设备主机MCU的数据，数据送到控制电路中，根据主机MCU的指令改变轴流风扇的功率，以适应设备热负荷的变化，降低电力消耗。这里需要指出的是，尽管降低功率的数值在几瓦特到十几瓦特之间，但长时间的累积也是十分可观的财富，远大于家电待机消耗的电能，并且符合绿色环保的理念，也是迈向全智能设备的重要构思。
【主权项】
1.一种小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是包括: A、将供电电源通过全波桥式整流滤波电路变换成高压直流电； B、将高压直流电通过脉宽调制控制电路降压，变换成低压交流脉动电，与此同时，脉宽调制控制电路对输出的电压、电流进行监控； C、将低压交流脉动电通过整流滤波电路，变换为低压恒定直流电，用来驱动小型直流电机带动的轴流风扇； D、脉宽调制控制电路检测小型直流电机的环境温度，适时进行控制，确保轴流风扇正常工作。2.根据权利要求1所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是所述的将供电电源通过全波桥式整流滤波电路变换成高压直流电，是供电电源通过EMI滤波器和全波桥式整流器以及滤波电容器，转换为高压直流电。3.根据权利要求1所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是所述的将高压直流电通过脉宽调制控制电路降压，变换成低压交流脉动电，包括高压直流电为工作电源的场效应晶体开关管组成的开关电路，场效应晶体开关管的控制集成电路8015芯电VIN脚经过电阻R2限流启动，启动内部脉宽调制器，由8015芯电GATE脚输出调制信号使整个开关电路工作。4.根据权利要求1所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是所述的脉宽调制控制电路对输出的电压、电流进行监控包括: 集成电路8015芯电FB脚通过光电隔离取样风扇的运行电压，进行电压稳定调控，或过电压保护处理； 集成电路8015芯电SENSE脚通过电阻R7取样，来调整Pmi占空比，实现输出电压稳定或过电压保护处理。5.根据权利要求1所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是所述的将低压交流脉动电通过整流滤波电路，变换为低压恒定直流电，用来驱动小型直流电机带动的轴流风扇，包括场效应晶体开关管开关电路的输出端次级，接入二极管整流D3、电容器E3、电容器E4和电感L2组成的整流滤波电路，生成风扇电机的运转电压。6.根据权利要求1所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇的供电控制方法，其特征是所述的脉宽调制控制电路检测小型直流电机的环境温度，适时进行控制，包括集成电路8015芯电RT脚连接热敏电阻R13对环境温度进行监控，确保轴流风扇工作在正常温度范围。7.—种小型宽电压交直流通用轴流风扇，包括外框，安装在外框中心的电机，以及与电机轴相连的叶轮，其特征在于，在电机的一侧设置一块安装有电机电源变换控制单元的线路板； 所述的电机电源变换控制单元包括:将交流或直流电源变换为高压直流电的电源变换电路，联接电源变换电路将高压直流电转换成电机工作用的低压直流电的脉宽调制控制电路，以及电机自动监控电路。8.根据权利要求7所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇，其特征在于，所述的电源变换电路，包括EMI滤波器和全波桥式整流器以及滤波电容器组成的整流滤波电路。9.根据权利要求7所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇，其特征在于，所述的脉宽调制控制电路包括: 场效应晶体开关管组成的开关电路以及集成电路8015芯电组成的控制电路； 连接场效应晶体开关管开关电路的输出变压器次级的二极管整流D3、电容器E3、电容器E4和电感L2组成的整流滤波电路； 场效应晶体开关管的型号为8N60系列。10.根据权利要求7所述的小型宽电压交直流通用轴流风扇，其特征在于，所述的电机自动监控电路包括: 集成电路8015芯电RT脚连接热敏电阻Rl 3对环境温度进行监控； 集成电路8015芯电FB脚通过光电隔离取样风扇的运行电压，进行电压稳定调控，或过电压保护处理； 集成电路8015芯电SENSE脚通过电阻R7取样，来调整Pmi占空比，实现输出电压稳定或过电压保护处理； 所述的电机为内部具有对风扇运转工作电流监控的霍尔芯片PA73的12V直流永磁电机。
【文档编号】F04D25/08GK105896949SQ201610417837
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】许熔
【申请人】苏州新区百利电子有限公司