专利名称：一种消除调速风扇震动噪音的电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子产品静音设计领域的风扇转速控制技术，特别是涉及一种消除调速风扇震动噪音的电路。
背景技术：
随着电子产品外形向轻薄小型化，功能向高性能、高功率方向发展，如何解决电子产品的散热和静音这一互相矛盾的两个品质指标成为制约电子产品设计的核心技术问题之一。由于电子产品实际工作时一般不总是发挥最大的功率，甚至很大部分的时间，系统只工作在最大功率的50％，甚至更低，故采用风扇转速控制技术来降低系统实际工作时的噪音来解决散热和静音的矛盾逐渐成为一种流行的解决方案。广泛应用的控制降低风扇转速的方法是脉宽调制方法，即调制风扇正极最大电压的脉宽信号，以控制风扇定子的励磁绕组被激励的时间来降低转子的速度。
目前的脉宽调制风扇控制方法有一个很大的缺点无论风扇的扇叶静止于什么位置，当风扇的正极电压接通时，风扇内的励磁绕组立即被激励，这会施加给风扇瞬时的随机力矩，这种随机的力矩极易造成风扇外壳的震动，从而产生滴答滴答的噪音，这种噪音因为频率比较低，会引起用户对声音品质的不良感觉，所以必须予以消除才能使得脉宽调制风扇转速控制技术真正获得实际的应用。
有鉴于此，本设计人基于丰富的实务经验及专业知识，积极加以研究创新，经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题在于，克服现有的脉宽调制方法的缺陷，而提供一种消除调速风扇震动噪音的电路，使其消除由于脉宽调制风扇转速控制技术引起的风扇外壳震动和噪音。
本发明解决其主要技术问题是采用以下技术方案来实现的。如图1所示的一个无刷式直流电机，转子(3)通过位置传感器感知自身的位置，电机的各组绕线依次被开关激励，转子(3)趋向和励磁绕组(1)取齐从而转动起来(尽管大多数直流风扇的定子一般是最内部的轴以及与其连成一体的最外部的风扇框，转子是附有扇叶的部分，但对于说明风扇的工作原理来说，定子在里面和在外面没有区别，所以，在此规定所有图形中的定子都是在外面，转子都是在里面)。
从图2所示的电机原理图可以得出以下的机械动力方程T=Jdωmdt+Bωm+TL]]>
其中T＝转矩(NM)J＝电机负载和转子的合成惯性角动量ωm＝瞬时角速度B＝负载和转子的等效阻尼系数TL＝载荷的力矩磁极被激励时的瞬时力矩T=-P2Lsrisirsin(P2θm)]]>T＝转矩(NM)(负号表示电磁矩的作用是使定子和转子的方向取齐)P＝磁极(2)的个数Lsr＝定子和转子取齐时的互感应系数Ts＝定子的电流Ir＝转子的电流θm＝转子和定子之间的实际夹角采用脉宽调制的方法控制风扇电机的转速时，一旦脉宽调制信号给出，不论定子(4)和转子(3)在什么位置，励磁绕组(1)立刻被激励。从力矩方程里可以看出，此位置对最小化瞬时力矩是非常重要的，因为定子和转子的位置决定他们之间的实际夹角。这种随机的力矩肯定会造成风扇外壳的震动，从而产生滴答滴答的转换噪音。
对于转子里一般有永磁步进控制器的直流无刷式风扇(一般的电子系统风扇都采用此种风扇)，瞬时力矩可以简化为T＝-K×is×sin(θm)其中T＝转矩(NM)(负号表示电磁矩的作用是使定子和转子的方向取齐)K＝常数(与电机的磁极数和永磁体的大小和磁力有关)IS＝定子的电流θm＝转子和定子之间的实际夹角可以看出，如果控制通过定子的电流增加率，就可以减少、甚至消除这一瞬时力矩，从而减弱风扇的震动，进而降低风扇转换噪音。
依据本发明提出的方法利用标准三极管控制向风扇给出合适的电流，利用阻容电路控制定子电流的增加率，利用二极管控制风扇感应的反电压，即可达到上述目的。
前述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其中所述的利用标准三极管控制向风扇给出合适的电流是将标准三极管的集电极与被控直流风扇的负极连接。
前述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其中所述的利用阻容电路控制定子电流的斜率，是在脉宽调制信号输入线与标准三极管的基极之间加入一只电阻，在脉宽调制信号输入线与控制电源正极之间加入一只电阻，在标准三极管的基极与集电极之间连接一只电容。
前述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其中所述的利用二极管控制风扇感应的反电压，是在直流风扇的两根电源线上并联一只二极管，二极管的阴极连接直流风扇的正极电源线，二极管的阳极连接直流风扇的负极电源线。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明解决了常规脉宽调制风扇转速控制方法会引起风扇震动和噪音的缺陷，使得脉宽调制风扇转速控制技术真正能够用到对静音有较高要求的电子系统中。
综上所述，本发明一种消除调速风扇震动噪音的电路，其在技术发展空间有限的领域中，不论在方法上或功能上皆有实质性创新，且在技术上有较大的进步，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
本发明的具体实施方式
由以下实施例及其附图详细给出。
图1是本发明用于说明原理的电机构造图。
图2是本发明用于说明原理的基本电机电路原理图。
图3是本发明用于三线风扇的消除脉宽调制风扇转速引起风扇震动和噪音的电路图。
图4是本发明用于三线或两线风扇的消除脉宽调制风扇转速引起风扇震动和噪音的电路图。
其中1.励磁绕组 2.磁极 3.转子 4.定子DTACHn/ATACH——风扇速度反馈线PWMn——脉宽调制信号输入线具体实施方式
以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其具体实施方式
、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图3所示的适用于三线或两线风扇的电路图，本发明一种消除调速风扇震动噪音的电路，其主要包括控制向风扇给出合适的电流；控制定子电流的增加率；控制风扇感应的反电压三部分。其主要由标准三极管、二极管、电阻和电容所组成。其中将三极管Q1的集电极与被控直流风扇的负极连接，为了使设备尽量工作在线性区，最好的设备是采用一个标准的三极管。在三极管Q1的基极与集电极之间跨接一只电容C1，在三极管的基极与风扇控制芯片的输出端PWMN之间用一只电阻R2连接，在风扇控制芯片的输出端PWMN与主板集成电路供电电源之间用一只电阻R1连接，因为时间常数和(R1+R2)*C1成正比，R1、R2和C1组成的阻容电路时间常数越大，控制定子电流的增加率越慢，效果越好；在被控直流风扇的两根正负电源线之间并联一只二极管D1，D1的阴极接被控直流风扇的正极和12V直流电源，D1的阳极接被控直流风扇的负极。加入D1，是避免在开通装置关闭后，由于电机的感应特性使得被控直流风扇的电压达到-15V到-30V，很可能会损坏风扇的情况。三极管Q1的发射极同时连接一只1Ω电阻和一只100nF电容的一端，1Ω电阻的另一端与主板地线连接而100nF电容的另一端连接主板上风扇测试芯片的速度反馈线。当此电路中连接一只三线直流风扇时，该风扇的风扇测速线空置。
请参阅图3所示的仅适用于三线风扇的电路图，本发明一种消除调速风扇震动噪音的电路，其主要包括的部分和组成元件与上述电路图相同，将三极管Q1的集电极与被控直流风扇的负极连接，在三极管Q1的基极与集电极之间跨接一只电容C1，在三极管的基极与风扇控制芯片的输出端PWMN之间用一只电阻R2连接，在风扇控制芯片的输出端PWMN与主板集成电路供电电源之间用一只电阻R1连接，三极管Q1的发射极与主板地线连接，在被控直流风扇的两根正负电源线之间并联一只二极管D1，D1的阴极接被控直流风扇的正极和12V直流电源，D1的阳极接被控直流风扇的负极，在被控直流风扇的正极与风扇测速线之间跨接一只1K电阻，在风扇测速线与主板上风扇测试芯片的速度反馈线DTACHN之间跨接一只15K电阻，在主板上风扇测试芯片的速度反馈线DTACHN与主板地线之间跨接一只10K电阻。
上述图3中元件的具体参数是为额定电流为250mA的风扇设计的，对于功率较大的风扇，元件的数值可能需要改变。选择的原则是即要满足当前设定的脉宽调制信号频率和占空比决定的时间常数，又要满足风扇的回冲电流不大于额定电流，同时还要保证三极管工作在线性区的时间不过长以免其发热量过大。
以上所述，仅是本发明在成本和实现方式方面的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，例如通过增加元器件得到的复杂电路，只要是其等效电路或基本功能类似，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种消除调速风扇震动噪音的电路，通过调制直流风扇正极最大电压的脉宽信号来控制风扇定子的励磁绕组被激励的时间，其特征在于利用标准三极管控制向风扇给出合适的电流；利用阻容电路控制定子电流的增加率；利用二极管控制风扇感应的反电压。
2.根据权利要求1所述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其特征在于其中所述的利用标准三极管控制向风扇给出合适的电流，是将标准三极管的集电极与被控直流风扇的负极连接。
3.根据权利要求1所述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其特征在于其中所述的利用阻容电路控制定子电流的增加率，是在脉宽调制信号输入线与标准三极管的基极之间加入一只电阻，在脉宽调制信号输入线与控制电源正极之间加入一只电阻，在标准三极管的基极与集电极之间连接一只电容。
4.根据权利要求1所述的一种消除调速风扇震动噪音的电路，其特征在于其中所述的利用二极管控制风扇感应的反电压，是在直流风扇的两根电源线上并联一只二极管，二极管的阴极连接直流风扇的正极电源线，二极管的阳极连接直流风扇的负极电源线。
全文摘要
一种消除调速风扇震动噪音的电路，通过加入标准三极管控制向风扇给出合适的电流、通过加入阻容电路可以控制定子电流的增加率、通过加入二极管控制风扇感应的反电压，解决了常规脉宽调制风扇转速控制方法会引起风扇震动和噪音的缺陷，使得脉宽调制风扇转速控制技术真正能够用到对静音有较高要求的电子系统中。
文档编号H02P6/10GK1531184SQ0311946
公开日2004年9月22日 申请日期2003年3月13日 优先权日2003年3月13日
发明者陶宏芝, 林佑亮, 李恒杰 申请人:联想(北京)有限公司