易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，以運(yùn)算放大器為中心，配以運(yùn)放偏置電路、溫度檢測(cè)電路、負(fù)反饋電路、限位電路和功率推動(dòng)電路等構(gòu)成。以較少的元件實(shí)現(xiàn)直流風(fēng)扇的溫控調(diào)速功能，能控制風(fēng)扇維持運(yùn)轉(zhuǎn)、變速運(yùn)轉(zhuǎn)、最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，各種運(yùn)轉(zhuǎn)方式對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)都有相應(yīng)電路進(jìn)行設(shè)置，電路內(nèi)涵計(jì)算公式。本實(shí)用新型提供了詳細(xì)的工作點(diǎn)設(shè)置方法和計(jì)算公式。
【專(zhuān)利說(shuō)明】易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及直流散熱風(fēng)扇的溫控調(diào)速電路，尤其是涉及風(fēng)扇溫控調(diào)速電路工作點(diǎn)的設(shè)置。

【背景技術(shù)】
[0002]直流風(fēng)扇是設(shè)備主要散熱工具，因散熱與噪聲的矛盾，給風(fēng)扇增加調(diào)速功能近年日益廣泛。直流風(fēng)扇調(diào)速主要采用PWM技術(shù)和調(diào)壓式兩種方式，PWM方式效果好，但成本因素影響了它的普及；調(diào)壓式是采取調(diào)節(jié)風(fēng)扇供電電壓的方式控制直流風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，它以簡(jiǎn)易、成本低、自成體系獨(dú)立運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)在直流風(fēng)扇溫控調(diào)速電路中占有不低的比例。
[0003]調(diào)壓式溫控調(diào)速電路基本原理及在實(shí)踐中面對(duì)的問(wèn)題見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖1，溫度較低時(shí)，調(diào)速電路給風(fēng)扇提供一個(gè)維持工作電壓Ucv使風(fēng)扇維持低速運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)溫度超過(guò)設(shè)定溫度A時(shí)，風(fēng)扇隨溫度變化作變速運(yùn)轉(zhuǎn)；達(dá)到另一個(gè)較高溫度t2時(shí)，調(diào)速電路提供給風(fēng)扇最高工作電壓Uomax,風(fēng)扇全速運(yùn)轉(zhuǎn)。三個(gè)狀態(tài),維持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、變速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；兩個(gè)點(diǎn)，風(fēng)扇從維持運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)為變速運(yùn)轉(zhuǎn)的變速起始點(diǎn)，變速運(yùn)轉(zhuǎn)到全速運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)換點(diǎn)；設(shè)計(jì)調(diào)速電路時(shí)，因三個(gè)狀態(tài)兩個(gè)點(diǎn)互相牽扯，使電路難以再簡(jiǎn)化；同時(shí)，調(diào)速電路工作點(diǎn)的設(shè)置缺乏簡(jiǎn)便公式，借助可調(diào)電阻實(shí)驗(yàn)來(lái)確定設(shè)計(jì)參數(shù)并不罕見(jiàn)。要使調(diào)壓式溫控調(diào)速電路得到更廣泛的應(yīng)用，還須從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)著手找到工作穩(wěn)定的、內(nèi)涵有計(jì)算公式的電路形式，并且這種電路形式應(yīng)該結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本不高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型提出一種易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，以運(yùn)算放大器為中心，配以運(yùn)放偏置電路、溫度檢測(cè)電路、負(fù)反饋電路、限位電路和功率推動(dòng)電路等構(gòu)成。以較少的元件實(shí)現(xiàn)直流風(fēng)扇的溫控調(diào)速功能，能控制風(fēng)扇維持運(yùn)轉(zhuǎn)、變速運(yùn)轉(zhuǎn)、最高轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，各種運(yùn)轉(zhuǎn)方式對(duì)應(yīng)的工作點(diǎn)都有相應(yīng)電路進(jìn)行設(shè)置，電路內(nèi)涵有計(jì)算公式。本實(shí)用新型提供了詳細(xì)的工作點(diǎn)設(shè)置方法和計(jì)算公式。
[0005]電路構(gòu)成:用運(yùn)算放大器作放大器件；兩只電阻從電源分壓，中點(diǎn)接在運(yùn)放的一個(gè)輸入端為其提供偏置，同時(shí)用以設(shè)置放大電路基準(zhǔn)電壓；熱敏電阻與一只電阻從電源分壓，中點(diǎn)接在運(yùn)放另一個(gè)輸入端為其提供偏置，同時(shí)把熱敏電阻隨溫度變化其阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化提供給這個(gè)輸入端；運(yùn)放的輸出端接功率推動(dòng)電路；功率推動(dòng)電路的輸出端接直流風(fēng)扇；負(fù)反饋電路一端接在功率推動(dòng)電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動(dòng)電路輸出端電壓變化的電路點(diǎn)，另一端接運(yùn)放接有溫度檢測(cè)電路的輸入端；限位電路或者是具有單向?qū)щ娞匦缘膯蝹€(gè)元件，或者是具有單向?qū)щ娞匦栽c若干元件的組合；限位電路至少有兩個(gè)端子，一個(gè)端子接在功率推動(dòng)電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動(dòng)電路輸出端電壓變化的電路點(diǎn)，檢測(cè)輸出端電壓變化，另一個(gè)端子接在運(yùn)放接有溫度檢測(cè)電路的輸入端，控制這個(gè)輸入端的電壓，配合其它電路為風(fēng)扇提供維持運(yùn)轉(zhuǎn)電壓；電路輸出端設(shè)有脈沖抑制電路，是與直流風(fēng)扇并聯(lián)的電容構(gòu)成。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1是調(diào)壓式溫控調(diào)速電路輸出電壓與溫度關(guān)系的普適曲線(xiàn)；
[0007]圖2是第I實(shí)施例電路圖；
[0008]圖3是閉環(huán)電壓增益KF與溫度及輸出電壓關(guān)系圖；
[0009]圖4是第2實(shí)施例電路圖；
[0010]圖5是第3實(shí)施例電路圖；
[0011]圖6是第4實(shí)施例電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0012]第I實(shí)施例電路分析
[0013]見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖2，因分析關(guān)系到計(jì)算工作點(diǎn)，分析前需先確定溫度h、溫度t2和維持電壓Ucv參見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖1，根據(jù)實(shí)際需要確定A、t2，參考風(fēng)扇生產(chǎn)廠(chǎng)家給出的直流風(fēng)扇最低啟動(dòng)電壓數(shù)據(jù)確定維持電壓Uo0 ；
[0014]維持電壓設(shè)置該實(shí)施例電路由Rl與R2從電源分壓，分壓電壓是供給運(yùn)放A的同相輸入端；溫度傳感器RT與R3從電源分壓，分壓電壓VCCg^:提供給運(yùn)放A的反相輸入端；溫度傳感器RT采用NTC負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻。先假設(shè)運(yùn)放兩個(gè)輸入端工作點(diǎn)都已經(jīng)設(shè)置為大致等于* VCC ;再假設(shè)二極管D開(kāi)路，又假設(shè)環(huán)境溫度極低，看一下電路工作狀況:這時(shí)RT阻值很大，造成VCC^￡^;>VC€^^，即運(yùn)放的反相輸入端


K3tK.1JKl+Ivifir
電壓VA-大于同相輸入端電壓VA+，運(yùn)放將輸出低電平，三極管BG截止，輸出電壓Uo為零?，F(xiàn)在接入二極管D，再看一下電路工作狀況:此時(shí)D的正端電壓高于負(fù)端電壓，D因獲得正向電壓而導(dǎo)通；D導(dǎo)通拉低了運(yùn)放反相輸入端電壓，使運(yùn)放輸出端電壓上升，三極管導(dǎo)通，輸出電壓Uo升高；當(dāng)運(yùn)放輸入端電壓VA- = VA+時(shí)，電路工作狀態(tài)達(dá)到平衡，這時(shí)的輸出電壓正是需要的使風(fēng)扇維持低速運(yùn)轉(zhuǎn)的維持電壓Uotl ;由于電路平衡時(shí)運(yùn)放兩輸入端電壓相等，
VA-=VA+=;從運(yùn)放反相輸入端出發(fā)，經(jīng)二極管D、三極管B-E這條路徑看過(guò)去，功率推動(dòng)電路輸出端與運(yùn)放輸入端的電位差有:二極管導(dǎo)通壓降VF和三極管的VBE，因
R2
此:Uo0=VBE;由上式得到R1、R2分壓比:

ΙχΙτ?χΖ.
[0015]=，式;中:VF-二極管ιΕ 向工作電壓，
Κ.Χτ^Η2VV-.V-
[0016]有了分壓比，也就有了計(jì)算Rl、R2的依據(jù)；確定Rl、R2后，維持電壓Uotl的設(shè)置完成。
[0017]由以上分析可知，維持電壓Uo0只與R1、R2分壓比相關(guān)，之后其它工作點(diǎn)的設(shè)置不影響維持電壓的設(shè)定；同時(shí)可知，確定R1、R2阻值以后，得到分壓電壓VCC^^，它被單獨(dú)放置于運(yùn)放的一個(gè)輸入端，不但決定維持電壓Ucv而且是放大電路進(jìn)入放大區(qū)時(shí)的基準(zhǔn)電壓。
[0018]從上面分析看出:正是由于二極管D的接入，調(diào)速電路輸出電壓Uo被限制為不低于—VF—VBE，二極管D在這個(gè)電路中就是起到限制運(yùn)放A反相輸入端電位進(jìn)而限制輸出電壓作用的，所以本實(shí)用新型把這個(gè)二極管稱(chēng)作限位二極管。
[0019]風(fēng)扇變速起始點(diǎn)的設(shè)置隨著溫度升高，熱敏電阻RT阻值減小，下降，
RTR2
當(dāng)溫度略高于設(shè)定溫度時(shí)；VCCg^ <VCCg^，運(yùn)放輸出電壓升高，三極管電流增大，輸出電壓Uo升高，限位二極管因兩端電壓逆轉(zhuǎn)退出導(dǎo)通狀態(tài)，與限位二極管并聯(lián)的負(fù)反饋電阻R4進(jìn)入工作狀態(tài)。由此可見(jiàn)，當(dāng)溫度t = ，即當(dāng)VCC^^； =VCC-^T
時(shí)，就是工作狀態(tài)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，也即風(fēng)扇從維持運(yùn)轉(zhuǎn)方式轉(zhuǎn)為變速運(yùn)轉(zhuǎn)方式的起始點(diǎn)；選擇電路
MTRZ
參數(shù)，使在溫度t = t,時(shí)成立，就確定了這個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)；R1、R2阻值已經(jīng)確定，可改變的只有RT、R3，選擇熱敏電阻RT，根據(jù)熱敏電阻生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的數(shù)據(jù)，

6--R2
查找RT在溫度&時(shí)的阻值RTt1，將RTt1代入上式，得VCCrI^^- VCC-— ’并由此求得:

Rl
[0020]RS-RTt1 ^
[0021]變速運(yùn)轉(zhuǎn)工作原理二極管D被反向偏置退出導(dǎo)通狀態(tài)后，負(fù)反饋電阻R4進(jìn)入工作狀態(tài)，調(diào)速電路進(jìn)入了具有深度負(fù)反饋的線(xiàn)性放大區(qū)；運(yùn)放同相輸入端是基準(zhǔn)電壓，運(yùn)放反相輸入端是含熱敏電阻RT的溫度檢測(cè)電路，在溫度tl?t2區(qū)間，運(yùn)放輸出電壓隨溫度升高而升高，隨溫度降低而降低，這個(gè)電壓送至功率推動(dòng)三極管BG，BG推動(dòng)風(fēng)扇變速運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0022]最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換點(diǎn)的設(shè)置當(dāng)溫度達(dá)到一個(gè)較高的溫度t2時(shí)，風(fēng)扇必須全速運(yùn)轉(zhuǎn)為設(shè)備提供最大風(fēng)量。從變速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)到全速運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是通過(guò)選取調(diào)速電路閉環(huán)電壓增益KF來(lái)實(shí)現(xiàn)的，見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖3，這只需要改變反饋電阻R4的阻值就可以確定。
[0023]這個(gè)實(shí)施例電路輸出特性完全符合說(shuō)明書(shū)附圖1的曲線(xiàn)，不足的是受運(yùn)放輸出電壓擺幅限制，最高輸出電壓不能達(dá)到接近電源電壓VCC ;運(yùn)放采用LM358，在12V電源電壓下Uomax能達(dá)到10V。
[0024]第2實(shí)施例電路分析
[0025]見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖4，利用運(yùn)放LM358輸出電壓擺幅向負(fù)方向擺幅更大，改用PNP三極管做功率推動(dòng)三極管，在12V電源電壓下Uomax能達(dá)到10.5V。
[0026]第3實(shí)施例電路分析
[0027]見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖5，為了使Uomax接近電源電壓VCC，功率推動(dòng)電路改為共發(fā)射極電路；這時(shí)的Uomax = VCC-VCE(sat)，VCE(sat)為功率推動(dòng)管的集電極-發(fā)射極飽和壓降；Uomax非常接近電源電壓。該實(shí)施例電路工作點(diǎn)設(shè)置公式如下:
[0028]1.設(shè)置維持工作電壓Uo0
P2
[0029]Uo0= VCCp; DVF，式中:VF- 二極管正向工作電壓；

R1+R2
Γ n R2 Uo0H-VF
[0030]- = ---;
R1+R2 VCC
[0031]2.設(shè)置變速運(yùn)轉(zhuǎn)起始工作點(diǎn)

Ri
[0032]1=RTt1 G ,式中=RTt1-溫度 L 時(shí) RT 的阻值；

R2
[0033]3.設(shè)置變速運(yùn)轉(zhuǎn)到最高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換工作點(diǎn)從熱敏電阻生產(chǎn)廠(chǎng)家提供的數(shù)據(jù)查找溫度h、溫度t2時(shí)RT的阻值RTtl、RTt2 ；由下面實(shí)用公式確定R4:
_4] R4= (1-? )=RTta=H^5
[0035]輸出端有電容C與直流風(fēng)扇并聯(lián)，用來(lái)吸收直流風(fēng)扇內(nèi)部換相時(shí)產(chǎn)生的反抗電動(dòng)勢(shì)，減弱在功率推動(dòng)電路輸出端產(chǎn)生的脈沖電壓，避免脈沖電壓的高頻成分對(duì)調(diào)速電路的影響。
[0036]第4實(shí)施例電路分析
[0037]見(jiàn)說(shuō)明書(shū)附圖6，這是一個(gè)提供給高電壓直流風(fēng)扇工作的電路，風(fēng)扇工作電壓高，因此將調(diào)速電路供電與風(fēng)扇供電分開(kāi)，調(diào)速電路由VCCl供電，風(fēng)扇由VCC2供電。為給高壓風(fēng)扇提供足夠的推動(dòng)功率，由BG1、BG2及電阻R5、R6組成復(fù)合功率推動(dòng)電路。由于輸出端電壓高，限位電路不能采用二極管接入的方式，否則會(huì)造成調(diào)速電路的損壞；在該實(shí)施例電路中用電阻R7、R8、運(yùn)放A2及二極管D組成復(fù)合限位電路，R7、R8分壓把輸出端電壓信息折算到運(yùn)放A2，經(jīng)過(guò)A2阻抗變換，再經(jīng)二極管D接到運(yùn)放Al同相輸入端。也可用一只NPN三極管同時(shí)替換下運(yùn)放A2和二極管D，其基極接R7、R8分壓點(diǎn)，集電極接VCC1，發(fā)射極接運(yùn)放Al同相輸入端，效能等同。
[0038]本實(shí)用新型公開(kāi)了 4個(gè)實(shí)施例電路，對(duì)工作原理進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并提供了電路設(shè)置方法和計(jì)算公式，其用意在于使本領(lǐng)域任何技術(shù)人員都能理解并能使用本實(shí)用新型，并非用于限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，包括:用運(yùn)算放大器作放大器件；兩只電阻從電源分壓，中點(diǎn)接在運(yùn)放的一個(gè)輸入端為其提供偏置，同時(shí)用以設(shè)置放大電路基準(zhǔn)電壓；熱敏電阻與一只電阻從電源分壓，中點(diǎn)接在運(yùn)放另一個(gè)輸入端為其提供偏置，同時(shí)把熱敏電阻隨溫度變化其阻值變化轉(zhuǎn)化為電壓變化提供給這個(gè)輸入端；運(yùn)放的輸出端接功率推動(dòng)電路；功率推動(dòng)電路的輸出端接直流風(fēng)扇；負(fù)反饋電路一端接在功率推動(dòng)電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動(dòng)電路輸出端電壓變化的電路點(diǎn)，另一端接運(yùn)放接有溫度檢測(cè)電路的輸入端；直流風(fēng)扇并聯(lián)有抑制脈沖電壓的電容；其特征是:有一限位電路。
2.如權(quán)利要求1所述易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，其特征在于:所述限位電路或者是具有單向?qū)щ娞匦缘膯蝹€(gè)元件，或者是具有單向?qū)щ娞匦栽c若干元件的組口 ο
3.如權(quán)利要求1所述易于設(shè)置工作點(diǎn)的風(fēng)扇溫控調(diào)速電路，其特征在于；所述限位電路至少有兩個(gè)端子，一個(gè)端子接在功率推動(dòng)電路輸出端，或接在能體現(xiàn)功率推動(dòng)電路輸出端電壓變化的電路點(diǎn)，檢測(cè)輸出端電壓變化，另一個(gè)端子接在運(yùn)放接有溫度檢測(cè)電路的輸入端，控制這個(gè)輸入端的電壓，配合其它電路為風(fēng)扇提供維持運(yùn)轉(zhuǎn)電壓。
【文檔編號(hào)】F04D27/00GK203962439SQ201420287203
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年5月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月25日
【發(fā)明者】姜智康, 姜菡 申請(qǐng)人:姜智康, 姜菡