專利名稱：電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，屬于電學(xué)中電源的一種。
現(xiàn)有的電扇調(diào)速，有串接電抗器調(diào)速的，這種調(diào)速器功耗大，(如80W吊扇最低檔運行時耗電約15W左右)，并且不能無級調(diào)速，還有在低速檔啟動造成電扇壽命縮短的缺點。有的已采用可控硅無級調(diào)速，但功能單一，不具備溫控變速和定時功能。有的雖增加了溫控功能(如專利號為90215716.7的實用新型)但還沒有定時功能。同時該方案采用在主回路中串降壓元件的方法來提供控制電路工作電源，增加了功耗，電路也較復(fù)雜?，F(xiàn)有的電扇定時器，多采用發(fā)條式定時器。這種定時器一般定時時間為2小時，不能滿足某些使用者的需要，并且有一定的響聲。有的定時器采用電子定時的，但不能做到單線進出的接線方式，如更換老式調(diào)速器則要重新配線，有的要多次按按鈕來設(shè)定時間，使用不方便，同時還存在價格較貴的缺點。
本實用新型的目的，就是要研制一種耗電低，能無級調(diào)速，有溫控變速功能，定時時間長、無噪聲、線路簡單、價格便宜、使用方便、單線進出接線、能避免低電壓啟動的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器。
這種電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，由單線進出換相橋式調(diào)壓主回路(S1、V1～V4、V5)、移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)、同步及滯后式比較關(guān)斷電路(N2、R5、R6、R7)、溫度取樣放大調(diào)速控制電路(N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13)、定時控制電路(N4、V7、V8、V9、C2、S2、R14、R15、R16、R18)、脈沖充電時間限制電路(V10、R17、R19、R20、C3)、控制電源電路(V1～V4、V5、LED、R1、V11)、電源及轉(zhuǎn)速間接指示發(fā)光管(LED)組成。
附圖
為本實用新型的電路視圖。
上述電路的工作原理和連接關(guān)系如下交流電壓通過開關(guān)S1經(jīng)整流橋(V1～V4)換相后與單向可控硅(V5)、電扇(M)串聯(lián)形成回路，由可控硅(V5)導(dǎo)通和關(guān)斷的時間來控制電扇(M)的電壓、從而達到電扇轉(zhuǎn)速變化和停轉(zhuǎn)的目的。
可控硅(V5)導(dǎo)通的時間受控于移相觸發(fā)電路，當(dāng)該電路中的C1經(jīng)R4充電使運放(N1)的(＋端)電壓超過(－端)電壓時，N1輸出正脈沖經(jīng)R2、R3分壓后觸發(fā)可控硅(V5)的控制極使其導(dǎo)通并維持到市電電壓過零時截止。C1充電的時間與可控硅(V5)的導(dǎo)通時間成反比，由運放(N1)的(－端)電壓來決定，改變該電壓即可達到調(diào)速的目的。這種移相觸發(fā)電路的特點在于利用運算放大器當(dāng)觸發(fā)器，解決了用傳統(tǒng)單結(jié)晶體管觸發(fā)電路分壓比不一致而造成的批量生產(chǎn)選管和調(diào)試的困難。
移相觸發(fā)電路的同步和控制電壓來于同步及滯后式比較關(guān)斷電路?？刂齐娫唇?jīng)R6、R7分壓后接到N2(＋端)，當(dāng)此脈動電壓過零后又上升使N2(＋端)電壓超過N2(－端)電壓時，N2輸出高電位經(jīng)R4對C1充電直至V5導(dǎo)通，V5導(dǎo)通后控制電路的工作電源被其短路，C1上電壓經(jīng)V6、N2輸出端放電，到V5過零關(guān)斷后，控制電源又上升使C1重新充電，如此反復(fù)，使觸發(fā)電路同步。N2除起同步作用外還有滯后式比較關(guān)斷功能，當(dāng)N2(－端)電壓超過由R5、R6、R7、所設(shè)定的N2(＋端)電壓時(此電壓決定了電扇的最低工作電壓)，N2輸出低電位使C1放電，從而使V5關(guān)斷，電扇停轉(zhuǎn)。由于R5的正反饋作用，使關(guān)斷電路具有滯后特性，此滯后特性使電扇能夠在最低工作電壓時關(guān)斷，而必須高于此電壓才能重新啟動，避免了電扇在低電壓下啟動所造成的損壞。滯后電壓可由R5設(shè)定。
N1和N2的(－端)同時受控于由N3和相關(guān)元件組成的溫度取樣放大和調(diào)速控制電路。N3(＋端)電壓由R11與負溫型熱敏電阻R12和電位器R13串聯(lián)的分壓比決定。該電壓隨著溫度的變化或手動調(diào)節(jié)R13而變化，經(jīng)與R9、R10、R8所設(shè)定的N3(－端)電壓比較放大后，經(jīng)N3輸出端送往N1和N2(－端)，與N1和N2(＋端)電壓比較后來達到調(diào)速或關(guān)斷的目的。放大倍數(shù)可由負反饋電阻R8設(shè)定，改變放大倍數(shù)即可改變溫控靈敏度。由于運算放大器的放大倍數(shù)很高，溫控靈敏度也可以做到很高，同時由于放大倍數(shù)能夠方便的設(shè)定，解決了用普通晶體管放大電路由于放大倍數(shù)不一致而造成批量生產(chǎn)選管和調(diào)試的困難。
由N4和相關(guān)元件組成的定時控制電路，可以方便的設(shè)定電扇運轉(zhuǎn)的時間。當(dāng)S2撥到導(dǎo)通位置時，N4(＋端)為低電位，輸出亦為低電位，V7截止，不影響其他電路工作，電扇可長期運行。當(dāng)S2撥斷開位置時，定時電路開始工作，控制電源經(jīng)R17、R18、V9對C2充電，N4(＋端)電壓逐漸上升，當(dāng)此電壓逐漸上升，當(dāng)此電壓上升超過由R14、R15、R16所設(shè)定的N4(－端)電壓時，N4輸出高電位并由于V8的正反饋而保持，V7受正向電壓而導(dǎo)通，經(jīng)過N3、N2、N1而使V5截止，電扇停轉(zhuǎn)。調(diào)節(jié)電位器R15，C2充電的時間相應(yīng)改變，從而達到設(shè)定時間的目的。V9的作用是阻止C2放電。當(dāng)?shù)谝淮味〞r結(jié)束后，如想進行再次定時，則將S2撥到導(dǎo)通狀況將C2放電，再將S2撥到斷開位置，就能再次定時。由于運算放大器的輸入阻抗很高，定時的時間相應(yīng)也可以做到很長。
由于定時控制電路中的C2充電所需的控制電源受V5的控制，V5導(dǎo)通后，該電源被短路，電扇轉(zhuǎn)速快時，V5的導(dǎo)通時間長，慢時則導(dǎo)通時間短，所以造成了C2的充電時間隨著電扇轉(zhuǎn)速的快慢而變化，所設(shè)定的定時時間會因轉(zhuǎn)速的快慢而不一致。為了解決這個問題，設(shè)置了由三級管V10和R17、R19、R20、C3組成的脈沖充電時間限制電路，既不管控制電路工作電源的供電時間長短，C2在半個周期內(nèi)的充電時間由R19對C3充電到V10導(dǎo)通的時間來決定，V10導(dǎo)通時，C2的充電電源被V10短路。C2的充電停止，而C3仍在充電維持V10導(dǎo)通，只到V5導(dǎo)通，控制電源被短路，C3通過R20和R19放電，V10才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?。把C3充電到V10導(dǎo)通的時間，控制在轉(zhuǎn)速最快時，控制電源能提供的最短供電時間之內(nèi)，就可保證C2在轉(zhuǎn)速快慢不同時的充電時間一致，也就解決了轉(zhuǎn)速快慢變化時，定時時間不一致的問題。由于C2工作于脈沖充電狀況，在半個周期內(nèi)的充電時間極短，進一步延長了定時時間，加上前述的高輸入阻抗運算放大器，使小容量的電容達到長時間的定時成為可能，采用小容量的定時電容，既降低了成本，又提高了定時精確度。
控制電路必須要有工作電源，現(xiàn)有電路有用220V市電經(jīng)變壓器降壓或阻容降壓經(jīng)整流后取得的，這達不到單線進出、接線簡單的優(yōu)點。有在主回路中串接降壓元件的方法來取得的，則帶來了功耗增加的缺點。有用電池來提供的，更增加了用戶的麻煩。這些都是不可取的。本機采用由V1～V4、V5、R1、LED、V11所組成的控制電源，此電路利用可控硅一旦導(dǎo)通后能自行維持的特點，使全部控制電路在其截止期間工作。可控硅V5截止時，220V市電經(jīng)V1～V4全波整流后，經(jīng)R1和LED，由V11穩(wěn)壓后作為控制電源供給控制電路工作，到可控硅V5經(jīng)控制導(dǎo)通后，此電源被短路。V5自行維持導(dǎo)通至過零時截止。控制電路又能得電進行工作。由于使用了低功耗的運算放大器和低觸發(fā)電流的可控硅，控制電路的工作電流很小，本機用R1將電流限制在4毫安，則在市電為220V時，最大功耗為0.88W，由于控制電路只在可控硅截止期間工作，平均功耗就更加小了，發(fā)熱現(xiàn)象也隨之降低，使溫度傳感用熱敏電阻裝于同一機殼內(nèi)受本機溫度上升的影響可以忽略。本方案另一優(yōu)點是不用濾波電容，降低了成本。由于控制電路要在V5截止期工作，所以V5的導(dǎo)通角不能做到100％，根據(jù)用500型萬用表實測，電扇最高電壓比市電電壓低8V左右，對轉(zhuǎn)速的影響可以忽略。
本機利用一塊廉價的集成四運算放大器(LM324)進行移相觸發(fā)(N1)、同步及滯后式比較關(guān)斷(N2)、溫度取樣放大(N3)、定時設(shè)定控制(N4)，集觸發(fā)器、比較器、放大器、延時器的功能于一體的技術(shù)方案?？煽啃员确至⒃娐犯?，成本比用其他方案大大降低。
本機還有一新穎之處是發(fā)光二極管LED串在R1與V11負極之間，起單向隔離作用，將其裝于機殼面板上作電源指示，由于轉(zhuǎn)速快慢使控制電路供電的時間不同，流過LED的平均工作電流也不相同，發(fā)光強度也相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)速快時發(fā)光弱，轉(zhuǎn)速慢時發(fā)光強，所以LED能間接指示轉(zhuǎn)速的快慢，此方法的另一優(yōu)點是作為電源指示燈使用而不增加電源的額外功耗。
這種電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器與現(xiàn)有電抗式調(diào)速器，發(fā)條式定時器以及其他電子調(diào)速器、定時器相比，具有如下優(yōu)點。
1、一機三用功能多既調(diào)速又定時，并有溫控變速功能。
2、節(jié)能省電傳統(tǒng)電抗式調(diào)速器以80W吊扇為例，低速運行時耗電在15W左右，而本機耗電不超過1W，節(jié)電90％以上。
3、單線進出，接線簡單接線方法與傳統(tǒng)電抗調(diào)速器相同，更換時不需要重新配線。由于單線進出，從而也避免了本機出故障使市電短路的可能。
4、無級調(diào)速能調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速從最高速到微風(fēng)量級，比分檔式調(diào)速器具有更大的選擇性。
5、定時時間長可長達4小時的定時，比一般發(fā)條式定時器時間長2～4倍。并且能無級設(shè)定定時時間。
6、自動溫控變速和高電壓啟動功能環(huán)境溫度變高，轉(zhuǎn)速加快，溫度變低轉(zhuǎn)速變慢只到接近無風(fēng)時自動停轉(zhuǎn)，而要到溫度上升到較高時，才會自動啟動，這就是高電壓啟動功能，克服了低速啟動電扇時壽命縮短的缺點。
7、體積小、重量輕體積比傳統(tǒng)電抗調(diào)速器減小50％，重量降低80％，從而使運輸和安裝更加輕便。
8、電子定時器工作時無響聲，克服了機械式定時器工作時有響聲的缺點。
9、成本低在相近功能機型中價格是最低的。
10、使用方便調(diào)速和定時均由電位器設(shè)定，使用簡單方便。
11、線路簡單、可靠性高采用一塊進口集成電路和少量元件組成多種新穎電路，同時主電路采用換相橋與單向可控硅串聯(lián)的型式，耐壓系數(shù)比有些電子調(diào)速器用雙向可控硅單獨工作的型式大大提高，同時由于本機耗電極低，發(fā)熱量少，相對提高了整機可靠性。
為了安全，本機外殼和旋鈕要用塑料制成，電位器的軸柄必須絕緣良好，采用旋轉(zhuǎn)式帶開關(guān)電位器作調(diào)速控制既可少裝一只開關(guān)，又可做到接通開關(guān)后電扇處于最高電壓啟動狀況?？捎猛评_關(guān)電位器作為定時開關(guān)和定時設(shè)定調(diào)節(jié)之用，推進為定時狀態(tài)，拉出為長期運行狀態(tài)。機殼應(yīng)開孔通風(fēng)，以使機殼內(nèi)外溫度一致，并將熱敏電阻裝于機殼最下方，遠離R1等發(fā)熱部件。
本實施例的主要元器件可控硅V5(CR1A600V)、整流管V1～V4(1N4007)、開關(guān)管V6～V9(1N4148)、集成四運算放大器N1～N4(一只LM324)三極管V10(9014)、穩(wěn)壓管V11(0.5W6.2V)。在上述元器件參數(shù)時，能控制200W以下的電扇，將主回路元件參數(shù)改變，控制功率還可加大，應(yīng)用更加廣泛。
元器件市場購買，機殼注塑加工。
權(quán)利要求1.一種電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于具有單線進出換相橋式調(diào)壓主回路(S1、V1～V4、V5)、移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)、同步及滯后式比較關(guān)斷電路(N2、R5、R6、R7)、溫度取樣放大調(diào)速控制電路(N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13)、定時控制電路(N4、V7、V8、V9、C2、S2、R14、R15、R16、R18)、脈沖充電時間限制電路(V10、R17、R19、R20、C3)、控制電源電路(V1～V4、V5、R1、LED、V11)、電源及轉(zhuǎn)速間接指示發(fā)光管(LED)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的利用一塊集成四運算放大器LM324完成移相觸發(fā)(N1)、同步及滯后式比較關(guān)斷(N2)、溫度取樣放大(N3)、定時設(shè)定控制(N4)的功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的由元件V1～V4、V5、R1、LED、V11組成的控制電源，利用V5截止期提供控制電路工作電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的由元件V10、R17、R19、R20、C3組成的脈沖充電時間限制電路。用C3的充電時間來限制定時電容C2的充電時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的由元件N2、R5、R6、R7組成的同步及滯后式比較關(guān)斷電路。由一只運放完成同步及滯后比較關(guān)斷的兩種功能。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的移相觸發(fā)電路(N1、C1、R2、R3、R4、V6)由運放N1做觸發(fā)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的由元件N3、R8、R9、R10、R11、R12、R13組成的溫度取樣放大調(diào)速控制電路，由R8決定放大倍數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的由元件N4、V7、V8、V9、C2，S2、R14、R15、R16、R18組成的定時控制電路，使用小容量的定時電容C2。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子溫控式電扇無級調(diào)速定時器，其特征在于所述的將發(fā)光二極管LED裝于機殼面板上作電源及轉(zhuǎn)速間接指示，它串接在R1與V11負極之間。
專利摘要本實用新型屬于電學(xué)中電源的一種。是為解決現(xiàn)有電抗式電扇調(diào)速器功耗大，功能單一和在低速檔啟動時電流大，電扇使用壽命縮短的缺點而設(shè)計的。本設(shè)計采用單線進出的接線方式，能直接替換現(xiàn)有調(diào)速器，比現(xiàn)有電抗式電扇調(diào)速器節(jié)電90％以上，并且增加了自動溫控、無級調(diào)速，無級定時和高電壓啟動功能，定時時間長達4小時。采用進口集成電路，線路簡單、可靠性高、使用方便、成本低廉，體積小、重量輕，能適用多種電扇溫控、調(diào)速、定時的需要。
文檔編號F04D27/02GK2104965SQ9122075
公開日1992年5月20日 申請日期1991年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月26日
發(fā)明者王佐 申請人:王佐