專利名稱：控制電扇的方法和電路布局的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及控制電扇的一種方法和一個(gè)電路布局。
在采用電扇冷卻的電源中常常感到噪聲太大。其中，這種噪聲產(chǎn)生與電扇的轉(zhuǎn)速有關(guān)。而轉(zhuǎn)速與軸箱裝置的類型以及機(jī)械和電公差有關(guān)。因?yàn)榇鋮s的結(jié)構(gòu)部分要求一定的最小風(fēng)量，因此確定了電扇的最低轉(zhuǎn)速，這種最低轉(zhuǎn)速不允許通過最小電扇運(yùn)行電壓超出。
在調(diào)整最小電扇運(yùn)行電壓時(shí)，必須考慮電扇轉(zhuǎn)速的公差。因此最小電扇運(yùn)行電壓必須按下列方式調(diào)整，即額定轉(zhuǎn)速高于最小轉(zhuǎn)速一個(gè)轉(zhuǎn)速公差。另一個(gè)問題是在制造商的數(shù)據(jù)表內(nèi)由于公差的原因往往將最小電扇運(yùn)行電壓規(guī)定得比較高，因此，在典型情況下，在較小冷卻耗量時(shí)，這種電扇的轉(zhuǎn)速有可能高于冷卻任務(wù)所需的轉(zhuǎn)速。
為了降低電扇的轉(zhuǎn)速，大家知道通常對(duì)于較貴的電扇采用滾珠軸承，因?yàn)檫@種電扇具有較小的轉(zhuǎn)速公差，因此所需的轉(zhuǎn)速儲(chǔ)備量可以比較小。然而其缺點(diǎn)在于最低電扇運(yùn)行電壓的問題并不能通過這種措施排除。在價(jià)廉的標(biāo)準(zhǔn)電扇上采用傳統(tǒng)的技術(shù)，例如采用轉(zhuǎn)速傳感器，頻率/電壓變換器，額定值/實(shí)際值比較器和功率終放級(jí)來調(diào)整轉(zhuǎn)速則是太昂貴了。
大家知道，為了采集電子換向電扇的轉(zhuǎn)速，應(yīng)當(dāng)分析輸入電流的曲線形狀。電扇轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，則勵(lì)磁線圈依據(jù)電扇轉(zhuǎn)子所處位置的不同多次接通或斷開。這些開關(guān)過程可以在輸入電流中通過較大斜率的電流躍變加以識(shí)別。這種電流躍變轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷很S變，在高通濾波和信號(hào)形成之后用于代替轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)。例如在工業(yè)指南雜志(Industrie-Anzeiger)41/93，第46和47頁(yè)由愛德華·呂興(Eduard Roesing)發(fā)表的文章“Postmoderne Massnahme”中涉及了這樣一種方法。
在美國(guó)專利US-A-4418298中描述了一種電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整方法，在這種方法中，電機(jī)與引出表示電機(jī)轉(zhuǎn)速高-低信號(hào)的槽盤相連接。這些高-低信號(hào)具有50％的脈沖空度比。在每一個(gè)高信號(hào)時(shí)各產(chǎn)生第二信號(hào)的相同寬度的脈沖，這些脈沖自電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速起始準(zhǔn)時(shí)在各下一個(gè)脈沖之前停止。通過電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，藉助于槽盤產(chǎn)生的高-低信號(hào)的寬度縮短了。因?yàn)榈诙盘?hào)的脈沖寬度是恒定的，而第二信號(hào)的脈沖間歇的寬度隨電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而改變。第二信號(hào)經(jīng)過充、放電電路，而充放電電路與恒定的脈沖寬度和可變的脈沖間歇有關(guān)，產(chǎn)生用于電機(jī)的相應(yīng)控制電壓。由額定轉(zhuǎn)速為出發(fā)點(diǎn)，在速度過低的電機(jī)上，在第二信號(hào)延長(zhǎng)的脈沖間歇期間，延長(zhǎng)時(shí)間對(duì)控制電機(jī)起決定作用的電容器進(jìn)行充電。因此提高了電機(jī)的控制電壓，使電機(jī)加速。如果電機(jī)轉(zhuǎn)速太快，則在第二信號(hào)的縮短脈沖間歇期間，以縮短的時(shí)間對(duì)上述電容器進(jìn)行充電，因而與規(guī)定狀態(tài)相比合計(jì)放電。因此對(duì)電機(jī)的控制電壓降低，電機(jī)減速。
這種控制方式由于使用槽盤而昂貴。而且它還不安全。例如當(dāng)電機(jī)一次短時(shí)間轉(zhuǎn)速升高，以致在第一信號(hào)的周期時(shí)間小于第二信號(hào)周期時(shí)間范圍時(shí)，則電機(jī)速度不但不再降低，而與此相反還會(huì)增加。就是說第一信號(hào)的周期時(shí)間小于第二信號(hào)的周期時(shí)間，并且本來必要的第二信號(hào)的下一個(gè)新的脈沖則可以省略。其結(jié)果是第二信號(hào)下一個(gè)脈沖間歇超比例的長(zhǎng)，在此脈沖間歇期間上述電容器充電。電機(jī)的控制電壓進(jìn)一步增加，以致電機(jī)最終達(dá)到二倍額定轉(zhuǎn)速。如果這種情況出現(xiàn)多次，則這時(shí)轉(zhuǎn)速每次將增高一級(jí)。與此問題無關(guān)，電機(jī)電壓波動(dòng)基本上具有較高值。
雖然在歐洲專利EP-A-0352593中公開了一種沒有槽盤的電機(jī)控制電路。但是這種控制電路基本上是為識(shí)別電機(jī)運(yùn)行或失效而設(shè)計(jì)的。
本發(fā)明的任務(wù)在于，為了調(diào)節(jié)例如用于冷卻電源部件的電扇的電機(jī)而提出了一種方法和一個(gè)電路布局，它與已知的方法和電路布局相比具備更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和改進(jìn)了的功能。
本任務(wù)通過具有在權(quán)利要求1中所給出的方法步驟的一種方法加以解決。此外，本任務(wù)通過一個(gè)具有權(quán)利要求2所述特點(diǎn)的電路布局加以解決。
根據(jù)本發(fā)明，此信號(hào)作為各自的起動(dòng)脈沖發(fā)送器傳送到脈沖產(chǎn)生電路，這種脈沖產(chǎn)生電路對(duì)每一個(gè)起動(dòng)脈沖產(chǎn)生相同寬度的一個(gè)單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖。這些由脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖經(jīng)過非對(duì)稱電阻電路合起來對(duì)存儲(chǔ)器元件充、放電。在充、放電時(shí)產(chǎn)生的、在存儲(chǔ)器元件上充電狀態(tài)的變化由一個(gè)放大器采集并且用于調(diào)節(jié)電扇。
此電路布局為了產(chǎn)生相同寬度的單穩(wěn)態(tài)輸出脈沖而配備了一個(gè)脈沖發(fā)生電路，其中一個(gè)給定的電扇額定轉(zhuǎn)速的已經(jīng)起振的狀態(tài)中，于各個(gè)單穩(wěn)態(tài)脈沖間存在間歇。此外，此電路布局還在脈沖發(fā)生電路和存儲(chǔ)器元件之間配備有一個(gè)非對(duì)稱電阻電路。存儲(chǔ)器元件通過脈沖形成器的單穩(wěn)態(tài)脈沖和通過各脈沖間的間歇充、放電。非對(duì)稱電阻電路還用于存儲(chǔ)器元件充電或放電的各種速度。
本發(fā)明有益的發(fā)展是從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
如果脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的單穩(wěn)態(tài)脈沖寬度是可以調(diào)整的，則電扇的額定轉(zhuǎn)速也是可以調(diào)整的。如果由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的單穩(wěn)態(tài)脈沖的寬度調(diào)整是通過與溫度有關(guān)的部件實(shí)現(xiàn)的，則與溫度有關(guān)的電扇額定轉(zhuǎn)速的調(diào)整也是可能的。
下面借助于附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)一步加以闡述。其中，

圖1示出根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行電扇轉(zhuǎn)速調(diào)整的一個(gè)原理性電路布局。
圖2示出圖1所示電路布局在不同點(diǎn)上幾種基本的電壓分布。
圖1所示的電路布局示出了一個(gè)由電壓UI供電的電扇V。在電扇V的接線端一側(cè)有一個(gè)與電扇V串聯(lián)的串聯(lián)電阻RS，而RS的另一端與供電電壓Ub連接。在電扇V的另一接線端一側(cè)有一個(gè)放大器電路T同樣與電扇V串聯(lián)。按照此實(shí)施例，在放大器電路T中涉及一個(gè)pnp晶體管，其發(fā)射極接線端與電扇V相連，其集電極接線端與電路布局的接地參照點(diǎn)相連，而其基極接線端與存儲(chǔ)器元件Cg相連。此晶體管基極接線端由電壓Ug供電。存儲(chǔ)器元件Cg與電路布局的接地參照點(diǎn)連接。在本實(shí)施例中此存儲(chǔ)元件是由一個(gè)電容器形成的。
與電路布局的接地參照點(diǎn)相連接的一個(gè)分析電路AS并聯(lián)到串聯(lián)電阻RS上。電壓躍變Uin加在其一個(gè)輸入端上，而供電電壓Ub加在其另一個(gè)輸入端上。信號(hào)Ust加在此分析電路的輸出端。分析電路AS的輸出端與脈沖發(fā)生電路IS的輸入端相連。脈沖發(fā)生電路IS接到供電電壓Ub上。此外，脈沖發(fā)生電路IS與此電路布局的參考地電位相連。此外，脈沖發(fā)生電路IS還與電容器(Ct)和電阻(Rth)有關(guān)的元件Ct和Rth相連。
脈沖發(fā)生電路IS的輸出端經(jīng)過一個(gè)非對(duì)稱電阻電路R1，R2和D與用作放大器電路T的晶體管的基極接線端相連。在非對(duì)稱電阻電路R1，R2和D中涉及兩個(gè)電阻(R1，R2)的并聯(lián)，其中，電阻R1的一端與R2的另一端通過一種可能的整流去耦電路方式工作的二極管相連。
為了采集電扇V的轉(zhuǎn)速而分析電扇V的輸入電流值。在電扇轉(zhuǎn)子每旋轉(zhuǎn)一周，則勵(lì)磁線圈根據(jù)轉(zhuǎn)子所處的位置而多次接通和斷開。這些開關(guān)過程作為輸入電流內(nèi)具有較大斜率的電流躍變是可以識(shí)別的，并且通過串聯(lián)電阻RS轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷很S變Uin。在分析電路AS中，在高通濾波和信號(hào)形成之后，以信號(hào)Ust形式的電壓躍變Uin可以作為轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)的代用信號(hào)使用。信號(hào)Ust作為起動(dòng)脈沖連接到脈沖發(fā)生電路IS上，其中它涉及一個(gè)所謂的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器對(duì)每一個(gè)起動(dòng)脈沖產(chǎn)生一個(gè)給定寬度的脈沖。這個(gè)脈沖的寬度由元件Ct和Rth確定。
在脈沖發(fā)生電路IS的輸出端上，存儲(chǔ)元件Cg經(jīng)過非對(duì)稱電阻電路R1，R2，D而受到控制，此存儲(chǔ)元件同時(shí)使輸出脈沖平滑，并且對(duì)電扇脈沖的額定周期時(shí)間的偏離將通過非對(duì)稱電阻電路加以放大。由另一個(gè)電阻R2去耦的非對(duì)稱電阻電路R1，R2，D的電阻值R1選擇得要比R2顯著的小，由此實(shí)現(xiàn)放大特性。在信號(hào)Ust的脈沖頻率有限降低的情況下，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖之間的間歇增大了，并且經(jīng)過電阻R1對(duì)存儲(chǔ)元件Cg放電。在存儲(chǔ)元件Cg上出現(xiàn)的電壓Ug表示了電扇轉(zhuǎn)速與由單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)脈沖寬度決定的額定轉(zhuǎn)速偏離的一種量度。
為了接通調(diào)整電路，這個(gè)電壓經(jīng)過一個(gè)或兩個(gè)晶體管接到電扇V上。
以下針對(duì)圖2進(jìn)行討論。
時(shí)間間隔T4-T6表示了在過高轉(zhuǎn)速情況下的運(yùn)行。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器再次觸發(fā)，就是說時(shí)間間隔t4-t5小于例如時(shí)間間隔t2-t3。電壓Ug緩慢上升，而電壓UI下降。因此電扇轉(zhuǎn)速重新下降到額定值。
時(shí)間間隔t10-t12表示了在過低轉(zhuǎn)速情況下的運(yùn)行。在經(jīng)過由元件Ct和Rth預(yù)定的時(shí)間之后單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器跳回至0V。存儲(chǔ)元件Cg加速放電，直到下一電扇脈沖到達(dá)，即在信號(hào)Ust中的下一個(gè)脈沖到達(dá)為止。于是電壓Ug降低，而電壓UI上升，電扇V重新加速，以便達(dá)到額定轉(zhuǎn)速。
電壓Ug和UI的波紋以及時(shí)間間隔與額定值的偏離為表達(dá)清楚而在圖2的圖中描繪得比運(yùn)行時(shí)正常方式出現(xiàn)的大。
電扇調(diào)整電路保證了電扇始終可靠的起動(dòng)并且在運(yùn)行時(shí)也可以不停留在制造商擔(dān)保的最低運(yùn)行電壓之下。對(duì)此負(fù)有責(zé)任的是在上述情況下起動(dòng)脈沖失效，單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器使濾波電容器移向較低的電壓并且因此使電扇上的電壓重新上升。
為了使轉(zhuǎn)速可調(diào)，單穩(wěn)態(tài)脈沖觸發(fā)器的脈沖寬度必須改變。這一點(diǎn)可以例如經(jīng)過決定時(shí)間元件的變化(例如電阻Rth的變化)來實(shí)現(xiàn)。如果此電阻采用隨溫度變化的電阻，則因此可以實(shí)現(xiàn)通過溫度變化控制電扇的轉(zhuǎn)速調(diào)整。
權(quán)利要求
1.電扇調(diào)整方法，以電扇輸入電流曲線形狀為依據(jù)引出若干控制脈沖作為轉(zhuǎn)速表信號(hào)的代用信號(hào)，其中，在由給定的電扇額定轉(zhuǎn)速出發(fā)引出的控制脈沖形成一個(gè)信號(hào)，此信號(hào)對(duì)每一個(gè)控制脈沖，在這樣一種調(diào)整中呈現(xiàn)一個(gè)有相同寬度和間歇的、可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)脈沖，使得這種脈沖相對(duì)于脈沖寬度和隨后的一個(gè)間歇之和按數(shù)量級(jí)計(jì)大于90％，其中，此信號(hào)用于影響存儲(chǔ)元件的充電狀態(tài)，即用信號(hào)一個(gè)各自的可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)脈沖和隨后的一個(gè)間歇以放電速度遠(yuǎn)大于充電速度的方式對(duì)存儲(chǔ)元件進(jìn)行非對(duì)稱充、放電，其中將此存儲(chǔ)元件充電狀態(tài)的變化作為控制量用于電扇的調(diào)整。
2.調(diào)整電扇(V)的電路布局配置有一個(gè)分析電路(AS)，用于從電扇(V)的輸入電流曲線形狀引出若干控制脈沖，作為轉(zhuǎn)速表信號(hào)的代用信號(hào)，以便借助于控制脈沖的時(shí)間間隔來調(diào)整電扇(V)的工作狀態(tài)，這里安排了一個(gè)脈沖發(fā)生電路(IS)，它從各自的控制脈沖產(chǎn)生各個(gè)寬度相等的、可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)脈沖，其結(jié)果是在電扇(V)調(diào)整的穩(wěn)定狀態(tài)下給出一個(gè)由其間存在間歇的單穩(wěn)態(tài)脈沖構(gòu)成的信號(hào)(Um)采用下列調(diào)整，即此脈沖寬度相對(duì)于脈沖寬度和隨后的一個(gè)間歇之和按數(shù)量級(jí)計(jì)大于90％，這里還安排了促使放電顯著快于充電的非對(duì)稱電阻電路(R1、R2，D)，此電路置于脈沖發(fā)生電路(IS)和存儲(chǔ)元件(Cg)之間，并且其中安排了一個(gè)放大電路(T)，此放大電路連接到存儲(chǔ)元件(Cg)上，此外，這個(gè)放大電路(T)與電扇(V)這樣連接，即作為不均勻快速運(yùn)行電扇(V)的結(jié)果，存儲(chǔ)元件(Cg)的充電狀態(tài)變化以這樣的符號(hào)影響電扇(V)的輸入電流，使得存儲(chǔ)元件(Cg)相應(yīng)的充電狀態(tài)變化以相反方向進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路布局，其特征在于，脈沖發(fā)生電路(IS)連接到元件(Ct，Rth)上，以此可以實(shí)現(xiàn)對(duì)可再觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)脈沖寬度的調(diào)整。
全文摘要
本文提出一種適用于例如在電源內(nèi)冷卻其內(nèi)部部件的電扇控制方法和電路布局，這個(gè)方法和電路布局從來自電扇輸入電流的控制脈沖Ust出發(fā)按如下方式實(shí)施控制，即通過把控制脈沖Ust轉(zhuǎn)變?yōu)閱畏€(wěn)態(tài)脈沖(Um)，并且通過非對(duì)稱電阻電路(R4，R2)讓它們對(duì)存儲(chǔ)元件(Cg)充、放電，存儲(chǔ)元件的充電狀態(tài)是對(duì)電扇(V)控制的一種量度。
文檔編號(hào)H02P6/06GK1163022SQ95196154
公開日1997年10月22日 申請(qǐng)日期1995年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月20日
發(fā)明者J·亞丹, P·布希 申請(qǐng)人:西門子尼克斯多夫資訊系統(tǒng)公開股份有限公司