CN212969493U - 一种交流风扇无极调速的控制*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电子电器领域，涉及一种交流风扇无极调速的控制***,包括：风扇马达、用于驱动所述风扇马达运行的驱动电路、用于将交流电转换为直流电的AC‑DC转换电路、过零检测电路、拨码开关电路及单片机，所述风扇马达驱动电路与所述风扇马达电连接，且所述风扇马达驱动电路与所述单片机电连接，所述AC‑DC转换电路与所述风扇马达驱动电路电连接，所述过零检测电路与所述AC‑DC转换电路电连接，且所述过零检测电路与所述单片机电连接，所述拨码开关电路与所述单片机电连接。其优点在于，控制单片机输出PWM波形，使得PWM波形不同的占空比就可以调节不同的风扇速度，在降低成本的前提下，能够有效降低风扇产生的噪音，并且还能够更加方便对电扇进行控制。

Description

一种交流风扇无极调速的控制***

技术领域

本实用新型属于电子电器领域，涉及一种交流风扇无极调速的控制***。

背景技术

随着人们生活水平不断提高，对生活质量有了新的要求，很多东西都向着自动化和智能化方向发展，就简单的一台电风扇都应具有大风量和大调速比的特性，交流风扇在工作时通过交流电源来驱动的，由于电源电压会正负交变，完全不依靠电路控制，从而产生磁场，电源频率固定，硅钢片产生的磁极变化速度，这是由电源频率决定的，频愈高磁场切换速度愈快，理论上转速会愈快。但是，当电源频率过快时就会造成交流风扇启动困难。目前交流风扇主要通过以下的集中方式调速：

1、采用串电容方式，但是交流调速时只有有限的独定挡位，比如3档，5档等，但是这种风扇的体机较大；

2、采用串电感的方式，但是这种电扇不仅挡位有限，而且体机也较大；

3、采用双向可控硅调试，但是这种风扇工作过程中不仅波形变形严重，而且噪音也大

4、使用MOS桥式驱动电扇运行，但是这种电扇的整体成本较高。

发明内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种交流风扇无极调速的控制***，只需要控制单片机输出PWM波形，使得PWM波形不同的占空比就可以调节不同的风扇速度，在降低成本的前提下，能够有效降低风扇产生的噪音，并且还能够更加方便对电扇进行控制。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种交流风扇无极调速的控制***,包括：风扇马达、用于驱动所述风扇马达运行的驱动电路、用于将交流电转换为直流电的AC-DC转换电路、过零检测电路、拨码开关电路及单片机U1，所述风扇马达驱动电路与所述风扇马达电连接，且所述风扇马达驱动电路与所述单片机U1电连接，所述AC-DC转换电路与所述风扇马达驱动电路电连接，所述过零检测电路与所述AC-DC转换电路电连接，且所述过零检测电路与所述单片机U1电连接，所述拨码开关电路与所述单片机U1电连接。

进一步的，所述驱动电路包括：整流器QL、第一二极管D1、IGBT模块、第一驱动芯片U2及第二二极管D2，所述整流器QL的第一交流电输入端与市电的L端连接，所述整流器QL的正电输出端与所述IGBT模块的集电极连接，所述IGBT模块的发射极接地，所述第一二极管D1的负极与所述整流器QL的正电输出端电连接，所述第一二极管D1的正极与所述IGBT模块的发射极连接，且所述整流器QL的负电输出端接地，所述整流器QL的第二交流电输入端与市电的N端连接，所述 IGBT模块的G极通过第一电阻R1与所述第一驱动芯片U2的LO引脚电连接，所述第一驱动芯片U2的LIN引脚通过第二电阻R2与所述单片机U1连接，所述驱动电路还包括第一电容C1及第二二极管D2，所述第一电容C1的一端与所述第一驱二极管D1的负极连接，所述第一电容C1的另一端与所述第一驱二极管D1的正极连接，所述第二二极管D2的正极与所述IGBT模块的G极连接，所述第二二极管D2的负极与所述第一驱动芯片U2的LO引脚电连接，所述风扇马达连接在所述市电的L端与所述市电N端之间。

进一步的，所述驱动电路还包括：第二电容C2，所述第二电容C2的一端连接于第一二极管D1与IGBT模块发射极连接处的节点，所述第二电容C2的另一端连接于第二二极管D2与IGBT模块G极连接处的节点。

进一步的，所述单片机U1包括：PWM引脚及ZERO引脚，所述PWM引脚与所述第一驱动芯片U2的LIN引脚连接，所述ZERO引脚与所述过零检测电路连接。

进一步的，所述过零检测电路包括：第三二极管D3及三极管Q1，所述第三二极管D3的负极与所述三极管Q1的基极连接，所述第三二极管D3的正极接地，所述三极管Q1的发射极与所述第三二极管D3的正极连接，所述三极管Q1的集电极连接有第三电阻R3，且所述ZERO引脚连接在所述Q1的集电极与第三电阻R3之间，所述AC-DC转换电路的AC-ZERO端通过第四电阻R4连接于所述第三二极管D3的负极与所述三极管Q1的基极连接处的节点。

进一步的，所述拨码开关电路包括不少于五位的拨码开关S1，所述拨码开关电路的电路构成是：不少于五位的拨码开关S1为一端的引脚共地，另一端的每个引脚分别连接在所述单片机U1的相对应的多个引脚上，且拨码开关S1的每个引脚与单片机U1的每个引脚之间均还连接有一个下拉电阻，每个下拉电阻的一端连接于拨码开关S1的引脚与单片机U1的引脚之间，每个下拉电阻的另一端接地。

进一步的，所述市电的 N端与所述整流器QL的负电输出端之间还连接有第五电阻R5，所述第五电阻R5的两端还并联有压力压敏电阻。

进一步的，所述IGBT模块包括IGBT开关，且所述IGBT开关使用时的频率大于20KHz。

本实用新型的有益效果：

将驱动电路、AC-DC转换电路、过零检测电路、拨码开关电路及单片机U1相结合，通过单片机U1输出PWM信号来控制IGBT开关开通或关断时的占空比，从而达到调节风扇速度的目的，实现在降低成本的前提下，能够有效降低风扇产生的噪音，并且还能够更加方便对电扇进行控制；通过设置第一驱动芯片U2，并且将第一驱动芯片U2与单片机U1连接，单片机U1将PWM信号传递至驱动电路时，能够通过第一驱动芯片U2驱动IGBT开关，从而保证IGBT开关能够开通或关断。

附图说明

附图1是本实用新型驱动电路的示意图；

附图2是本实用新型单片机的示意图；

附图3是本实用新型拨码开关电路的示意图；

附图4是本实用新型过零检测电路的示意图；

附图5是本实用新型AC-DC转换电路的示意图；

附图6是本实用新型的原理图；

附图7是本实用新型电网电压的波形示意图；

附图8是本实用新型马达的电压波形示意图；

附图9是本实用新型IGBT开关的波形示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参考附图1~附图9，一种交流风扇无极调速的控制***,包括：风扇马达、用于驱动风扇马达运行的驱动电路、用于将交流电转换为直流电的AC-DC转换电路、过零检测电路、拨码开关电路及单片机U1，风扇马达驱动电路与风扇马达电连接，且风扇马达驱动电路与单片机U1电连接，AC-DC转换电路与风扇马达驱动电路电连接，其中，过零检测电路用于检测所述交流输入端输入的交流电源信号的过零点，过零检测电路与AC-DC转换电路电连接，且过零检测电路与单片机U1电连接，拨码开关电路与单片机U1电连接，具体的，AC-DC转换电路通过过零检测电路与单片机U1连接，使得AC-DC转换电路能够为单片机提供工作电压，本实施例中，单片机工作时的电压为5V。

上述实施例中，驱动电路包括：整流器QL、第一二极管D1、IGBT模块、第一驱动芯片U2及第二二极管D2，整流器QL的第一交流电输入端与市电的L端连接，整流器QL的正电输出端与IGBT模块的集电极连接，IGBT模块的发射极接地，第一二极管D1的负极与整流器QL的正电输出端电连接，第一二极管D1的正极与IGBT模块的发射极连接，且整流器QL的负电输出端接地，整流器QL的第二交流电输入端与市电的N端连接， IGBT模块的G极通过第一电阻R1与第一驱动芯片U2的LO引脚电连接，第一驱动芯片U2的LIN引脚通过第二电阻R2与单片机U1连接，驱动电路还包括第一电容C1及第二二极管D2，第一电容C1的一端与第一驱二极管D1的负极连接，第一电容C1的另一端与D1的正极连接，第二二极管D2的正极与IGBT模块的G极连接，第二二极管D2的负极与第一驱动芯片U2的LO引脚电连接，风扇马达连接在市电的L端与市电N端之间,驱动电路还包括：第二电容C2，第二电容C2的一端连接于第一二极管D1与IGBT模块发射极连接处的节点，第二电容C2的另一端连接于第二二极管D2与IGBT模块G极连接处的节点,实施例中，第一电容C1的容量为0.1uF，第二电容C2的容量为10nF。

上述实施例中，单片机U1包括：PWM引脚及ZERO引脚，PWM引脚与第一驱动芯片U2的LIN引脚连接，ZERO引脚与过零检测电路连接。

工作时，单片机U1的PWM引脚输出的PWM波形先进第一驱动芯片U2，通过放大及电压匹配后，由U3的LO引脚经过第一电阻R1送到IGBT 开关的G极，从而控制IGBT模块的IGBT开关开通或关断。

上述实施例中，过零检测电路包括：第三二极管D3及三极管Q1，第三二极管D3的负极与三极管Q1的基极连接，第三二极管D3的正极接地，三极管Q1的发射极与第三二极管D3的正极连接，三极管Q1的集电极连接有第三电阻R3，且ZERO引脚连接在三极管Q1的集电极与第三电阻R3之间，AC-DC转换电路的AC-ZERO端通过第四电阻R4连接于第三二极管D3的负极与三极管Q1的基极连接处的节点。

上述实施例中，拨码开关电路包括不少于五位的拨码开关S1，拨码开关电路的电路构成是：不少于五位的拨码开关S1为一端的引脚共地，另一端的每个引脚分别连接在单片机U1的相对应的多个引脚上，且拨码开关S1的每个引脚与单片机U1的每个引脚之间均还连接有一个下拉电阻，每个下拉电阻的一端连接于拨码开关S1的引脚与单片机U1的引脚之间，每个下拉电阻的另一端接地。

上述实施例中，市电的 N端与整流器QL的负电输出端之间还连接有第五电阻R5，第五电阻R5的两端还并联有压力压敏电阻VDR。

上述实施例中，IGBT模块包括IGBT开关，且IGBT开关使用时的频率大于20KHz，将IGBT开关的开关频率控制在20Khz以上，使得开关频率超过人耳能听到的范围。

工作原理： AC220V交流电通过L线和N线输入、风扇马达接入交流回路、整流器QL接入电路及将IGBT开关接入电路中的直流部分，实现对电路进行快速开关调压，在交流电供电正半周时，电流依次通过马达、整流器QL的第四二极管D4、IGBT开关、整流器QL的第七二极管D7形成电流回路，在交流电供电负半周时，电流依次经过整流器QL的第五二极管D5、IGBT开关、整流器QL的第六二极管D6及马达形成电流回路。

以上的实施例，只是本实用新型的较优选的具体方式之一，本领域的技术员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims (8)

1.一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，包括：风扇马达、用于驱动所述风扇马达运行的驱动电路、用于将交流电转换为直流电的AC-DC转换电路、过零检测电路、拨码开关电路及单片机（U1），所述风扇马达驱动电路与所述风扇马达电连接，且所述风扇马达驱动电路与所述单片机（U1）电连接，所述AC-DC转换电路与所述风扇马达驱动电路电连接，所述过零检测电路与所述AC-DC转换电路电连接，且所述过零检测电路与所述单片机（U1）电连接，所述拨码开关电路与所述单片机（U1）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述驱动电路包括：整流器（QL）、第一二极管（D1）、IGBT模块、第一驱动芯片（U2）及第二二极管（D2），所述整流器（QL）的第一交流电输入端与市电的L端连接，所述整流器（QL）的正电输出端与所述IGBT模块的集电极连接，所述IGBT模块的发射极接地，所述第一二极管（D1）的负极与所述整流器（QL）的正电输出端电连接，所述第一二极管（D1）的正极与所述IGBT模块的发射极连接，且所述整流器（QL）的负电输出端接地，所述整流器（QL）的第二交流电输入端与市电的N端连接，所述 IGBT模块的G极通过第一电阻（R1）与所述第一驱动芯片（U2）的LO引脚电连接，所述第一驱动芯片（U2）的LIN引脚通过第二电阻（R2）与所述单片机（U1）连接，所述驱动电路还包括第一电容（C1）及第二二极管（D2），所述第一电容（C1）的一端与所述第一二极管（D1）的负极连接，所述第一电容（C1）的另一端与所述第一二极管（D1）的正极连接，所述第二二极管（D2）的正极与所述IGBT模块的G极连接，所述第二二极管（D2）的负极与所述第一驱动芯片（U2）的LO引脚电连接，所述风扇马达连接在所述市电的L端与所述市电的N端之间。

3.根据权利要求2所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述驱动电路还包括：第二电容（C2），所述第二电容（C2）的一端连接于第一二极管（D1）与IGBT模块发射极连接处的节点，所述第二电容（C2）的另一端连接于第二二极管（D2）与IGBT模块G极连接处的节点。

4.根据权利要求2或3所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述单片机（U1）包括：PWM引脚及ZERO引脚，所述PWM引脚与所述第一驱动芯片（U2）的LIN引脚连接，所述ZERO引脚与所述过零检测电路连接。

5.根据权利要求4所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述过零检测电路包括：第三二极管（D3）及三极管（Q1），所述第三二极管（D3）的负极与所述三极管（Q1）的基极连接，所述第三二极管（D3）的正极接地，所述三极管的发射极与所述第三二极管（D3）的正极连接，所述三极管（Q1）的集电极连接有第三电阻（R3），且所述ZERO引脚连接在所述三极管（Q1）的集电极与第三电阻（R3）之间，所述AC-DC转换电路的AC-ZERO端通过第四电阻（R4）连接于所述第三二极管（D3）的负极与所述三极管（Q1）的基极连接处的节点。

6.根据权利要求5所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述拨码开关电路包括不少于五位的拨码开关（S1），所述拨码开关电路的电路构成是：不少于五位的拨码开关（S1）为一端的引脚共地，另一端的每个引脚分别连接在所述单片机（U1）的相对应的多个引脚上，且拨码开关（S1）的每个引脚与单片机（U1）的每个引脚之间均还连接有一个下拉电阻，每个下拉电阻的一端连接于拨码开关的引脚与单片机（U1）的引脚之间，每个下拉电阻的另一端接地。

7.根据权利要求2所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述市电的N端与所述整流器（QL）的负电输出端之间还连接有第五电阻（R5），所述第五电阻（R5）的两端还并联有压力压敏电阻（VDR）。

8.根据权利要求2所述的一种交流风扇无极调速的控制***,其特征在于，所述IGBT模块包括IGBT开关（Q2），且所述IGBT开关（Q2）使用时的频率大于20KHz。

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