CN221058156U - 一种调速电路及直流风扇 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电机控制技术领域，尤其涉及一种调速电路及直流风扇，所述调速电路包括：驱动模块，输入端与电压信号输入端电性连接；用于接收并转换输入的电压信号；降压模块，与所述驱动模块的输出端电性连接，用于将转换后的输入电压信号降压后输出。在本申请提供的调速电路中通过少量的器件之间的连接构成电路架构，使得电路简单易于搭建，降低了电路布局难度。

Description

一种调速电路及直流风扇

技术领域

本申请涉及电机技术领域，尤其是涉及一种调速电路及直流风扇。

背景技术

散热风扇在电子电气设备中承担强迫散热功能，可以提高散热效率，减小散热器体积，降低设备成本。散热风扇在运行中会损耗电能，以及产生噪音。因此，人们就考虑通过调速来优化风扇的运行状态，以使其既达到所需的散热效果，又不至于一直全速运转，而损耗电能和产生很大的噪音。

然而现有的风扇调速电路结构复杂，电器元件数量多、电路布局困难。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种调速电路及直流风扇，以简化调速电路、降低电路布局难度。

第一方面，本申请实施例提供了一种调速电路，包括：

驱动模块，输入端与电压信号输入端电性连接；用于接收并转换输入的电压信号；

降压模块，与所述驱动模块的输出端电性连接，用于将转换后的电压信号降压后输出。

做为一种可实施的方式，所述降压模块包括：

第一电容，正极与输入电压连接，负极接地；

第一MOS管，源极与输入电压和第一电容正极连接，漏极与电感元件串联后与输出端连接；栅极与所述驱动模块电性连接；

电感元件，一端与所述第一MOS管的漏极电性连接，另一端与输出端电性连接；

第二电容，正极与电感元件和输出端电性连接，负极接地；

第一二极管，正极与所述第二电容的负极连接，负极与第一MOS管的漏极连接。

做为一种可实施的方式，所述降压模块的输出端与直流风扇电性连接。

做为一种可实施的方式，所述驱动模块包括：电平转换模块和传导模块；

所述电平转换模块的一端与电压信号输入端，另一端与所述传导模块电性连接，所述电平转换模块用于转换所述电压信号输入端的输入电压；

所述传导模块的一端与所述电平转换模块连接，另一端与所述降压模块连接，用于将转换后的输入电压传导至所述降压模块以驱动所述降压模块。

做为一种可实施的方式，所述电平转换模块包括：

第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述传导模块连接，所述第一三极管的发射极接地；

第三电阻，所述第三电阻的一端与电压信号输入端电性连接，另一端与所述第一三极管的基极连接；

第三电容，与所述第三电阻并联。

做为一种可实施的方式，所述传导模块包括：

第二三极管，所述第二三极管的集电极与所述第一MOS管的源极电性连接；

第一电阻，一端与所述第二三极管的基极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接后与所述第一MOS管的源极连接；

第二二极管，正极与所述第二三极管的发射极连接，负极与所述第二三极管的基极连接；

第二电阻，一端与所述第二三极管的发射极连接，另一端与所述第一MOS管的栅极连接。

做为一种可实施的方式，所述电路还包括限流模块，与所述降压模块电性连接，用于在所述降压模块电流量过大时阻断所述降压模块。

做为一种可实施的方式，所述第一三极管、所述第二三极管替换为P沟道MOS管。

本申请实施例第二方面提供一种直流风扇，包括上述的调速电路。

做为一种可实施的方式，该直流风扇包括风扇本体和驱动部，所述驱动部与所述电路的输出端电性连接。

本申请实施例带来了以下有益效果：

本申请提供了一种调速电路及直流风扇，所述调速电路包括：驱动模块，输入端与电压信号输入端电性连接；用于接收并转换输入的电压信号；降压模块，与所述驱动模块的输出端电性连接，用于将转换后的输入电压信号降压后输出；所述降压模块包括：第一电容，正极与输入电压连接，负极接地；第一MOS管，源极与输入电压和第一电容正极连接，漏极与电感元件串联后与输出端连接；栅极与所述驱动模块电性连接；电感元件，一端与所述第一MOS管的漏极电性连接，另一端与输出端电性连接；第二电容，正极与电感元件和输出端电性连接，负极接地；第一二极管，正极与所述第二电容的负极连接，负极与第一MOS管的漏极连接。

在本申请提供的调速电路中通过少量的器件之间的连接构成电路架构，使得电路简单易于搭建，降低了电路布局难度。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施提供的调速电路架构图。

附图标记如下：

21-第一电容、22-第一MOS管、23-电感元件、24-第二电容、25-第一二极管、31-第一三极管、32-第三电阻、33-第三电容、41-第二三极管、42-第一电阻、43-第二二极管、44-第二电阻。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本实施例进行理解，下面先对本申请涉及的技术用于进行简单介绍。

直流风扇是通过直流电压和电磁感应由电能转化为电磁能，再由电磁能转化为机械能，最后转化为动能从而使扇叶转动的散热风扇。常规的直流风扇主要由转子、定子、电机、外框这四部分构成。其核心部件是定子跟转子，通过安培右手定则，当导体通过电流，周围会产生磁场，若将此导体置于另一固定磁场中，则产生吸力或斥力从而造成物体移动。在直流风扇的扇叶内部，附着一实现充有磁性如橡胶磁铁，管绕着硅钢片，周鑫部分缠绕两组线圈，并使用霍尔感应组件作为同步侦测装置控制一组电路，该电路使缠绕轴心的两组线圈轮流工作，使硅钢片产生不同磁极，此磁极与橡胶磁铁产生吸斥力。当吸斥力大于风扇的静摩擦力时，扇叶转动。由于霍尔感应组件提供同步信号，扇叶因此得以持续运转，至于其运转方向，可以佛莱明右手定则决定。

脉宽调制(PWM)基本原理：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等但宽度不一致的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的。对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波。

在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可，因此在交－直－交变频器中，PWM逆变电路输出的脉冲电压就是直流侧电压的幅值。

根据上述原理，在给出了正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来。按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形。图1为变频器输出的PWM波的实时波形。

在介绍了本申请涉及的技术述语之后，下面对本申请实施例的应用场景进行简要说明。

散热风扇在电子电气设备中承担强迫散热功能，可以提高散热效率，减小散热器体积，降低设备成本。散热风扇在运行中会损耗电能，以及产生噪音。因此，人们就考虑通过调速来优化风扇的运行状态，以使其既达到所需的散热效果，又不至于一直全速运转，而损耗电能和产生很大的噪音。然而现有的风扇调速电路结构复杂，电器元件数量多、电路布局困难。

为了解决上述技术问题，结合图1所示，本申请提出一种调速电路，包括：驱动模块和降压模块。

驱动模块的输出端与电压信号输入端连接；用于接收并转换输入的电压信号；

降压模块与驱动模块的输出端电性连接，用于将转换后的电压信号降压后输出。

本申请实施例提供的调速电路，通过少量的器件之间的连接构成为直流风扇的调速电路架构，使得电路简单易于搭建，降低了电路布局难度。

结合图1所示该电压信号输入端(PWM-IN)接收PWM电压信号，做为一种实施方式，PWM-IN与3.3V的控制模块(MCU)管脚连接，并受控制模块直接驱动。

做为一种可实施的方式，降压模块包括：第一电容21、第一MOS管22、电感元件23、第二电容24、第一二极管25。

第一电容21的正极与输入电压连接，负极接地。

第一MOS管22的源极(S极)与输入电压和第一电容21正极连接，漏极(D极)与电感元件23串联后与输出端连接；栅极(G极)与驱动模块电性连接。

电感元件23的一端与第一MOS管22的漏极(D极)电性连接，另一端与输出端电性连接。

第二电容24的正极与电感元件23和输出端电性连接，负极接地。

第一二极管25的正极与第二电容24的负极连接，负极与第一MOS管22的漏极连接。

在本申请实施例中，通过电容、MOS管、电感元件这样较为普遍使用的电器元件，通过如图1所示的电路架构图进行电路连接，成本低、电路搭建难度低，同时还实现了对直流风扇调速的作用，当信号输入端有PWM信号输入时，降压模块就会根据输入的信号占空比在输出端产生对应的电压输出给与输出端连接的风扇，风扇便会以相应的转速运转，从而根据输出端输出的电压不同达到对风扇调速的目的。

具体的工作原理如下：

当电压信号输入端(PWM-IN)信号为高电平时，第一三级管31导通，第一三极管31的1脚变为低电平，第二三极管41关闭，同时，第一MOS管22的栅极通过第二二极管43和第二电阻44被拉低，第一MOS管22导通，第一二极管25承受反压关断，12V电压通过电感元件23和第二电容24滤波后供给风扇。

当电压信号输入端(PWM-IN)信号为低电平时，第一三级管31关闭，第一三极管31的1脚变为高电平，第二二极管43关断同时，第二三极管41导通。第一MOS管22的栅极通过第二电阻44、第二三极管41放电，第一MOS管22关闭，第一二极管25导通为电感续流，第二电容24存储能连供给风扇供电。

做为一种可实施的方式，降压模块的输出端与直流风扇电性连接。这样，通过对输入PWM信号的转化后降压处理后输出给直流风扇，从而达到为直流风扇调速的目的。

做为一种可实施的方式，驱动模块包括：电平转换模块和传导模块。

电平转换模块的一端与电压信号输入端(图中PWM-IN端)，另一端与传导模块电性连接，电平转换模块用于转换PWM输入电压。

传导模块的一端与电平转换模块连接，另一端与降压模块连接，用于将转换后的电压传导至降压模块以驱动降压模块。

做为一种可实施的方式，电平转换模块包括：第一三极管31(结合图1中的Q3)、第三电阻32(结合图1中的R3)和第三电容33。

第一三极管31的集电极与传导模块连接，第一三极管31的发射极接地；

第三电阻32的一端与电压信号输入端电性连接，另一端与第一三极管31的基极连接。

通过电平转换模块将电压信号输入端(PWM-IN)输入的PWM信号转换为高电平。

第三电容33与第三电阻32并联。用于加快第一三极管的开关速度。

具体的，当PWM_In信号突然变为高时，瞬态电流通过电容33流向Q3的基极，加速Q3的导通。当PWM_In信号突然变为低时，基极存储的电荷将通过电容33快速释放，加速Q3的关断。

做为一种可实施的方式，传导模块包括：第二三极管41、第一电阻42、第二二极管43、第二电阻44。

第二三极管41的集电极与第一MOS管22的源极电性连接。

第一电阻42的一端与第二三极管41的基极连接，另一端与第二三极管41的集电极连接后与第一MOS管22的源极连接。

第二二极管43的正极与第二三极管41的发射极连接，负极与第二三极管41的基极连接。

第二电阻44的一端与第二三极管41的发射极连接，另一端与第一MOS管22的栅极连接。

结合图1所述的电路架构图，在电压信号端PWM信号输入后经电平转换模块转换后经由传导模块传导并驱动降压模块对电压信号讲义处理后输出，在此过程中，简单的电路架构易于电路布局，且由第二三极管和第二二极管构成的驱动电路替代了传统的图腾柱电路，简化电路的同时，由于二极管的开关速度一般远快于三极管的开关速度，更提高了P沟道MOS管(第一MOS管22)驱动的速度。从而使得直流风扇调速过程更为灵敏。

做为一种可实施的方式，该电路还包括限流模块(图中未示出)，用以在电流量过大时阻断降压模块与输出端的电性连接，提供过流保护功能，在此不加以赘述。

做为一种可实施的方式，第一三极管31、第二三极管41可以替换为P沟道MOS管。

本申请第二方面提供一种直流风扇，包括上述的调速电路。

做为一种可实施的方式，该直流风扇包括风扇本体和驱动部，驱动部与电路的输出端电性连接。该驱动部为电机，通过上述电路输出电压实现调节电机运行功率从而调节直流风扇的运转速度。

需要说明的是，本申请中提及的“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样的用语在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的***和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

另外，在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种调速电路，其特征在于，包括：

驱动模块，输入端与电压信号输入端电性连接；用于接收并转换输入的电压信号；

降压模块，与所述驱动模块的输出端电性连接，用于将转换后的电压信号降压后输出；

所述降压模块包括：第一电容，正极与输入电压连接，负极接地；第一MOS管，源极与输入电压和第一电容正极连接，漏极与电感元件串联后与输出端连接；栅极与所述驱动模块电性连接；电感元件，一端与所述第一MOS管的漏极电性连接，另一端与输出端电性连接；第二电容，正极与电感元件和输出端电性连接，负极接地；第一二极管，正极与所述第二电容的负极连接，负极与第一MOS管的漏极连接。

2.根据权利要求1所述的调速电路，其特征在于，所述降压模块的输出端与直流风扇电性连接。

3.根据权利要求1所述的调速电路，其特征在于，所述驱动模块包括：电平转换模块和传导模块；

所述电平转换模块的一端与电压信号输入端，另一端与所述传导模块电性连接，所述电平转换模块用于转换所述电压信号输入端的输入电压；

所述传导模块的一端与所述电平转换模块连接，另一端与所述降压模块连接，用于将转换后的输入电压传导至所述降压模块以驱动所述降压模块。

4.根据权利要求3所述的调速电路，其特征在于，所述电平转换模块包括：

第一三极管，所述第一三极管的集电极与所述传导模块连接，所述第一三极管的发射极接地；

第三电阻，所述第三电阻的一端与电压信号输入端电性连接，另一端与所述第一三极管的基极连接；

第三电容，与所述第三电阻并联。

5.根据权利要求4所述的调速电路，其特征在于，所述传导模块包括：

第二三极管，所述第二三极管的集电极与所述第一MOS管的源极电性连接；

第一电阻，一端与所述第二三极管的基极连接，另一端与所述第二三极管的集电极连接后与所述第一MOS管的源极连接；

第二二极管，正极与所述第二三极管的发射极连接，负极与所述第二三极管的基极连接；

第二电阻，一端与所述第二三极管的发射极连接，另一端与所述第一MOS管的栅极连接。

6.根据权利要求1所述的调速电路，其特征在于，所述电路还包括限流模块，与所述降压模块电性连接，用于在所述降压模块电流量过大时阻断所述降压模块。

7.根据权利要求5所述的调速电路，其特征在于，所述第一三极管、所述第二三极管替换为P沟道MOS管。

8.一种直流风扇，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的调速电路。

9.根据权利要求8所述的直流风扇，其特征在于，包括风扇本体和驱动部，所述驱动部与所述电路的输出端电性连接。