專利名稱：多功能調(diào)速調(diào)光pwm控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及直流電機(jī)PWM調(diào)速控制以及燈光PWM調(diào)光控制，具體涉及一種無(wú)級(jí)調(diào)制的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器。
背景技術(shù)：
目前鼓風(fēng)機(jī)的控制主要可分為繼電器調(diào)速控制、線性調(diào)速控制與PWM調(diào)速控制三種方案。繼電器調(diào)速控制方案如圖1所示。該控制方案中分別通過(guò)切換控制三個(gè)繼電器使電機(jī)運(yùn)行在高、中、低三種運(yùn)行狀態(tài)，顯然只是種機(jī)械式調(diào)速方案，不能實(shí)現(xiàn)無(wú)極調(diào)速。線性調(diào)速方案如圖2所示，該控制方案使用傳統(tǒng)的線性電流/電壓調(diào)節(jié)手段，通過(guò)改變線性分壓器件上的電壓，去控制鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。線性分壓元件可以是機(jī)械電阻、功率晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管。該控制方案雖然能夠?qū)崿F(xiàn)鼓風(fēng)機(jī)的無(wú)級(jí)調(diào)速，但只有當(dāng)風(fēng)扇在零速或全速狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)(被動(dòng)組件要么在零速中完全關(guān)閉，要么在全速中完全開(kāi)啟)所有功率才能轉(zhuǎn)移到風(fēng)扇上，但當(dāng)風(fēng)扇不在零速或全速時(shí)，被動(dòng)組件中就將有部分功率浪費(fèi)，因此這種方法的效率值得懷疑。PWM調(diào)速方案如圖3所示，該方案克服了線性調(diào)速的熱損耗問(wèn)題，它通過(guò)調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比，根據(jù)積分效應(yīng)，就能改變加在MOSFET兩端的電壓，從而控制鼓風(fēng)機(jī)的速度。 目前的大部分生產(chǎn)廠家的PWM控制方案主要采用定制ASIC與MCU的方案，ASIC方案集成度高，控制外圍電路簡(jiǎn)單，但目前還沒(méi)有通用的集成芯片，一般需要提供定制服務(wù)，只有少數(shù)半導(dǎo)體大的半導(dǎo)體生產(chǎn)廠家如ON、ST才能提供這類服務(wù)，而且定制成本昂貴，周期長(zhǎng)，功能唯一，不利于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)改進(jìn)；MCU方案采用數(shù)字軟件智能化控制，功能強(qiáng)大，非常適合于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)改進(jìn)，但需要提供線性穩(wěn)壓電源及較為復(fù)雜的外圍電路，成本較高，而且需要軟件編程，增加了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的難度。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了一種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低以及能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)制的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器。實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的的技術(shù)方案如下多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，包括調(diào)制波生成電路，該調(diào)制波生成電路將輸入的低頻PWM信號(hào)解耦成穩(wěn)定的直流電平信號(hào)；以及載波生成電路，該載波生成電路用于輸出PWM控制信號(hào)；以及調(diào)制電路，該調(diào)制電路分別接收來(lái)自于調(diào)制波生成電路以及載波生成電路的輸出信號(hào)，并輸出一個(gè)PWM信號(hào)，該調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)跟隨輸入的低頻PWM信號(hào)成反線性變化；以及功率推挽放大電路，該功率推挽放大電路將來(lái)自于調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大。在功率推挽放大電路之前有一個(gè)PWM信號(hào)切換開(kāi)關(guān)。當(dāng)切換開(kāi)關(guān)切換至其第1端時(shí)，工作于手動(dòng)模式，并通過(guò)改變第二電阻R2的阻值來(lái)改變輸出的PWM占空比從而實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的調(diào)速或燈具調(diào)光目的。當(dāng)切換開(kāi)關(guān)切換其第3端時(shí)，工作于自動(dòng)模式，此時(shí)可變第二電阻R2阻值固定，輸出PWM的占空比跟隨輸入的低頻PWM信號(hào)改變而改變，從而達(dá)到自動(dòng)調(diào)速調(diào)光的目的。還包括一個(gè)用于檢測(cè)負(fù)載工作情況的保護(hù)動(dòng)作電路，還包括一個(gè)用于檢測(cè)負(fù)載工作情況的保護(hù)動(dòng)作電路，該保護(hù)動(dòng)作電路與載波生成電路連接。。所述調(diào)制波生成電路包括第六電阻R6以及第三電容C3，第六電阻R6的一端接收低頻PWM信號(hào)，第六電阻R6的另一端與第三電容C3連接，第三電容C3的另一端接地。所述載波生成電路包括555定時(shí)器、第一二極管D1、第二二極管D2、第二電阻R2、 第三電阻R3、第一電容Cl以及第二電容C2 ；第二電阻R2的一端連接電源，第二電阻R2的另一端連接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極連接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接地；第二二極管D2的陽(yáng)極與第二電容C2的一端連接，第二二極管D2的陰極與第三電阻R3的一端連接，第三電阻R3的另一端與555定時(shí)器的放電引腳連接。還包括與555定時(shí)器的復(fù)位引腳連接的保護(hù)動(dòng)作電路，當(dāng)發(fā)生保護(hù)時(shí)，555定時(shí)器復(fù)位功能動(dòng)作，使得輸出的PWM信號(hào)關(guān)閉。所述調(diào)制電路為比較器。 所述功率推挽放大電路包括第一三極管Ql，第二三極管Q2，第四電阻R4以及第五電阻R5，第一三極管Ql的基極連接第二三極管Q2的基極，第一三極管Ql的集電極連接電源，第四電阻R4的兩端分別與第一三極管Ql的集電極以及發(fā)射極連接，第五電阻R5的兩端分別與第二三極管Q2的集電極以及發(fā)射極連接。采用了上述方案，本實(shí)用新型具有自動(dòng)與手動(dòng)的兩種調(diào)速控制模式，整個(gè)電路由幾個(gè)簡(jiǎn)單的功能單元構(gòu)成，整個(gè)電路只有一個(gè)1路運(yùn)放、1個(gè)555定時(shí)器、1個(gè)切換開(kāi)關(guān)、2個(gè)二極管、2個(gè)三極管、3個(gè)電容及6個(gè)電阻組成，因此其電路結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，成本也很低。通過(guò)調(diào)制波生成電路、載波生成電路以及調(diào)制電路的作用生成了需要初始的PWM信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)過(guò)功率推挽放大電路放大后即可對(duì)負(fù)載進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)控。
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1為現(xiàn)有技術(shù)中繼電器調(diào)速控制的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為現(xiàn)有技術(shù)中線性調(diào)速方案的示意圖；圖3為現(xiàn)有技術(shù)中PWM調(diào)速方案的示意圖；圖4為本實(shí)用新型的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器的基本控制框圖；圖5為多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器的電路原理圖；附圖中，10為調(diào)制波生成電路，20為載波生成電路，30為調(diào)制電路，40為功率推挽放大電路，50為切換開(kāi)關(guān)，60為保護(hù)動(dòng)作電路。
具體實(shí)施方式
[0030]下面以鼓風(fēng)機(jī)(負(fù)載)為例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明從圖4所示的鼓風(fēng)機(jī)基本控制框圖可以看出，該調(diào)速控制可分為輸入信號(hào)、驅(qū)動(dòng)控制、直流電機(jī)三個(gè)部分，控制目標(biāo)是根據(jù)輸入信號(hào)產(chǎn)生相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，通過(guò)控制開(kāi)關(guān)兩端的電壓Vswitdl去控制直流電機(jī)兩端的電壓Vm。t ，從而達(dá)到控制直流電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。 輸入信號(hào)一般分為HVAC控制面板風(fēng)速調(diào)節(jié)指令與ECU發(fā)出的PWM風(fēng)速輸出信號(hào)。對(duì)于本實(shí)用新型來(lái)說(shuō)，該P(yáng)WM控制器具體的電路采用單電源供電，從工作原理上可將其分為調(diào)制波生成電路10、載波生成電路20、調(diào)制電路30、功率推挽放大電路40、切換開(kāi)關(guān)50、保護(hù)動(dòng)作電路60六個(gè)部分，下面分別對(duì)這六部分進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。參照?qǐng)D5，調(diào)制波生成電路10包括第六電阻R6以及第三電容C3，第六電阻R6的一端接收低頻PWM信號(hào)，第六電阻R6的另一端與第三電容C3連接，第三電容C3的另一端接地。通過(guò)第六電阻R6與第三電容C3構(gòu)成了一個(gè)一階RC濾波器，從而將輸入的低頻PWM 信號(hào)解耦成穩(wěn)定的直流電信號(hào)，該直流電信號(hào)幅值A(chǔ)m由輸入信號(hào)占空比Din及其電平Ain決定如下Affl = Ain · Din參照?qǐng)D5，載波生成電路20用于輸出PWM控制信號(hào)。載波生成電路包括555定時(shí)器、第一二極管D1、第二二極管D2、第二電阻R2、第三電阻R3、第一電容Cl以及第二電容 C2。第二電阻R2的一端連接電源，第二電阻R2的另一端連接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極連接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接地，第二電阻R2與第一二極管Dl對(duì)第二電容C2構(gòu)成了充電電路。第二二極管D2的陽(yáng)極與第二電容C2的一端連接， 第二二極管D2的陰極與第三電阻R3的一端連接，第三電阻R3的另一端與555定時(shí)器的放電引腳7連接，第二二極管D2與第三電阻R3對(duì)第二電容C2構(gòu)成了放電電路。555定時(shí)器的低觸發(fā)引腳2以及高觸發(fā)引腳6均與調(diào)制電路30連接。載波生成電路20的工作過(guò)程為通過(guò)第二電阻R2與第一二極管Dl給第二電容C2 充電；通過(guò)第三電阻R3與第二二極管D2給第二電容C2放電，從而在555定時(shí)器的低觸發(fā)引腳2或者高觸發(fā)引腳6產(chǎn)生振蕩的充放電波形，載波頻率f。a iCT由第二電阻R2、第三R3 及第二電容C2決定
,- 1Jcarner -(盡555定時(shí)器輸出引腳3輸出頻率為f。a iCT的PWM控制信號(hào)，其占空比D555決定如下
μR,
_8] z^=W參照?qǐng)D5，調(diào)制電路30為一個(gè)比較器，分別接收來(lái)自于調(diào)制波生成電路以及載波生成電路的輸出信號(hào)，調(diào)制電路30的同相輸入端與調(diào)制波生成電路10連接，調(diào)制電路30 的反向輸入端與載波生成電路20的555定時(shí)器的低觸發(fā)引腳2以及高觸發(fā)引腳6連接。調(diào)制電路30工作時(shí)產(chǎn)生一個(gè)頻率為f。a iCT的PWM信號(hào)，其占空比隨調(diào)制波的幅值A(chǔ)m成線性變化，從而使輸出的PWM信號(hào)跟隨輸入的PWM信號(hào)成反線性變化。若使輸出PWM信號(hào)與輸入PWM信號(hào)成正線性變化，只要將同向端調(diào)制波，反向端接接載波即可。參照?qǐng)D5，功率推挽放大電路40將來(lái)自于調(diào)制電路的輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大，
5使功率MOSFET管可靠導(dǎo)通與關(guān)斷。功率推挽放大電路40包括第一三極管Ql，第二三極管 Q2，第四電阻R4以及第五電阻R5。第一三極管Ql為NPN型的三極管，第一三極管Ql的基極連接第二三極管Q2的基極，第一三極管Ql的集電極連接電源，第四電阻R4的兩端分別與第一三極管Ql的集電極以及發(fā)射極連接。第二三極管Q2為PNP型的三極管，第五電阻 R5的兩端分別與第二三極管Q2的集電極以及發(fā)射極連接。參照?qǐng)D5，切換開(kāi)關(guān)50連接于調(diào)制電路30與功率推挽放大電路40之間，切換開(kāi)關(guān)50為一個(gè)單刀雙擲的切換開(kāi)關(guān)。切換開(kāi)關(guān)50用來(lái)切換鼓風(fēng)機(jī)調(diào)速的控制方式，若切換開(kāi)關(guān)50擲于第1端，則控制器工作于手動(dòng)調(diào)速模式，通過(guò)改變可變第二電阻R2的阻值就可以改變555定時(shí)器輸出引腳3端輸出PWM信號(hào)的占空比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。若切換開(kāi)關(guān)50擲于第3端，則控制器工作自動(dòng)調(diào)速模式，它通過(guò)對(duì)E⑶輸入PWM的解耦，通過(guò)調(diào)制電路產(chǎn)生的PWM信號(hào)來(lái)控制鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。參照?qǐng)D5，用于檢測(cè)負(fù)載工作情況的保護(hù)動(dòng)作電路60與載波生成電路連接，其中檢測(cè)負(fù)載工作情況包括檢測(cè)電機(jī)堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、系統(tǒng)過(guò)溫、電源電壓異常等情況。保護(hù)動(dòng)作電路60與555定時(shí)器的復(fù)位引腳連接，保護(hù)動(dòng)作電路60還通過(guò)上拉電阻Rl連接電源VCC。 保護(hù)動(dòng)作電路60主要是利用555定時(shí)器的引腳4的RESET功能，若檢測(cè)到電機(jī)堵轉(zhuǎn)、過(guò)流、 系統(tǒng)過(guò)溫、電源電壓異常等情況，則輸出一個(gè)低電平到555定時(shí)器，555定時(shí)器復(fù)位，從而禁止輸出PWM波形，鼓風(fēng)機(jī)停轉(zhuǎn)；當(dāng)系統(tǒng)工作正常，RESET端通過(guò)上拉電阻Rl，555電路正常工作，控制器按照設(shè)定的模式對(duì)鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速。以下從自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式對(duì)本實(shí)用新型的工作過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明當(dāng)切換開(kāi)關(guān)50擲于第3端時(shí)，為自動(dòng)工作模式，555定時(shí)器的輸出引腳3上的信號(hào)被切斷。調(diào)制電路30分別接收來(lái)自于調(diào)制波生成電路以及載波生成電路的輸出信號(hào)，將這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行處理后，輸出PWM信號(hào)的占空比跟隨輸入的低頻PWM信號(hào)改變而改變，輸出的 PWM信號(hào)至功率推挽放大電路40，功率推挽放大電路40將該P(yáng)WM信號(hào)放大后輸出到MOSFET 管，以控制直流電機(jī)兩端的電壓Vm。t ，從而達(dá)到調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。當(dāng)切換開(kāi)關(guān)50擲于第1端時(shí)，為手動(dòng)工作模式，這時(shí)調(diào)制電路30輸出的PWM信號(hào)被切斷。通過(guò)改變可變第二電阻R2的阻值，以改變555定時(shí)器輸出引腳3端輸出PWM信號(hào)的占空比，從而達(dá)到調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)速。如果將負(fù)載換為燈具，即可對(duì)燈具進(jìn)行調(diào)光。當(dāng)然，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，上述具體實(shí)施方式
及實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本實(shí)用新型，而并非用作對(duì)本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型權(quán)利要求的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)上述實(shí)施例的變化、變型都將落在本實(shí)用新型權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于包括調(diào)制波生成電路，該調(diào)制波生成電路將輸入的低頻PWM信號(hào)解耦成穩(wěn)定的直流電平信號(hào)；以及載波生成電路，該載波生成電路用于輸出PWM控制信號(hào)；以及調(diào)制電路，該調(diào)制電路分別接收來(lái)自于調(diào)制波生成電路以及載波生成電路的輸出信號(hào)，并輸出一個(gè)PWM信號(hào)，該調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)跟隨輸入的低頻PWM信號(hào)成反線性變化；以及功率推挽放大電路，該功率推挽放大電路將來(lái)自于調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于在功率推挽放大電路之前設(shè)有一個(gè)PWM信號(hào)切換開(kāi)關(guān)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1至2任意一項(xiàng)所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于還包括一個(gè)用于檢測(cè)負(fù)載工作情況的保護(hù)動(dòng)作電路，該保護(hù)動(dòng)作電路與載波生成電路連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至2任意一項(xiàng)任意所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于 所述調(diào)制波生成電路包括第六電阻R6以及第三電容C3，第六電阻R6的一端接收低頻PWM 信號(hào)，第六電阻R6的另一端與第三電容C3連接，第三電容C3的另一端接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至2任意一項(xiàng)所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于所述載波生成電路包括555定時(shí)器、第一二極管D1、第二二極管D2、第二電阻R2、第三電阻R3、 第一電容Cl以及第二電容C2 ；第二電阻R2的一端連接電源，第二電阻R2的另一端連接第一二極管Dl的陽(yáng)極，第一二極管Dl的陰極連接第二電容C2的一端，第二電容C2的另一端接地；第二二極管D2的陽(yáng)極與第二電容C2的一端連接，第二二極管D2的陰極與第三電阻 R3的一端連接，第三電阻R3的另一端與555定時(shí)器的放電引腳連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于還包括與555定時(shí)器的復(fù)位引腳連接的保護(hù)動(dòng)作電路，當(dāng)發(fā)生保護(hù)時(shí)，555定時(shí)器復(fù)位功能動(dòng)作，使得輸出的PWM信號(hào)關(guān)閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至2任意所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于所述調(diào)制電路為比較器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至2任意所述的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，其特征在于所述功率推挽放大電路包括第一三極管Ql，第二三極管Q2，第四電阻R4以及第五電阻R5，第一三極管Ql的基極連接第二三極管Q2的基極，第一三極管Ql的集電極連接電源，第四電阻R4 的兩端分別與第一三極管Ql的集電極以及發(fā)射極連接，第五電阻R5的兩端分別與第二三極管Q2的集電極以及發(fā)射極連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器，包括調(diào)制波生成電路，該調(diào)制波生成電路將輸入的低頻PWM信號(hào)解耦成穩(wěn)定的直流電平信號(hào)；以及載波生成電路，該載波生成電路用于輸出PWM控制信號(hào)；以及調(diào)制電路，該調(diào)制電路分別接收來(lái)自于調(diào)制波生成電路以及載波生成電路的輸出信號(hào)，并輸出一個(gè)PWM信號(hào)，該調(diào)制電路輸出的PWM信號(hào)跟隨輸入的低頻PWM信號(hào)成反線性變化；以及功率推挽放大電路，該功率推挽放大電路將來(lái)自于調(diào)制電路的輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行放大。本實(shí)用新型的多功能調(diào)速調(diào)光PWM控制器具有電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、具有自動(dòng)和手動(dòng)兩種模式、成本低以及能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)制。
文檔編號(hào)H02P7/29GK202111650SQ20112010844
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者伍春生, 朱建方, 王秋明 申請(qǐng)人:江蘇浩峰汽車附件有限公司