專利名稱：一種實現(xiàn)無刷風(fēng)扇高精度恒轉(zhuǎn)速的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種控制無刷風(fēng)扇馬達(dá)轉(zhuǎn)速的方法，尤其是通過控制無刷風(fēng)扇馬達(dá)切換過程中的關(guān)閉時間來自動調(diào)整轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)高精度恒轉(zhuǎn)速的方法。
背景技術(shù)：
目前，傳統(tǒng)的無刷風(fēng)扇是由霍爾元件、專用風(fēng)扇馬達(dá)IC、驅(qū)動電路和驅(qū)動線圈構(gòu)成。存在以下弊端，以下分別敘述。
首先，在正常運轉(zhuǎn)時，由于電壓的波動，負(fù)載的影響，以及風(fēng)扇裝配工藝的差異等諸多因素的影響，實際風(fēng)扇在額定電壓下的運轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速在標(biāo)稱值的±10％RPM范圍內(nèi)。如果依行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)電壓為額定工作電壓的±15％，此時風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的變化率更大。這種不確定轉(zhuǎn)速的風(fēng)量同樣是變化的，這就可能出現(xiàn)散熱不足或是散熱過度的問題；同時受轉(zhuǎn)速的影響，風(fēng)扇噪音波動大，給風(fēng)扇的運用設(shè)計帶來困擾。受傳統(tǒng)風(fēng)扇設(shè)計技術(shù)的限制，以及風(fēng)扇本身制造工藝上的影響，傳統(tǒng)無刷風(fēng)扇轉(zhuǎn)速的精度無法有大的突破。
其次，傳統(tǒng)含油機型的風(fēng)扇，由于軸承和潤滑油的磨擦阻力，風(fēng)扇通常要在開機后三分鐘左右才能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。這樣系統(tǒng)在開機或者反復(fù)開機時的散熱就存在一定的隱患。
另外，傳統(tǒng)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速隨電壓高低和負(fù)載大小而變化，風(fēng)量風(fēng)壓不穩(wěn)定，不能自動根據(jù)電壓、負(fù)載的變化來自動調(diào)整風(fēng)扇的風(fēng)量來給系統(tǒng)散熱。
目前，也有通過硬件設(shè)計，將轉(zhuǎn)速信號取樣，比較，校正而后輸出一個控制轉(zhuǎn)速的PWM信號，來實現(xiàn)風(fēng)扇的恒轉(zhuǎn)速設(shè)計。由于采用硬件來實現(xiàn)，一是成本較高，二是體積較大不易安裝，三是無法克服IC及電子元件本身精度對轉(zhuǎn)速的影響，一般只能做到±5％的精度，無法達(dá)到真正的高精度，所以不易推廣。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有無刷風(fēng)扇存在的不足，本發(fā)明提供一種低成本實現(xiàn)無刷風(fēng)扇高精度恒轉(zhuǎn)速的方法，該方法可以使風(fēng)扇克服電壓波動、負(fù)載變化、裝配工藝、含油機型軸承和潤滑油磨擦系數(shù)以及電子元件本身存在誤差等諸多因素帶來的影響，自動校正風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，從而使轉(zhuǎn)速在一定范圍內(nèi)恒定，并且能保證量產(chǎn)的穩(wěn)定性和一致性。
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)無刷風(fēng)扇恒轉(zhuǎn)速的方法，包括以下步驟1、先將標(biāo)準(zhǔn)時間信號輸入至單片機，當(dāng)單片機讀取此信號后將其轉(zhuǎn)換為一個常數(shù)A，并存入存儲單元中；2、設(shè)定一個初始切換關(guān)閉時間B；3、風(fēng)扇在初始運轉(zhuǎn)時，線圈切換的過程中自動調(diào)用時間B；4、單片機對霍爾IC的電平轉(zhuǎn)換的時間進行計數(shù)，假設(shè)計數(shù)為C。
5、將風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速C與標(biāo)準(zhǔn)時間信號A進行比較，當(dāng)C＞A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B-1；當(dāng)C＜A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B+1。
6、風(fēng)扇繼續(xù)運轉(zhuǎn)，并自動調(diào)用新的切換關(guān)閉時間。
7、每間隔一個預(yù)設(shè)時間T，重復(fù)步驟4，重新對轉(zhuǎn)速進行測試和比較，如此不斷循環(huán)。
本發(fā)明中單片機通過程序設(shè)計將對轉(zhuǎn)速控制的信號轉(zhuǎn)換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅(qū)動電路和驅(qū)動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制，成本較低，易于推廣。而且負(fù)載變動時轉(zhuǎn)速仍能維持不變，相對風(fēng)量恒定，風(fēng)壓大，噪音波動小，散熱效果更好。
本發(fā)明通過現(xiàn)有霍爾元件偵測轉(zhuǎn)速信號，而不需要增加任何新的電路來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速偵測?；魻栐碾娖捷敵瞿_接單片機的I/O口，其原理是霍爾元件感應(yīng)風(fēng)扇馬達(dá)的磁場相位，讀取霍爾元件電平的變化頻率即可得知風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。對于四極風(fēng)扇而言，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件電平變化四次，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速即為60/(霍爾元件電平變化一次的時間*4)RPM。因為單片機執(zhí)行速度快，時間精度高，所以可以使風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速精度可以有全新的突破，達(dá)到±1％RPM甚至更高的精度。
本發(fā)明中標(biāo)準(zhǔn)時間信號是固定不變的，也不會隨外界因素變化。在程序設(shè)計時A和C的讀數(shù)方式相同，而本身IC的誤差會同時體現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)時間信號A和實際轉(zhuǎn)速C上。用A和C進行比較即可以避免IC本身精度或誤差造成的影響。比如說，當(dāng)某個IC有+2％的誤差時，用(A*2％)與(C*2％)進行比較，等同于A和C進行，比較，所以就不會因為IC本身的誤差影響轉(zhuǎn)速的判定和調(diào)整。
習(xí)有的轉(zhuǎn)速控制方法主要是針對某單個風(fēng)扇的高精度轉(zhuǎn)速控制，同一批生產(chǎn)的風(fēng)扇，不可能實現(xiàn)同時具備同一個轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)的高精度。而本發(fā)明采取預(yù)先輸入一個標(biāo)準(zhǔn)時間信號的方法，由于量產(chǎn)的一批風(fēng)扇采用同一個標(biāo)準(zhǔn)時間信號，所以避開了元件本身頻率誤差的影響，達(dá)成了批量的穩(wěn)定與高精度。
本發(fā)明可以使風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到±1％RPM，甚至更高精度，并且在較大的范圍內(nèi)不隨電壓、負(fù)載、磨擦力、元件誤差的影響而達(dá)到同樣的精度，實現(xiàn)高精度恒轉(zhuǎn)速的功能，有效的提高散熱效果和設(shè)計精度。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
圖1是本發(fā)明的工作流程圖。
具體實施例方式
在本發(fā)明中，用單片機取代傳統(tǒng)風(fēng)扇構(gòu)成中的專用風(fēng)扇馬達(dá)IC，整個風(fēng)扇由霍爾元件、單片機、驅(qū)動電路、驅(qū)動線圈以及穩(wěn)壓電路和保護電路構(gòu)成。電源經(jīng)過穩(wěn)壓電路輸出一個適合的電壓供單片機和霍爾元件工作，保證單片機工作的可靠和穩(wěn)定，霍爾元件檢測風(fēng)扇馬達(dá)的相位，并將相位信號轉(zhuǎn)變?yōu)楦叩碗娖酵ㄟ^單片機的I/O口輸入單片機，進行處理；單片機收到霍爾元件的相位信號后，首先進行相位檢測，然后對輸出I/O口進行控制，推動驅(qū)動電路交替工作，從而使驅(qū)動線圈輪流工作產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的磁場，驅(qū)動風(fēng)扇馬達(dá)運轉(zhuǎn)。保護電路是為了提高驅(qū)動電路的可靠性而設(shè)立，主要是吸收驅(qū)動線圈切換中產(chǎn)生的反向峰值電壓。單片機內(nèi)部信號功能控制通過程序設(shè)定，可選擇性輸出FG或RD信號，同時通過檢測霍爾元件的信號，識別風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于某一設(shè)定下限值或者風(fēng)扇停止運轉(zhuǎn)時，將輸出I/O口關(guān)閉，從而保護風(fēng)扇實現(xiàn)Auto Restart功能。
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)無刷風(fēng)扇高精度恒轉(zhuǎn)速的方法，包括以下步驟1、先將標(biāo)準(zhǔn)時間信號輸入至單片機，當(dāng)單片機讀取此信號后將其轉(zhuǎn)換為一個常數(shù)A，并存入存儲單元中；2、設(shè)定一個初始切換關(guān)閉時間B；3、風(fēng)扇在初始運轉(zhuǎn)時，線圈切換的過程中自動調(diào)用時間B；4、單片機對霍爾IC的電平轉(zhuǎn)換的時間進行計數(shù)，假設(shè)計數(shù)為C。(四極風(fēng)扇每運轉(zhuǎn)一周，霍爾IC電平轉(zhuǎn)換四次，所以霍爾IC電平的轉(zhuǎn)換時間即相當(dāng)于風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速)5、將風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速C與標(biāo)準(zhǔn)時間信號A進行比較，當(dāng)C＞A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B-1，(相當(dāng)于縮短切換時的關(guān)閉時間)；當(dāng)C＜A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B+1。(相當(dāng)于延長切換時的關(guān)閉時間)6、風(fēng)扇繼續(xù)運轉(zhuǎn)，并自動調(diào)用新的切換關(guān)閉時間。(因為關(guān)閉時間縮短或延長，所以風(fēng)扇轉(zhuǎn)速會有所上升或下降，從而接近標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速)7、每間隔一個預(yù)設(shè)時間T，重復(fù)步驟4，重新對轉(zhuǎn)速進行測試和比較，如此不斷循環(huán)。
本發(fā)明中單片機通過程序設(shè)計將對轉(zhuǎn)速控制的信號轉(zhuǎn)換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅(qū)動電路和驅(qū)動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制，成本較低，易于推廣。而且負(fù)載變動時轉(zhuǎn)速仍能維持不變，相對風(fēng)量恒定，風(fēng)壓大，噪音波動小，散熱效果更好。
本發(fā)明通過現(xiàn)有霍爾元件偵測轉(zhuǎn)速信號，而不需要增加任何新的電路來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速偵測?；魻栐碾娖捷敵瞿_接單片機的I/O口，其原理是霍爾元件感應(yīng)風(fēng)扇馬達(dá)的磁場相位，讀取霍爾元件電平的變化頻率即可得知風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速。對于四極風(fēng)扇而言，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件電平變化四次，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速即為60/(霍爾元件電平變化一次的時間*4)RPM。
如圖1所示，先將標(biāo)準(zhǔn)時間信號輸入至單片機，當(dāng)單片機讀取此信號后將其轉(zhuǎn)換為一個常數(shù)A，并存入存儲單元中。該步驟也可以是單獨只對單片機本身進行操作，且此步操作只須進行一次。
風(fēng)扇通電開機后，單片機對霍爾IC電平進行檢測，并控制相應(yīng)I/O口，風(fēng)扇運轉(zhuǎn)，此時程序自動調(diào)用一個預(yù)先設(shè)定的初始切換關(guān)閉時間B；然后，單片機開始讀取霍爾IC的電平，并對高低電平的轉(zhuǎn)換時間進行計數(shù)為C，C代表風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速，用C與標(biāo)準(zhǔn)時間信號A進行比較，當(dāng)C＞A時，將初始切換關(guān)閉時間B-1，當(dāng)C＜A時，將初始切換關(guān)閉時間B+1。
風(fēng)扇繼續(xù)運轉(zhuǎn)，并自動調(diào)用新的切換關(guān)閉時間。每間隔一個預(yù)設(shè)時間T，程序重新對轉(zhuǎn)速進行測試和比較，如此不斷循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)無刷風(fēng)扇高精度恒轉(zhuǎn)速的方法，包括以下步驟(1)先將標(biāo)準(zhǔn)時間信號輸入至單片機，當(dāng)單片機讀取此信號后將其轉(zhuǎn)換為一個常數(shù)A，并存入存儲單元中；(2)設(shè)定一個初始切換關(guān)閉時間B；(3)風(fēng)扇在初始運轉(zhuǎn)時，線圈切換的過程中自動調(diào)用時間B；(4)單片機對霍爾IC的電平轉(zhuǎn)換的時間進行計數(shù)，假設(shè)計數(shù)為C。(5)將風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速C與標(biāo)準(zhǔn)時間信號A進行比較，當(dāng)C＞A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B-1；當(dāng)C＜A時，即可判定風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速，此時將初始切換關(guān)閉時間B+1。(6)風(fēng)扇繼續(xù)運轉(zhuǎn)，并自動調(diào)用新的切換關(guān)閉時間。(7)每間隔一個預(yù)設(shè)時間T，重復(fù)步驟4，重新對轉(zhuǎn)速進行測試和比較，如此不斷循環(huán)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種實現(xiàn)無刷風(fēng)扇高精度恒轉(zhuǎn)速的方法，先將標(biāo)準(zhǔn)時間信號輸入至單片機，設(shè)定一個初始切換關(guān)閉時間；將風(fēng)扇的實際轉(zhuǎn)速與標(biāo)準(zhǔn)時間信號進行比較，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速低于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時，就縮短初始切換關(guān)閉時間，當(dāng)風(fēng)扇轉(zhuǎn)速高于標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速時，就延長初始切換關(guān)閉時間，并每間隔一定時間重新對轉(zhuǎn)速進行測試和比較，如此不斷循環(huán)，本發(fā)明中單片機通過程序設(shè)計將對轉(zhuǎn)速控制的信號轉(zhuǎn)換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅(qū)動電路和驅(qū)動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的控制，成本較低，易于推廣。而且負(fù)載變動時轉(zhuǎn)速仍能維持不變，相對風(fēng)量恒定，風(fēng)壓大，噪音波動小，散熱效果更好。
文檔編號H02P6/14GK1805265SQ20061003333
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月23日
發(fā)明者黃瑞益 申請人:欣瑞連科技(深圳)有限公司