專利名稱：一種實現無刷風扇高精度恒轉速的方法
技術領域：
本發明涉及一種控制無刷風扇馬達轉速的方法，尤其是通過控制無刷風扇馬達切換過程中的關閉時間來自動調整轉速，從而實現高精度恒轉速的方法。
背景技術：
目前，傳統的無刷風扇是由霍爾元件、專用風扇馬達IC、驅動電路和驅動線圈構成。存在以下弊端，以下分別敘述。
首先，在正常運轉時，由于電壓的波動，負載的影響，以及風扇裝配工藝的差異等諸多因素的影響，實際風扇在額定電壓下的運轉轉速在標稱值的±10％RPM范圍內。如果依行業標準，風扇運轉電壓為額定工作電壓的±15％，此時風扇轉速的變化率更大。這種不確定轉速的風量同樣是變化的，這就可能出現散熱不足或是散熱過度的問題；同時受轉速的影響，風扇噪音波動大，給風扇的運用設計帶來困擾。受傳統風扇設計技術的限制，以及風扇本身制造工藝上的影響，傳統無刷風扇轉速的精度無法有大的突破。
其次，傳統含油機型的風扇，由于軸承和潤滑油的磨擦阻力，風扇通常要在開機后三分鐘左右才能達到標準轉速。這樣系統在開機或者反復開機時的散熱就存在一定的隱患。
另外，傳統風扇的轉速隨電壓高低和負載大小而變化，風量風壓不穩定，不能自動根據電壓、負載的變化來自動調整風扇的風量來給系統散熱。
目前，也有通過硬件設計，將轉速信號取樣，比較，校正而后輸出一個控制轉速的PWM信號，來實現風扇的恒轉速設計。由于采用硬件來實現，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速的影響，一般只能做到±5％的精度，無法達到真正的高精度，所以不易推廣。
發明內容
為了克服現有無刷風扇存在的不足，本發明提供一種低成本實現無刷風扇高精度恒轉速的方法，該方法可以使風扇克服電壓波動、負載變化、裝配工藝、含油機型軸承和潤滑油磨擦系數以及電子元件本身存在誤差等諸多因素帶來的影響，自動校正風扇轉速，從而使轉速在一定范圍內恒定，并且能保證量產的穩定性和一致性。
本發明涉及一種實現無刷風扇恒轉速的方法，包括以下步驟1、先將標準時間信號輸入至單片機，當單片機讀取此信號后將其轉換為一個常數A，并存入存儲單元中；2、設定一個初始切換關閉時間B；3、風扇在初始運轉時，線圈切換的過程中自動調用時間B；4、單片機對霍爾IC的電平轉換的時間進行計數，假設計數為C。
5、將風扇的實際轉速C與標準時間信號A進行比較，當C＞A時，即可判定風扇轉速低于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B-1；當C＜A時，即可判定風扇轉速高于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B+1。
6、風扇繼續運轉，并自動調用新的切換關閉時間。
7、每間隔一個預設時間T，重復步驟4，重新對轉速進行測試和比較，如此不斷循環。
本發明中單片機通過程序設計將對轉速控制的信號轉換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅動電路和驅動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現對轉速的控制，成本較低，易于推廣。而且負載變動時轉速仍能維持不變，相對風量恒定，風壓大，噪音波動小，散熱效果更好。
本發明通過現有霍爾元件偵測轉速信號，而不需要增加任何新的電路來實現轉速偵測。霍爾元件的電平輸出腳接單片機的I/O口，其原理是霍爾元件感應風扇馬達的磁場相位，讀取霍爾元件電平的變化頻率即可得知風扇的轉速。對于四極風扇而言，風扇運轉一圈，霍爾元件電平變化四次，風扇的轉速即為60/(霍爾元件電平變化一次的時間*4)RPM。因為單片機執行速度快，時間精度高，所以可以使風扇的轉速精度可以有全新的突破，達到±1％RPM甚至更高的精度。
本發明中標準時間信號是固定不變的，也不會隨外界因素變化。在程序設計時A和C的讀數方式相同，而本身IC的誤差會同時體現在標準時間信號A和實際轉速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本身的誤差影響轉速的判定和調整。
習有的轉速控制方法主要是針對某單個風扇的高精度轉速控制，同一批生產的風扇，不可能實現同時具備同一個轉速標準的高精度。而本發明采取預先輸入一個標準時間信號的方法，由于量產的一批風扇采用同一個標準時間信號，所以避開了元件本身頻率誤差的影響，達成了批量的穩定與高精度。
本發明可以使風扇轉速達到±1％RPM，甚至更高精度，并且在較大的范圍內不隨電壓、負載、磨擦力、元件誤差的影響而達到同樣的精度，實現高精度恒轉速的功能，有效的提高散熱效果和設計精度。
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。
圖1是本發明的工作流程圖。
具體實施例方式
在本發明中，用單片機取代傳統風扇構成中的專用風扇馬達IC，整個風扇由霍爾元件、單片機、驅動電路、驅動線圈以及穩壓電路和保護電路構成。電源經過穩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定，霍爾元件檢測風扇馬達的相位，并將相位信號轉變為高低電平通過單片機的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，推動驅動電路交替工作，從而使驅動線圈輪流工作產生一個旋轉的磁場，驅動風扇馬達運轉。保護電路是為了提高驅動電路的可靠性而設立，主要是吸收驅動線圈切換中產生的反向峰值電壓。單片機內部信號功能控制通過程序設定，可選擇性輸出FG或RD信號，同時通過檢測霍爾元件的信號，識別風扇的轉速，當轉速低于某一設定下限值或者風扇停止運轉時，將輸出I/O口關閉，從而保護風扇實現Auto Restart功能。
本發明涉及一種實現無刷風扇高精度恒轉速的方法，包括以下步驟1、先將標準時間信號輸入至單片機，當單片機讀取此信號后將其轉換為一個常數A，并存入存儲單元中；2、設定一個初始切換關閉時間B；3、風扇在初始運轉時，線圈切換的過程中自動調用時間B；4、單片機對霍爾IC的電平轉換的時間進行計數，假設計數為C。(四極風扇每運轉一周，霍爾IC電平轉換四次，所以霍爾IC電平的轉換時間即相當于風扇的轉速)5、將風扇的實際轉速C與標準時間信號A進行比較，當C＞A時，即可判定風扇轉速低于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B-1，(相當于縮短切換時的關閉時間)；當C＜A時，即可判定風扇轉速高于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B+1。(相當于延長切換時的關閉時間)6、風扇繼續運轉，并自動調用新的切換關閉時間。(因為關閉時間縮短或延長，所以風扇轉速會有所上升或下降，從而接近標準轉速)7、每間隔一個預設時間T，重復步驟4，重新對轉速進行測試和比較，如此不斷循環。
本發明中單片機通過程序設計將對轉速控制的信號轉換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅動電路和驅動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現對轉速的控制，成本較低，易于推廣。而且負載變動時轉速仍能維持不變，相對風量恒定，風壓大，噪音波動小，散熱效果更好。
本發明通過現有霍爾元件偵測轉速信號，而不需要增加任何新的電路來實現轉速偵測。霍爾元件的電平輸出腳接單片機的I/O口，其原理是霍爾元件感應風扇馬達的磁場相位，讀取霍爾元件電平的變化頻率即可得知風扇的轉速。對于四極風扇而言，風扇運轉一圈，霍爾元件電平變化四次，風扇的轉速即為60/(霍爾元件電平變化一次的時間*4)RPM。
如圖1所示，先將標準時間信號輸入至單片機，當單片機讀取此信號后將其轉換為一個常數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。
風扇通電開機后，單片機對霍爾IC電平進行檢測，并控制相應I/O口，風扇運轉，此時程序自動調用一個預先設定的初始切換關閉時間B；然后，單片機開始讀取霍爾IC的電平，并對高低電平的轉換時間進行計數為C，C代表風扇的實際轉速，用C與標準時間信號A進行比較，當C＞A時，將初始切換關閉時間B-1，當C＜A時，將初始切換關閉時間B+1。
風扇繼續運轉，并自動調用新的切換關閉時間。每間隔一個預設時間T，程序重新對轉速進行測試和比較，如此不斷循環。
權利要求
1.一種實現無刷風扇高精度恒轉速的方法，包括以下步驟(1)先將標準時間信號輸入至單片機，當單片機讀取此信號后將其轉換為一個常數A，并存入存儲單元中；(2)設定一個初始切換關閉時間B；(3)風扇在初始運轉時，線圈切換的過程中自動調用時間B；(4)單片機對霍爾IC的電平轉換的時間進行計數，假設計數為C。(5)將風扇的實際轉速C與標準時間信號A進行比較，當C＞A時，即可判定風扇轉速低于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B-1；當C＜A時，即可判定風扇轉速高于標準轉速，此時將初始切換關閉時間B+1。(6)風扇繼續運轉，并自動調用新的切換關閉時間。(7)每間隔一個預設時間T，重復步驟4，重新對轉速進行測試和比較，如此不斷循環。
全文摘要
本發明涉及一種實現無刷風扇高精度恒轉速的方法，先將標準時間信號輸入至單片機，設定一個初始切換關閉時間；將風扇的實際轉速與標準時間信號進行比較，當風扇轉速低于標準轉速時，就縮短初始切換關閉時間，當風扇轉速高于標準轉速時，就延長初始切換關閉時間，并每間隔一定時間重新對轉速進行測試和比較，如此不斷循環，本發明中單片機通過程序設計將對轉速控制的信號轉換成對單片機I/O輸出端口的控制，進而控制驅動電路和驅動線圈，而不需要增加任何新的硬件電路來實現對轉速的控制，成本較低，易于推廣。而且負載變動時轉速仍能維持不變，相對風量恒定，風壓大，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 優先權日2006年1月23日
發明者黃瑞益 申請人:欣瑞連科技(深圳)有限公司