电扇控制器的制作方法

专利名称：电扇控制器的制作方法技术领域：本发明涉及一种电扇控制器(系列)。简单的移相触发可控硅式电扇调速器，只有两个外接线端，但波形畸变严重。在日本特开昭57-62797、57-181993、57-5599及中国专利申请85102750、85200357、86200293和和87100229中公开的电扇或类似电扇的电器的控制器，均至少存在以下三种缺点中的两种1.线路简单但功能单一;2.功能较多但线路复杂;3.至少有三个外接线端，不便于控制吊扇。在中国专利87207037中公开的控制器，虽也只有两个外接线端，但它的控制电路的电源是从串联在电扇电机上的稳压管上取得的，控制器的主回路压降较大(约8V)，控制电路的电源波动也较大(约1V)，相应的技术指标较低;而其所用的双电容交叉反馈式多谐振荡器，在大范围调节占空比时易出现停振，且不易恢复;如需改变振荡频率，必须增设双极开关，以改变两个电容的容量，而不能用简单的单极开关;因使用了普通CMOS电路，需用三极管放大输出电流，使线路元件增多。本发明的目的是针对上述各种已有技术的不足，提供一种新的电扇控制器(系列)。这种控制器可以只有两个外接线端而主回路电压降较小，具有无级调速、模拟自然风和定时断电功能而电路和结构简单。本发明提供一种控制电路、三种电源电路和两种结构，每种结构各包括一种印刷电路板和一种壳体。根据不同要求，将所述控制电路与相应的电源电路和结构结合。本发明的电扇控制器由电源电路、控制电路、印刷电路板和壳体组成。电源电路给电扇和控制电路提供电源，它由降压、整流、滤波稳压部分和一个双向可控硅组成。电源电路和控制电路装在印刷电路板上，固定在壳体内。控制电路的特征为它包括由两级HCMOS反相器组成的电阻电容充放电反馈式多谐振荡器，振荡器的充放电反馈电路中包括至少一个电容、一个电位器和两个二极管，该电容分别通过该电位器箭头的两边充放电，该电容可以通过一个单级开关并联另一个电容。第二级HCMOS反相器的输出端通过一个电阻接双向可控硅的控制极。控制电路的进一步的特征及三种电源电路和两种结构的特征，在后面详述。为叙述方便，以后用U表示控制电路，三种电源电路分别用S1、S2和S3表示，两种印刷电路板分别用yB1和yB2表示，两种壳体分别用KT1和KT2表示。本发明借助以下附图表达图1-U的电原理图;图2-由U和S1组成的电扇控制器的电原理图;图3-由U和S2组成的电扇控制器的电原理图;图4-由U和S3组成的电扇控制器的电原理图;图5-yB1的示意图;图6-KT1的示意图;图7-KT1的局部剖视示意图;图8-YB2的示意图;图9-KT2的示意图;图10-KT2的局部剖视示意图。U与S1结合，成为吊扇控制器电路;U与S2结合，成为台扇/落地扇控制器电路;U与S3结合，成为低成本、小功率的吊扇或台扇/落地扇控制器电路;U、S1、PB1和KT1四者结合，成为吊扇控制器;U、S2、PB2和KT2四者结合，成为台扇/落地扇控制器。对yB1或yB2作少量修改后，即可与S3、U和KT1或KT2结合，成为低成本、小功率的吊扇或台扇/落地扇控制器。显然，本发明的电扇控制器电路功能强而线路简单，再与本发明的结构相结合，即可成为功能强、结构小巧而成本不高的电扇控制器。如用目前易购的电子元件，可将外形做到长90宽60厚30(mm)大小，如一块香皂。为了描述简便，电原理图中均无电源开关，但在实际产品上可酌情在火线上串接一个电源开关。必须指出U、S1或S2，每个电路本身都能与已有技术结合，并体现出优点。例如U与普通的电源电路如S3结合，即成为一种功能多而成本低的控制器;S1或S3与普通的开关式控制电路结合，即成为只有两个外接线端的吊扇控制器。而普通的开关式控制电路，可以是中国专利87207037中的控制电路，但在此性能被改善;也可以是遥控器的接收电路等。下面结合附图，详述本实用新型。图1中，IC1为HCMOS三输入或非门，IC2为HCMOS反相器，IC2可由两个或非门并联而成，IC1、IC2、电阻R2、电阻R3、电阻R1、电容C2、电容C3、单极开关K1、电位器W、二极管D1和二极管D2组成电阻电容充放电反馈式多谐振荡器。因D1、D2的单向导电性，C2和C3分别通过W箭头的两边充放电。改变W箭头位置即可改变振荡器的输出电流脉冲的占空比E，E＝IC2输出电流脉冲宽度/T，而振荡周期T变化较小，可认为基本不变。但K1的通断使T明显地改变，因C2可以通过K1并联C3。R1起降低IC1输入端即第一个输入端箱位电流作用，而振荡时IC1另两个输入端电平为低，暂不起作用。对照图2～4知，IC2输出端通过限流电阻R6接双向可控硅控制极G，IC2输出低时电扇得电，IC2输出高时电扇断电。振荡器的输出端用O表示。IC1第二个输入端与VDD、VSS端之间分别跨接电阻R5和电容C1，以实现定时关机功能。并联在C1两端的单极开关K2通时，C1两端电压为O，定时关机功能消失;K2断后，C1通过R5充电，T1时间(≈1小时)后，IC1被关闭，IC2输出恒高，电扇断电。R5为固定电阻，可降低成本和减小体积，当然也可换用一个可变电阻。IC2第三个输入端与VDD、VSS端之间，分别跨接电容C4和电阻R4，以实现U的延迟输出电流功能。以图2为例说明因电容C5取值较大，而电阻R7取值也较大，故初始时R7对C5的充电较慢。刚开机时，C4两端电压为O且不能突变，U无输出;但T2时间(≈3秒)后，C4两端电压升高，IC1打开，振荡产生，U即开始有输出。U的延迟输出电流功能保证了U在开机后VDD-VSS达到正常值后方有电流输出。U与S3结合时情况相同，但与S2结合时则不需这个功能，因C7的容抗不大。故对于图3，可将U中的C4、R4省去，并将IC1改为二输入或非门。振荡周期由R2、R3、W、C2、C3的数据和K1的状态决定。可根据一般电扇的惯性和人们的感觉确定T值及变化。当K1断时，T＝T3≈15秒，电扇风是明显起伏的，改变E值，风量与起伏程度明显变化，此时为模拟自然风工作;当K1通时，T＝T4≈6秒，电扇风的起伏感不明显，改变E值的效果主要是电扇电机转速的变化，即实现了无级调速。调速时转速虽不严格平稳，但这轻度波动的转速所产生的效果，可被视为是平稳风中伴有少量的自然风，并无任何不利。显然，这样进行无级调速，射频干扰极低，因只有极少量残缺的正弦波形。T4值如取得更小，转速虽较平稳，但电扇电机起动的机械冲击噪音明显，残缺的正弦波形数量也增加，这将是不利的。R2、R3也用于确定E值变化的上下限。如E的上限为1，则无论K1通或断，调节W都可使电扇全速运行。对一般电扇，E的范围宜为0.25～1。本控制电路巧秒地利用了HCMOS通用门电路的特点高输入阻抗、大输出电流和低电源电压。故不仅电路简单、功耗也很小。U的电源VDD-VSS可由多种电源电路提供。图2中，电流互感器H一端接市电火线L，H另一端接双向可控硅BCR1第一阳极A1、BCR1第二阳极A2接电扇电机M1一端，M1另一端接市电中线N。H副边两端接桥式整流器Q的交流输入端，Q的正负输出端分别接由稳压管Z1和兼作指示灯的发光二极管LED串联组成的等效稳压管(稳压二极管)Z的负、正端。Z与电容C5并联。在BCR1的A2极与Z的正端间，跨接串联的二极管D3和电阻R7。D3正端接Z的正端。U的正负电源端即VDD、VSS端分别接Z的负、正端。U的输出端O接BCR1的控制极G，即U输出触发BCR1的电流。它们的连接满足(1)BCR1断时，市电正半周流经H原边、Z、D3、R7和M1，市电负半周不通;(2)BCR1通时，市电流经H原边、BCR1和M1，此电流I由H副边隔离传送给Q整流，并送到Z两端。无论BCR1通或断，Z和C5两端均有稳定的供U工作的电源电压VDD-VSS。因U无输出时耗电极小，R1阻值可取得较大，满足LED1亮即可。H原边的电流I即为电扇电机电流，︱ ︱值为开机时间、电机功率、市电电压等多种变量的函数。确定H原副边匝数及比值的原则是满足︱ ︱为大于0的最小值时，Z的电流不小于I1。而I1应满足(1)Z产生稳压作用;(2)LED1有一定亮度的发光。当︱ ︱值增大时，因Z的作用VDD-VSS值基本不变。如进一步由实验选取H原副边的匝数和H铁心的数据，使︱ ︱值为最小值时H铁心的磁化离饱和状不远，则︱ ︱的允许变化范围更宽。但为使H铁心尽量小、铜线尽量细或匝数尽量少，对不同功率的电扇可配用不同数据的H。从VDD-VSS的取得过程看出M1、R7、H组成S1的降压部分;Q、D3组成整流部分;Z组成稳压部分;C5组成滤波部分。如此时U换为其它耗电较大的开关控制电路，R7可改为电容，并在D3的负端和U的VDD端跨接一个二极管，该二极管的正端接D1的负端。S1为一种全新的电源电路。采用这种S1的电扇控制器，只有两个外接线端CN1和CN2，故尤适用于吊扇。因︱ ︱值一般较大(＞100mA)，而U的耗电一般较小(＜30mA)，且VDD-VSS值较低(约4V)，故H原边的电压有效值较小(约1V)，因此这种控制器的压降较小(约2V)。如图3所示，U也可由普通的电源电路S2供电。该电源电路由降压(电阻R8、电容C7)、整流(二极管D4、D5)、滤波(电容C6)、稳压(稳压管Z2、发光二极管LED2)部分和双向可控硅BCR2组成。这种电扇控制器具有模拟自然风、无级调速和定时关机功能，而压降最小(约1V)、成本较低。尽管它有3个外接线端CN3、CN4和CN5，但用于控制台扇或落地扇(M2)时无妨。图3中，在U的VSS与O端间跨接一个电阻RS，可减小VDD-VSS随O端变化而产生的波动。并可使O端为高时VDD-VSS值略降(约10%)，这对定时断电功能有利。还可省去一只二极管，方法是去除LED2和Z2，将D4改为极性相同的稳压管，但这个稳压管的冲击电流较大，串发光二极管则易损坏。图4中包括一个改进型的电源电路S3，它由三个二极管(D6、D7、D8)、一个并联式稳压电路(稳压管Z3、发光二极管LED3、电阻R10、电阻R11、晶体管T、电容C8)、一个电阻(R9)和一个双向可控硅(BCR3)组成。它们的连接满足(1)BCR3通时，市电正半周流经D6、BCR3和电扇电机M3，市电负半周流经D7、并联式稳压电路、BCR3和M3;(2)BCR3断时，市电正半周流经D6、并联式稳压电路、D8、R9和M3，市电负半周不通。并联式稳压电路给U提供电源VDD-VSS。从VDD-VSS的获得过程看出M3、R9组成S3的降压部分;D6、D7、D8组成整流部分;C8组成滤波部分;Z3、LED3、R10、R11、T组成稳压部分，其连接为R10跨接在T的基极与发射极间，由Z3与LED3串联成的等效稳压管跨接在T的基极和集电极间，而串接在T的集电极上的R11仅用于分担T的部分功耗，可视为一根导线。如将D8负端改接到U的VDD端，并将D8正端改接到R9的上端，电路仍照常工作，故这种改变仍未脱离本设计的特征。S3中没有S1中的H和S2中的C7，成本更低。与中国专利87207037的电源相比，S3的压降较低(约6V)，而U的电源波动很小(约0.2V)，这是因为U采用了HCMOS电路，且S3的并联式稳压电路中含有三极管。因此相应性能也较好。图4中的并联式稳压电路是必需的，如只用一只稳压管充当，则BCR3的通、断将使VDD-VSS产生大幅度的起伏，也不利于取较低的VDD-VSS值。LED3兼作指示灯。R10用于确定Z3和LED3的起始工作电流。与图1、图3的控制器相比，图4的控制器压降稍大，过载能力较差，但成本最低，只有两个外接线端CN6和CN7，故适用于各种低成本的、小功率的(如50W以下)电扇控制。图3、图4的控制器还可以作为通用控制器，除控制电扇外，还可进行电热毯、电烙铁的无级调温及定时断电控制。图2的电路装在图5的YB1上，这里W为直滑式电位器。YB1上还有通孔1、2，跨接线3、4，引线5、6，外接线8、9。外接线8、9分别在通孔1、2旁与引线5、6接触。为表示方便，实际上在YB1反面的铜箔线条7和跨接线3、4被画在正面。YB1固定在图6的塑料壳体kT1里、kT1由罩盖10和底座11组成。YB1与罩盖面板平行。YB1上的手动操作元件和显示元件W、LED1、K2、K1、KS分别与面板上的通孔12～16对准，12～16旁应标注适当的文字或符号，以便操作和观察。看图7，底座11的内底上有两个凸起的园柱，上半部的一个如17，每个园柱上伸出一个螺杆如18，两个螺杆穿过YB1上的通孔1、2后，被两个螺母如19旋紧，这样既固定了YB1，又将YB1的引线5、6与外接线8、9连接紧。罩盖10与底座11结合后，靠两个从KT1侧面穿入的自攻螺钉固定，上侧的螺钉为20，下侧的未画出。底座11与墙壁的结合和固定，靠从底座内底穿出的两个螺钉，上半部的螺钉为21，下半部的未画出。在底座11的适当位置上，还有能通过外接线8、9的通孔，图略。图3的电路装在图8的YB2上。这里的W为小型旋轴式电位器。YB2上还有通孔21～27，护套线28，塑料压板29，螺钉30、31。压板和螺钉将护套线固定在YB2上，护套线中有三根线，它们向外的未端接三芯电源插头，以便与市电连接，而向内分别接通孔21、22、23，为表示方便，铜箔线条32也画在正面。为了YB2的走线方便，对图3及图1的电路作了少许等效变换将R8改为跨接在CN3、CN4两端，但其对C7放电的作用不变;由W、R2、R3、D1、D2组成的二端网络两端对调，且将R2、R3阻值对换，而电路工作参数不变。C7采用扁形的，可侧卧在lC1、lC2、Z2、R6上。由YB2和KT2确定的结构，为电源转换插座式的控制器结构。考虑台扇、落地扇一般有指示灯、变速档及电源开关，YB2上省去K1、KS、LE2，但将C2容量适当增大，使振荡周期约为10秒，即可兼顾无级调速和模拟自然风效果。YB2固定在图9的塑料壳体KT2中，KT2由罩盖32和底座33组成，YB2与罩盖面板平行。面板上的通孔34～42分别与YB2的通孔21～27和K2、W为准。看图10，通孔21～25上各有一个磷铜夹片如43，每个夹片用如44的铆钉固定在YB2及其铜箔上，故通孔34～38成为被控电扇或电热毯的三芯或两芯电源插座的孔。罩盖32和底座33的内底各有两个凸起的有通孔的园柱如45、46，它们分别与通孔26、27对准。从罩盖32的通孔39、40穿入两根长螺钉如47，通过YB2和底座33，在反面即底座的外侧旋上两个螺母如48，即完成了罩盖、印刷电路板和底座三者的结合和固定。如取消园柱45的通孔，而从底座外侧的与园柱46对应的通孔里，伸进自攻螺钉，将螺钉旋入园柱45里，可认为特征相同。在底座33的适当位置上有能通过护套线28的通孔，图略。有了较长的护套线28及其未端的电源插头，便于KT1的灵活放置，如可放在床头或挂在墙上，但如侧重降低成本和减小包装体积，可取消外接护套线，并将电源插头芯片直接装在底座33的外侧，使用时将KT1如插插头似的插在 电电源插座上即可。通孔42外配有一旋扭，以调节W，图略。为便于操作和观察，在通孔41、42和旋扭上，应标注适当的文字、符号和刻度线。当然，手动操作元件W和K2，应和通孔42、41对准。图1～4中，标“+”号的电容为有极电容，可以是普通电解电容，无“+”号的电容为无极电容，每个无级电容均可用两个容量适当的有极电容反向串联组成。图1中VDD-VSS≈4V，C4≈1μF，R4≈3MΩ，R5≈7.5MΩ，C1≈470μF，R1≈1MΩ，R2≈0Ω，W≈470KΩ，R3≈100KΩ，R6≈150Ω，C2≈6.8μF，C3≈8.2μF，IC1CD74HC27中的一个门，IC2CD74HC27中的两个门并联。因R2为0Ω，占空比E可调到1。图2中R7≈30K，C5≈470μF。图3中C7≈0.68μF，R8≈1MΩ，C6≈1000μ，RS≈150Ω，U中的IC1改为CD74HCO2中的一个门，IC2改为CD74HCO2中的三个门并联。图4中R10≈240Ω，R11≈10Ω，R9≈30K，C8≈680μF。必须指出对于不需换档或用单极开关换档改变振荡频率的控制器，U也可被修改为图11中的形式，即改用双电容(C11、C12)交叉对称反馈式振荡器，从而省掉两个二极管(如D1、D2)。图11中的电容C9、C10、电阻R12、R15、R16、R17、电位器WA、开关K3、或非门lC3和反相器lC4与图1中的C1、C4、R1、R4、R5、R6、W、K2、IC1和IC2一一对应，作用和参数相同。C11、C12、电阻R13、R14和WA决定振荡频率值和占空比E的变化范围。为防止停振，R13、R14不能为0，即E值不能调到1，但可调到0.95，以接近一般要求。虽然振荡器被修改，但仍利用了同样的HCMoS集成电路，并用同样方法实现了定时断电和延时输出电流功能。当然，如仅将IC1、IC2、IC3和lC4修改为相应逻辑的普通CMoS电路，并在输出端增补放大电流的三极管，也可保证控制器性能相近，但这还是用了同样的使控制电路兼有定时断电和延时输出电流的控制功能的方法。因此，如仅仅做出以上修改，仍不能消除本发明的特征。权利要求1.一种电扇控制器由电源电路、控制电路、印刷电路板和壳体组成。电源电路给电扇和控制电路提供电源，它由降压、整流、滤波、稳压部分和一个双向可控硅组成，电源电路和控制电路装在印刷电路板上，固定在壳体内，控制电路的特征为它包括由两级HCMOS反相器组成的电阻电容充放电反馈式多谐振荡器，振荡器的充放电反馈电路中包括至少一个电容、一个电位器和两个二极管，该电容分别通过该电位器箭头的两边充放电，该电容可以通过一个单极开关并联另一个电容。第二级CMOS反相器的输出端通过一个电阻接双向可控硅的控制极。2.按权力要求1规定的电扇控制器，其电源电路的特征为它由一个电流互感器、一个双向可控硅、一个桥式整流器、至少一个稳压管、一个电容器、一个二极管和一个电阻组成;电流互感器一端接市电火线，另一端接双向可控硅第一阳极;双向可控硅第二阳极接电扇电机一端，电扇电机另一端接市电中线;电流互感器副边两端接桥式整流器交流输入端，桥式整流器的正、负输出端分别接稳压管的负、正端，稳压管与电容并联;在双向可控硅第二阳极与稳压管正端之间，跨接串联的二极管和电阻，二极管正端接稳压管正端;控制电路的正负电源端分别接稳压管的负、正端。3.按权力要求1规定的电扇控制器，其电源电路的特征为它由三个二极管、一个并联式稳压电路、一个电容、一个电阻和一个双向可控硅组成，它们的连接满足(1)双向可控硅通时，市电正半周流经第一个二极管、双向可控硅和电扇电机，负半周流经第二个二极管、并联式稳压电路、双向可控硅和电扇电机;(2)双向可控硅断时，市电正半周流经第一个二极管、半联式稳压电路、第三个二极管、电阻和电扇电机，市电负半周不通;并联式稳压电路与所述电容并联;并联式稳压电路的正负输出端分别接控制电路的正负电源端。4.按权力要求3规定的电扇控制器，其特征为它的并联式稳压电路至少包括一个稳压管、一个晶体管和一个电阻，电阻跨接在晶体管的基极和发射极间，稳压管跨接在晶体管的基极和集电极间，所述电容跨接在晶体管的集电极和发射间。5.按权力要求2、3或4规定的电扇控制器，其特征为它的两级HCMOS反相器中，第一级反相器的输入、输出端可以是一个HCMOS三输入或非门的第一个输入端和输出端，该或非门的第二个输入端与正、负电源之间，分别跨接一个电阻和一个电容，该电容还与一个单极开关并联，该或非门的第三个输入端与正、负电源之间，分别跨接一个电容和电阻。6.按权力要求1规定的电扇控制器，其电源电路的特征为它由一个降压电容、一个滤波电容、一个电阻、两个二极管、至少一个稳压管和一个双向可控硅组成。7.按权力要求1规定的电扇控制器，其特征是它的两级HCMoS逻辑反相器中，第一级反相器的输入、输出端是一个HCMoS二输入或非门的第一个输入端和输出端，该或非门的第二个输入端与正负电源端之间分别跨接一个电阻和一个电容，该电容还与一个单极开关并联，第二极反相器的输出端与负电源端之间，跨接一个电阻。8.按权力要求2、3或4规定的电扇控制器，其印刷电路板的特征如图5所示，其壳体的特征为它由罩盖和底座组成，罩盖上有与手动操作元件和显示元件对准的通孔，底座内底上有两个凸起的圆柱，圆柱上有伸出的螺杆，螺杆能穿过印刷电路板的相应通孔，底座上有能通过外接线的通孔。9.按权力要求3、4、6或7所规定的电扇控制器，其印刷电路板的特征如图8所示，印刷电路板上有5个用铆钉固定的磷铜夹片，其壳体的特征为它由罩盖和底座组成，罩盖上有与手动操作元件和磷铜夹片对准的通孔，罩盖和底座的内底各有两个凸起的有通孔的圆柱，圆柱通孔分别与印刷电路板的相应通孔对准，底座上有能通过护套线的通孔。10.按权力要求2、3、4、6或7规定的电扇控制器，其特征为它的稳压管可由至少两个稳压值较低的稳压管串连组成，其中至少有一个稳压管是用发光二极管充当的。全文摘要本发明涉及一种电扇控制器。这种控制器可以只有两个外接线端面主回路压降较小，具有无级调速、模拟自然风和定时断电功能，而电路和结构简单。本发明提供了一种控制电路、三种电源电路和两种结构。根据不同要求，将控制电路与相应的电源电路和结构结合。控制电路包括由两级HCMOS反相器组成的电阻电容充放电反馈式多谐振荡器，振荡器的充放电反馈电路中包括至少一个电容、一个电位器和两个二极管。文档编号F04D27/02GK1042220SQ8810998公开日1990年5月16日 申请日期1988年10月27日 优先权日1988年10月27日发明者周宇怀 申请人:周宇怀