專利名稱：電子換向風機的轉(zhuǎn)速測量的方法和電路裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1和5的前序部分所述的用于電子換向風機的轉(zhuǎn)速測量的方法和電路裝置。
大功率電源的冷卻需要電子換向風機。電子換向風機在其供電線路上引起電流波動，這種波動將因風機和風機類型的不同而不同。為了控制和調(diào)節(jié)風機，有必要對風機轉(zhuǎn)速進行電子測量，以便由此導(dǎo)出一個每時間單位具有相應(yīng)時鐘脈沖數(shù)的時鐘信號。
通過附加線路輸出電子換向的內(nèi)部時鐘信號來作為前述時鐘信號的特種風機已被公開地應(yīng)用(Papst-Katalog GeraetelüifterEquipment Fans,94/95，廠家Papst-Mortoren有限合資公司，Kart-Maier街1號，D-78112 st.Georgen/Schwarzwald,1435郵箱，“直流風機”和“方案”篇)。其缺點是，該特種風機造價昂貴。
此外已公開的還有，通過測流電阻測出風機引起的電流波動，經(jīng)過高通濾波器進行濾波，然后到達脈沖發(fā)生器，以便形成上述時鐘信號的時鐘脈沖(德國專利DE 26 17 131 C3)。其缺點是，風機在其供電線路上引起的電流波動的大小和形式將會因風機的不同而有明顯的差異，使得必須對風機進行相應(yīng)地匹配。
另外，在德國專利DE 196 01 040 A1中公開過一種測量電子換向風機轉(zhuǎn)速的方法和電路裝置，其轉(zhuǎn)速通過每時間單位具有相應(yīng)時鐘脈沖數(shù)的時鐘信號來指示，并且，在德國公司文獻“電機控制研究1986”中第E15頁，SGS半導(dǎo)體元件有限公司，1986年4月，曾公開過根據(jù)由風機在其供電線路上引起的與轉(zhuǎn)速有關(guān)的電流波動的最大電流陡度來進行測量，并由此導(dǎo)出時鐘信號以用作轉(zhuǎn)速信息。
從而，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種文章開頭所述類型的方法和電路裝置，它們使電子換向風機的轉(zhuǎn)速測量費用合理，并且可以用簡單的方法來實施。
本發(fā)明的該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1所述方法步驟的方法而得到解決。本發(fā)明的任務(wù)還通過一種具有權(quán)利要求5所述特征的電路裝置而得到解決。
有了這種方法及電路裝置，就不必使用昂貴的特種風機，這樣，轉(zhuǎn)速測量能夠用合適的造價來實施。此外，不必對所使用的風機進行分別匹配，所以該轉(zhuǎn)速測量同樣也能以簡單的方法來實現(xiàn)?？梢允褂盟蓄愋偷乃^標準風機。各風機可實現(xiàn)自動匹配。
本發(fā)明的優(yōu)選擴展參見從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
對大量不同的風機和風機類型進行的經(jīng)驗測量表明，就風機在其供電線路上引起的電流波動而言，其負的電流陡度通常遠遠要大于正的電流陡度。所以，根據(jù)電流波動負的電流陡度來進行轉(zhuǎn)速測量能夠得到更精確的結(jié)果。然而在相對少的風機或風機類型中，其正的電流陡度反而明顯大于負的電流陡度，但負的電流陡度至少還是如此地明顯，使得一直能確保可靠和精確地測量風機的轉(zhuǎn)速。因此，在本發(fā)明的一個優(yōu)選擴展中，風機在其供電線路上引起的電流波動的負電流陡度被用來進行轉(zhuǎn)速分析。
在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選擴展中，不僅增益范圍與比較器的開關(guān)閾值，而且測得的最大負電流陡度都以一個相應(yīng)的比例進行匹配，因此能夠防止轉(zhuǎn)速測量立即重新進入一個穩(wěn)定狀態(tài)。
在本發(fā)明的另外一種優(yōu)選擴展中，用非連續(xù)步驟來實現(xiàn)自動匹配。因此，實現(xiàn)費用要比連續(xù)匹配時少。
在此，前述想法不僅適用于該方法，而且適用于該電路裝置。
下面借助附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細解釋。其表示附

圖1為本發(fā)明用于電子換向風機轉(zhuǎn)速測量的電路裝置原理圖，以及附圖2為由風機在其供電線路上引起的電流波動波形圖，它輸出給附圖1的電路裝置進行轉(zhuǎn)速測量。
在附圖1的位于電流供電點UDC和接地基準點M之間的功率回路中，串聯(lián)有一個電子換向風機L(后面也僅稱為風機L)和測流電阻SMW。該回路包含有風機L的供電線路，其上流過風機電流IL。
由于風機L的電子換向，風機電流IL具有波動，該波動在附圖2中用波形圖進行了定性的描繪。此波形圖應(yīng)當這樣來理解，即風機電流在較長的時間周期內(nèi)具有基本恒定的直流成分，其上疊加有非?？斓碾娏鞑▌?。電流波動由風機繞組的換向引起。在附圖2中，重復(fù)換向的有代表性的時間點被具體標為tn、tn+1和tn+2。在這些時間點進行換向，由此，風機電流首先非常迅速而強烈地衰減。接著風機電流以較平緩的曲線再次上升，而且甚至產(chǎn)生超調(diào)。在另一過程中，風機電流再次衰減，但時間周期較長。最后，風機電流在一個較長的時間內(nèi)再次上升，直到下一換向開始，并且重復(fù)這一過程。
在此，換向的各個時間點(比如時間點tn、tn+1和tn+2)之間的間隔直接取決于風機的瞬時有效轉(zhuǎn)速。風機旋轉(zhuǎn)得越快，該間隔便越短，或者說每時間單位的這些時間點出現(xiàn)得就越多。另外，電流波動的電流陡度也改變了。
曲線變化過程和每時間單位內(nèi)換向時間點的數(shù)量還取決于風機的電機繞組構(gòu)造。有些風機電機具有多個極，而另一些則具有少數(shù)幾個極。在旋轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，每個電機繞組根據(jù)其構(gòu)造形式必須換向一次或多次，這樣，每一轉(zhuǎn)的換向時間點的數(shù)量與風機的轉(zhuǎn)速無關(guān)，但與風機電機的極數(shù)和繞組數(shù)量有關(guān)。然而在兩個換向時間點之間總存在一個分界的時間段，它至少具有足夠顯著的負電流衰減，且該衰減帶有局部最大的電流陡度。
通過測流電阻SMW，可以在測流電阻SMW與風機L之間的點上抽取測流電阻電壓USMW，附圖2中所描繪的過程以電壓形式描繪了該USMW。該電壓由低通濾波放大器TFV來抽取，并且以輸入電壓U輸入的形式通過一個輸入電容Cd傳送給下面將要詳細解釋的轉(zhuǎn)速測量電路。
轉(zhuǎn)速測量電路具有一個帶有負輸入和正輸入的運算放大器OP。在正輸入上接有參考電壓Uref，而在負輸入上接上了通過輸入電容Cd傳過來的輸入電壓U輸入。
運算放大器OP的輸出和負輸入之間接有兩個并聯(lián)的回路。一個回路中設(shè)有由兩個電阻R1和R2組成的串聯(lián)電路。另一個回路中設(shè)有二極管D，其極性方式為，在導(dǎo)通方向上把運算放大器OP的負輸入連通到輸出端。
運算放大器OP的輸出一方面與比較器K的正輸入聯(lián)接，另一方面與峰值檢波器SG的輸入相接。峰值檢波器SG的輸出另外通過電阻R7與比較器K的負輸入相接，并且還與下行比較器ABK的正輸入以及上行比較器AUFK的負輸入相接。
下行比較器ABK及上行比較器AUFK以如下方式與由三個電阻W15a、W70和W15b組成的串聯(lián)電路相聯(lián)接，即下行比較器ABK的負輸入接到電阻W15a和W70之間，而上行比較器AUFK的正輸入接到電阻W70和W15b之間。
由三個電阻W15a、W70和W15b組成的串聯(lián)電路的一端接到供電電壓VCC，另一端接到參考電壓Uref。
比較器K的負輸入在電阻R7旁邊與電阻R6相聯(lián)，而電阻R6接到參考電壓Uref上。比較器K的輸出與脈沖發(fā)生器IF相聯(lián)接，在該脈沖發(fā)生器的輸出端可抽取輸出電壓U輸出。
下行比較器ABK及上行比較器AUFK的輸出均與上行/下行計數(shù)器AAZ的輸入相聯(lián)接。上行/下行計數(shù)器AAZ具有四個計數(shù)輸出Q0、Q1、Q2和Q3，其中三個高位與各開關(guān)S1、S2和S3相聯(lián)以控制這些開關(guān)。
相對于參考電壓Uref，并根據(jù)各電阻的相應(yīng)值，接在電阻R1和R2中間點上的各開關(guān)S1、S2和S3通過R1和其各自的電阻R3、R4及R5對運算放大器OP的輸出電壓Udiff進行分壓。
運算放大器OP產(chǎn)生輸出電壓Udiff，其峰值由峰值檢波器SG轉(zhuǎn)化為峰值電壓輸出UPK。
風機電流IL用測流電阻SMW來獲得。在低通濾波放大器TFV中，風機L供電線路上的高頻干擾被消除，而風機L的電流波動沒有被濾除。過濾的截止頻率比如可以設(shè)定為約10kHz。
在經(jīng)過低通濾波放大器TFV后，風機電流IL負的電流陡度借助輸入電容Cd、運算放大器OP以及電阻R1及R2來獲得。利用單個電阻R1、R2之和R=R1+R2，以及開關(guān)S1、S2和S3斷開，輸出電壓Udiff通?？捎上率奖硎綰diff=(-R*Cd*dU輸入/dt)。
然后，輸出電壓Udiff的峰值作為輸出峰值電壓UPK而被獲取，并由此為比較器K預(yù)定一個固定的調(diào)節(jié)分量，以作為比較值。這時，通過與輸出電壓Udiff的比較，周期性重復(fù)的最大電流陡度將會導(dǎo)致一個輸出脈沖。該輸出脈沖的總和可理解為時鐘信號，而單個輸出脈沖則理解為時鐘脈沖。
如上所述，各個風機的電流陡度相互之間差別很大。在極端情況下，其變化因子可為1000。在具有低電流陡度的風機中，輸出峰值電壓UPK將會非常小。比如它可能小于供點電壓VCC與參考電壓Uref之差的15％。輸出峰值電壓UPK具有一個內(nèi)部固定的、且已調(diào)節(jié)好的最小值，該值比參考電壓Uref至少要高出一個以參考電壓Uref為基準而位于輸出電壓Udiff上的正的干擾電平。
上行/下行計數(shù)器AAZ這時進行加1計數(shù)，也即，計數(shù)器從計數(shù)輸出Q0切換到計數(shù)輸出Q1。開關(guān)S1導(dǎo)通。從而由電阻R1和R3形成分壓器。還有一部分輸出電壓Udiff被接通到電阻R2上。這提高了在運算放大器OP周圍起微分器作用的電路部分的總增益。由運算放大器OP輸入端的電阻R2和R3(并聯(lián))以及R1形成的分壓比ratio得出下面的輸入陡度的增益Udiff=(-R2*Cd*dU輸入/dt*1/ratio)。
在此，增益的提高應(yīng)選擇為小于上行/下行比較器ABK、AUFK的開關(guān)閾值比。這防止了開關(guān)的連續(xù)來回切換。
在實施例中，可以選擇因子為4。與此同時，峰值檢波器SG的輸出峰值電壓UPK也增加相同的因子，以便馬上重新保持一種穩(wěn)定狀態(tài)。
如果增益還不夠，那么在預(yù)定的過渡時間后，下一開關(guān)S2導(dǎo)通，并且另一個開關(guān)S3還可能最后隨之導(dǎo)通。同時，輸出峰值電壓UPK再次與新的增益比相匹配。此時，用作微分器的電路部分在最優(yōu)運行范圍內(nèi)運行。
如果比如由于風機L的工作電壓增高而導(dǎo)致電流陡度增大，并且輸出峰值電壓UPK變得很高，比如高于供電電壓VCC與參考電壓Uref之差的85％，那么下行比較器ABK導(dǎo)通。上行/下行計數(shù)器AAZ進行減1計數(shù)，比如從計數(shù)輸出Q3切換到計數(shù)輸出Q2。因此，總增益減小，并且輸出電壓Udiff再次處于最優(yōu)運行范圍。同時，輸出峰值電壓UPK再次與新的增益比相匹配。輸出電壓Udiff可以全部再次由比較器K正確地獲得。
增益因子都是相互均勻地進行分級的。在實施例中，如果計數(shù)輸出Q3被激活，那么上行/下行計數(shù)器AAZ會在上行計數(shù)中最終停下來。如果計數(shù)輸出Q0被激活，則它會在下行計數(shù)中停止下來。
二極管D把正的電流陡度的增益調(diào)節(jié)得很小。
脈沖發(fā)生器IF比如在風機L的換向脈沖不純的情況下對雙脈沖進行抑制。
如果峰值檢波器SG把它的輸出峰值電壓UPK以計數(shù)器讀數(shù)的形式進行數(shù)字式存儲，并且調(diào)節(jié)因子為2的正次冪或負次冪，比如4或1/4，那么輸出峰值電壓UPK的放大或縮小就特別簡單。在這種情況下，必須向右或向左移動計數(shù)器讀數(shù)僅一位或幾位，以便與新的增益值相匹配。
對于與電子換向風機的電機電流特性相似的電機，所述的轉(zhuǎn)速測量方法也同樣適用。
權(quán)利要求
1．用于電子換向風機(L)轉(zhuǎn)速測量的方法，其中風機轉(zhuǎn)速通過一個每時間單位具有相應(yīng)時鐘脈沖數(shù)的時鐘信號來指示，其特征在于對由風機(L)在其供電線路上引起并且與轉(zhuǎn)速有關(guān)的電流波動的最大電流陡度進行測量；根據(jù)測量結(jié)果，對增益范圍和比較器(K)的開關(guān)閾值實行自動匹配，所述比較器被用作產(chǎn)生時鐘信號脈沖的脈沖發(fā)生器(IF)的前置級。
2．根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于在對由風機(L)在其供電線路上引起的電流波動的電流陡度進行測量時，對負的電流陡度進行測量。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于總是根據(jù)對增益范圍及比較器(K)開關(guān)閾值的匹配，來分別對由風機(L)在其供電線路上引起的電流波動的被測最大電流陡度進行相應(yīng)地匹配。
4．根據(jù)前述權(quán)利要求的方法，其特征在于至少對增益范圍及比較器(K)的開關(guān)閾值實施非連續(xù)步驟的自動匹配。
5．用于電子換向風機(L)轉(zhuǎn)速測量的電路裝置，它帶有產(chǎn)生時鐘信號的裝置，根據(jù)風機(L)的轉(zhuǎn)速，該時鐘信號每時間單位具有相應(yīng)數(shù)量的時鐘脈沖，其特征在于設(shè)有用于對由風機(L)在其供電線路上引起的電流波動的最大電流陡度進行測量的裝置；并且設(shè)有用于對增益范圍和比較器(K)的開關(guān)閾值進行自動匹配的裝置，所述比較器被用作產(chǎn)生時鐘信號脈沖的脈沖發(fā)生器的前置級。
6．根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于設(shè)計測量電流陡度的裝置，以便僅對負的電流陡度進行測量。
7．根據(jù)權(quán)利要求5或6的電路裝置，其特征在于根據(jù)對增益范圍和比較器(K)開關(guān)閾值的匹配，設(shè)有用于對所測的最大電流陡度進行匹配的裝置。
8．根據(jù)權(quán)利要求5至7之一的電路裝置，其特征在于用于對增益范圍和比較器(K)的開關(guān)閾值進行匹配以及對所測的最大電流陡度進行相應(yīng)匹配的裝置按如下方法設(shè)計，即總是至少以一個非連續(xù)的步驟來進行各自的匹配。
全文摘要
建議一種用于電子換向風機(L)轉(zhuǎn)速測量的方法和電路裝置,其理論基礎(chǔ)為:對由風機在其供電線路上引起的電流波動的最大電流陡度進行測量,以及對增益范圍和給脈沖發(fā)生器(IF)當作前置級的比較器(K)的開關(guān)閾值進行自動匹配。
文檔編號H02P7/06GK1302474SQ99805164
公開日2001年7月4日 申請日期1999年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1998年2月20日
發(fā)明者P·布施 申請人:富士通西門子電腦股份有限公司