改造智能风扇之——普通BLDC风扇拆机分析篇
拆机学院:直流变频塔扇
一、概述
随着国内经济的快速发展,如今的电风扇如已一改在人们印象中的传统形象,在外观和功能上都更追求个性化。当然风扇的动力核心也由最初的交流电机,延伸出使用直流电机。这次我们通过拆解一款直流变频塔扇,从硬件上学习一下目前这种直流变频风扇的工作方式。
二、直流变频风扇
从某宝买了一台,对其进行拆机,可从结构上,可将风扇拆解为3个部分,顶部的控制部门,中间出风口和扇叶,底部的电机和电源驱动部分。
外壳除了螺丝还有卡扣,拆的时候需要注意下,太暴力,可能会造成塑料卡扣断裂,拆开外壳,下面我们分别来介绍几个部分
1、控制部分
这个部分腔体空间很大,内部只有控制板,空间充裕。
控制板主要包含WiFi模块,MCU,EEPROM、按键、指示灯、蜂鸣器和电源接口。
Wi-Fi模组用的是乐鑫的ESP-WROOM-02D,作为MCU与云端和APP端数据交互的中间桥梁,和MCU是通过串口连接。
MCU作为控制核心,连接着按键,指示灯,蜂鸣器和EPROM等设备,用来切换工作模式,风速档位等的调节;有另一个串口连接在电源接口,连接到底部的电机驱动板。
丝印部分模糊,**2034 001K003,未能找到详细资料。
EEPROM 作为数据存储单元,选用的是是ST 2K EEPROM 。
下面是整理的控制板控制逻辑框图。
2、出风口,扇叶
这部分主要是扇叶,边上有线槽,用于固定上下电路板的走线。
3、电机部分
这部分主要有电机、步进电机、电机驱动器和电源。
直流电机选用的是 MINEBEA 12V直流 无刷电机,作为风扇风量控制电机,相比传统交流电机风扇,无刷直流电机(BLDC)具有中低速转矩性能好;启动电流小,启动转矩大;无级调速、调速范围广,过载能力强;效率高、节能环保、可靠性高、稳定性好,体积小、噪音小,不使用电刷,使用寿命更长。而且交流电机使用的换向电刷往往会因为磨损,降低电机性能。
步进电机用于控制风扇的转向,转向角度的大小都是由这个电机控制的。选用的是12V直流电机,型号:35BYJ46-145。以下是减速电机的参数。
电源适配器:主要是将市电220Vac转换成12Vdc,用于满足风扇整体供电要求。
1、照片上看,输出功率有12V/1.67A。
2、电源方案采用flyback结构的AC-DC隔离电源方案。
3、高压端和低压端保持良好的电气间隙和爬电距离,达到安全用电效果,可有效防止触电。
4、保护器件有250V/2A的塑壳保险丝(红色),10D561K的压敏电阻(蓝色),MF72的NTC(黑色)。对设备雷击浪涌,器件异常引起的过温和过流起到良好的保护作用。
5、输入端安规电容(黄色)、母线上的π网络电路、高低压间的Y电容(CY1,CY2)和12V直流端的共模电感,对产品的EMI有良好的改善作用。
电机驱动器:主要是对直流无刷电机和步进电机的控制,并将12V电压转换成5V电压,输出给WiFi-MCU控制板。
电机驱动器共有4个对外接口,分别连接WiFi-MCU控制板,电源适配器,直流无刷电机和步进电机。
1、4PIN的排线连接WiFi-MCU控制板,用于给控制板供电和串口数据通信。
2、3PIN的排线连接直流无刷电机的U、V、W三个引脚;驱动电机。
3、5PIN的排线连接步进电机,用来驱动电机正反转,实现风扇摇头功能。
4、2PIN的排线连接电源适配器,电源适配器为电机驱动器提供12V直流电压。
5、电机驱动器的控制核心有一个MCU,型号是峰岹的FU6831L;FU6831L作为BLDC的控制MCU,8051内核,16KB flash,4KB XRAM, LQFP48封装,板子采用内部RC振荡做主时钟,集成BLDC控制算法。
6、用3颗驱动芯片AO4606驱动电机的U,V,W三个引脚,该芯片由一个 Nmos和Pmos组成,通过外围电路可设计成半桥驱动电路。
7、步进电机驱动方案采用达林顿驱动芯片作为步进电机的驱动芯片,采用的型号是UTC的ULN2003G,该芯片最大驱动电流可达到500mA。
8、板子包含12Vdc转5V的DC-DC电源方案,输出5V电压满足电机驱动MCU和主控板供电,12Vdc用于BLDC和步进电机的供电。
下面是整理的风扇电机驱动和摇头控制的逻辑框图。
整个直流变频风扇的工作逻辑框图如下图所示
到这里为止,拆机过程及相关资料梳理基本结束了。
三、优缺点
体验下了,对比交流电机风扇,噪音的确小很多,尤其在1、2档位时,基本听不到噪音,非常适合在深夜睡眠时使用。
相比于落地台扇,交流电机在头部,底下需要一个较大的圆盘固定在地面上,有种头重脚轻,容易倾倒的感觉;该塔扇整体重量轻,重的材料都集中在底下腔体内,重心低,不需要增加配重和很大的底盘,也立的稳,整体占地面积小,容易搬移,收纳。
对比交流电机风扇,同等风量下,直流变频电机的风扇的功耗会低很多,对室内温度的影响越小。风扇只是加快房间内的空气流动,不能降低房间内的温度,相反随着风扇持续工作,它所工作产生的功耗部分会以热量形式散发,反而抬升房间的温度,所以风扇的功耗越低,对房间温度的影响越小。
从设计生产上看,相比于传统的交流电机风扇,基于直流无刷电机的风扇的生产成本上也提升了不少,不过随着时代的发展,工程师们在设计方案上和生产工艺的不断优化,生产成本也会逐步降低。
以上就是普通BLDC风扇拆机的全部内容了,后面还会给大家分享如何将普通风扇改造成智能风扇,一起期待吧!
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