BLDC风扇方案介绍-硬件部分

一、概述

改革开放以来，随着国内经济的快速发展，如今的电风扇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。而远程控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的电风扇厂家采用，并增加了驱蚊、低噪声、等更多的实用功能。这些外观不拘一格并且功能多样的产品，预示了整个电风扇行业的发展趋势。

随着消费者对健康的日益关注，厂家将提高空气质量，便携移动，低噪声等方向的功能融合进入电风扇产品中，本文主要介绍目前市场上新颖的风扇类型：直流变频风扇方案。

二、方案框图

三、方案选型

直流电机选用的是 MINEBEA 12V直流三相无刷电机，作为风量控制电机，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。

三相无刷直流电机的驱动原理

三相无刷直流电机的电流流向图

红色流向：电流从AH高位MOS流入电机的MOT A，再从MOT B流出，经过BL低位MOS回到电源负端。

蓝色流向：电流从BH高位MOS流入电机的MOT B，再从MOT C流出，经过CL低位MOS回到电源负端。

绿色流向：电流从CH高位MOS流入电机的MOT C，再从MOT A流出，经过AL低位MOS回到电源负端。

电机驱动器：主要是对直流无刷电机的控制。

采用峰岹的BLDC解决方案，采用FU6832作为BLDC的控制MCU，双核：8051内核+ME，16KB flash，256 bytes IRAM, 768 bytes XRAM SSOP24封装，集成BLDC控制算法。

FU6832S芯片有6个指定引脚H_PU H_PV H_PW L_U L_V L_W用于控制三相直流无刷电机，内置上拉电阻和下拉电阻，高电平最大值是VCC电压。

只要将芯片供电的输入电压和电机工作电压保持相同，就不需要再在这些引脚的外围增加电平转换电路，可直接用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，通过通过引脚走线可设计成半桥驱动电路。

FU6832S芯片内置1个可配置增益的独立运算放大器，外围增加取样电阻，便可用于实现电机过流检测保护

电机正反转监测电路，通过电阻分压后，进入FU6832S芯片14、15、16脚。

因为FU6832S芯片数字电路引脚的电平是5V，Wi-Fi模块的引脚电平是3.3V，因此两个通信间需要增加电平转换电路

Wi-Fi模组选择涂鸦SOC方案模组——CBU；它由一个高集成度的无线射频芯片 BK7231N 和少量外围器件构成，可以支持 AP 和 STA 双角色连接，并同时支持 BLE 连接，运行速度最高可到 120 MHz ，还内置2Mbyte 闪存和 256 KB RAM。它拥有的外设：PWM、UART、SPI；其中可配置6路的 32 位硬件 PWM ，非常适合高品质的 LED 控制。模组可用普通IO口有16个，也满足方案对IO口的需求。

方案调节风量采用旋钮编码器作为风量调节旋钮，顺时针调大，逆时针调小，该编码器可根据要求，设置需要的档位数。该器件手柄支持360°选择，结构上无限位点。

旋钮编码器采购链接

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编码器的脉冲波形如下图

编码器的外围电路

方案设计4个按键，按键均设置为低电平有效，按键功能分别是：

电源按键：用于开启关闭风扇。

定时按键：用于设置风扇定时开/关的时间段。

Wi-Fi配网重置按键：用于清除已联网的Wi-Fi的网络信息，恢复到出厂设置状态。

模式按键：用于设置风扇工作模式：直吹模式，睡眠模式，自然风模式等。

注：模式按键在编码器上。

方案设计8个指示灯，指示灯直接Wi-Fi模组的IO口控制，设置均为低电平点亮，指示灯的功能分别是：

4个档位指示灯，3个模式指示灯和1个网络状态指示灯。

方案增加一个指示灯亮度调节控制IO口，可设置调节LED指示灯亮度。

方案采用PWM信号作为Wi-Fi模组和电机驱动控制芯片（FU6832S）的交互信号。Wi-Fi模组及外围电路如下图所示

电源直接选用绿源国标电源插头，输出 12Vdc/2A，用于满足风扇整体供电要求。

方案还需要一个12Vdc转3.3Vdc的转换电路，用于Wi-Fi模组及外围供电；一个12Vdc转5Vdc的转换电路，用于电机控制芯片（FU6832S）及外围供电；

转换电路采用基于矽力杰的SY8121B芯片的buck电路，SY8121B是一款高效，响应速度快的同步整流方案的DC-DC转换芯片。

输入电压范围：4.5V~18V

输出电流：2A（max）

四、实现原理图

1、Wi-Fi模组及外围电路

2、DC-DC转换电路

3、电机控制芯片（FU6832S）及外围电路

五、组装实物

电机驱动板和电压转换板

Wi-Fi模组控制板