改造智能风扇之——普通BLDC风扇拆机分析篇

Posted 2021-07-19 三明治开发社区

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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