CN102361425B - 直流无刷变频空调控制电路 - Google Patents

直流无刷变频空调控制电路 Download PDF

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本发明公开了一种直流无刷变频空调控制电路，要解决的技术问题是对电机进行有效的控制，增加可靠性。本发明采用以下技术方案：一种直流无刷变频空调控制电路由开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块组成，所述开关电源模块分别连接直流电机驱动模块和主控板模块，主控板模块连接直流电机驱动模块。本发明与现有技术相比，采用开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块对直流变频空调的直流电机进行控制，达到节能降低了产品的成本，摆脱传统空调的忽冷忽热的送风困境，有效的起到节能的作用。

Description

直流无刷变频空调控制电路
技术领域
本发明涉及一种空调设备，特别是一种应用于空调设备的直流变频空调控制电路。
背景技术
目前在工业领域常用的电机有：交流电机，带传感器的无刷直流电机和不带传感器的无刷直流电机。其中交流电机只有高中低三速，所以电机的效率比较低，因此对于节能方面表现不突出。而带传感器的无刷直流电机运行效率高，但是该类型的电机的成本高，且在高温下运行不稳定。不带传感器的无刷直流电机因其价格便宜，运行稳定，效率高，节能，安装方便所以在医疗器械，仪器仪表，空调等领域中得到了广泛的运用，但是在驱动控制和检测方法上比较复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种直流无刷变频空调控制电路，要解决的技术问题是提高空调设备的运行效率、降低运行成本、对电机进行有效的控制，增加可靠性。
本发明采用以下技术方案：一种直流无刷变频空调控制电路，所述直流无刷变频空调控制电路由开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块组成，所述开关电源模块分别连接直流电机驱动模块和主控板模块，主控板模块连接直流电机驱动模块。
本发明的直流电机驱动模块由第一处理器、第一智能功率模块、第二处理器和第二智能功率模块组成，所述第一处理器经第一智能功率模块连接第一电机，第二处理器经第二智能功率模块连接第二电机。
本发明的开关电源模块的AC1和AC2脚接市电220V交流电压，产生+HV电压(390V)、+15V电压、+12V电压、+5V电压、+3.3V电压(3.3VDC)，其中，+HV、+15V电压脚分别连接第一智能功率模块和第二智能功率模块的+HV和+15V电压脚，开关电源模块的+12V、+5V电压脚连接主控板模块的+12V和+5V电压脚，所述开关电源模块的+5V电压脚连接第一智能功率模块和第二智能功率模块的+5V电压脚，开关电源模块的+3V3电压脚分别连接主控板模块、第一处理器、第二处理器、第一智能功率模块和第二智能功率模块的+3V3电压脚，所述开关电源模块的+24V_EXT、GND_EXT、220VAC脚连接主控板模块的+24V_EXT、GND_EXT、220VAC脚，开关电源模块的PGND脚连接第一智能功率模块和第二智能功率模块的PGND脚；开关电源模块的GND脚分别连接主控板模块、第一处理器、第二处理器、第一智能功率模块和第二智能功率模块的GND脚，开关电源模块的HV_SENSE1脚连接第一处理器的HV_SENSE1脚，HV_SENSE2脚连接第二处理器的HV_SENSE2脚。
本发明的主控板模块由主控板接口和主控板组成，主控板通过外部通讯模块插在主控板接口上。
本发明的主控板由稳压源、传感器、门卡、烧录模块、处理器MCU和通讯模块组成，所述稳压源的5V电压连接到主控板接口上+5V电压端，电压端及分别连接传感器、门卡、烧录模块、处理器MCU和通讯模块，通讯模块的24V电压端连接到主控板接口Main Microcontroller上的+24V_EXT脚，另一端连接外部通讯模块，主控板接口的+3V3脚连接到处理器的供电电源引脚，其中，外部通讯模块的MMC_SCS1、MMC_SCS2、MMC_SCLK和脚分别连接主控板接口的MC1_SCS、MC2_SCS、MC1_SCLK和MC2_SCLK，主控板连接RS485端和两线通讯端。
本发明的主控板接口的MMC_SCS1脚连接第一处理器的MC1_SCS脚，MMC_SCS2脚连接第二处理器的MC2_SCS脚，主控板接口的MMC_SCLK脚、MMC_STX脚和MMC_SRX分别对应连接第一处理器的MC1_SCLK脚、MC1_STX脚和MC1_SRX脚、第二处理器的MC2_SCLK、MC2_STX、MC2_SRX脚，外部通讯模块的MMC_SRX脚分别连接第一处理器MC1_SRX和第二处理器MC2_SRX脚，外部通讯模块的MMC_STX脚分别连接第一处理器MC1_STX和第二处理器MC2_STX，所述主控板接口的RXD_0脚和TXD_0脚分别连接第一处理器的RXD_0脚和TXD_0脚；主控板接口的RXD_1脚和TXD_1脚分别连接第二处理器的RXD_1脚和TXD_1脚，所述主控板接口的RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6和RELAY7脚连接第一附加部件扩充端子J101，RELAY0_A、RELAY0_B、RELAY1_A和RELAY1_B端连接第二附加部件扩充端子J102，RXD_0、TXD_0、RXD_1和TXD_1脚分别连接第一处理器的RXD_0、TXD_0、第二处理器RXD_1和TXD_1脚；+24V_EXT脚接的+24V_EXT端，GND_EXT脚接GND_EXT端，+3V3脚接+3V3电压端，+5V脚接+5V电压端，+12V脚接+12电压端，GND脚接地，220VAC脚接220VAC端。
本发明的第一处理器与第二处理器的MC1_SCS脚、MC1_SCLK脚、MC1_SRX脚、MC1_STX脚、MC2_SCS脚、MC2_SCLK脚、MC2_SRX脚和MC2_STX脚分别连接主控板接口的MMC_SCS1、MMC_SCLK、MMC_STX、MMC_SRX和MMC_SCS2脚，第一处理器和第二处理器的+3.3V脚连接主控板接口的+3.3V电压端，第一处理器的MC1_PWM0脚、MC1_PWM1脚、MC1_PWM2脚、MC1_PWM3脚、MC1_PWM4脚、MC1_PWM5脚、MC1_PU脚、MC1_PV脚、MC1_PW脚、MC1_CUR脚和MC1_FLT脚连接第一智能功率模块的MC1_PWM0脚、MC1_PWM1脚、MC1_PWM2脚、MC1_PWM3脚、MC1_PWM4脚、MC1_PWM5脚、MC1_PU脚、MC1_PV脚、MC1_PW脚、MC1_CUR脚和MC1_FLT脚，第一智能功率模块连接390V电压端、15V电压端，第一智能功率模块输出三相交流电压(U，V，W)为第一电机供电，第一智能功率模块的PGND脚和GND脚与PGND，GND地线相连接；第二处理器的MC2_PWM0脚、MC2_PWM1脚、MC2_PWM2脚、MC2_PWM3脚、MC2_PWM4脚、MC2_PWM5脚、MC2_PU脚、MC2_PV脚、MC2_PW脚、MC2_CUR脚和MC2_FLT脚连接第二智能功率模块的MC2_PWM0脚、MC2_PWM1脚、MC2_PWM2脚、MC2_PWM3脚、MC2_PWM4脚、MC2_PWM5脚、MC2_PU脚、MC2_PV脚、MC2_PW脚、MC2_CUR脚和MC2_FLT脚，第二智能功率模块连接390V电压端、15V电压端，第二智能功率模块输出三相交流电压(U，V，W)为第二电机供电，所述第二智能功率模块的PGND脚和GND脚还与PGND，GND地线相连接。
本发明的开关电源模块由电磁干扰模块、功率因数校正模块和电源隔离模块组成，所述电磁干扰模块经功率因数校正模块连接电源隔离模块。
本发明的电磁干扰模块的L脚、N脚和EGND脚分别对应连接外部火线L、零线N、地线EGND，电磁干扰模块的AC1脚接功率因数校正模块的AC1脚，电磁干扰模块的AC2脚接功率因数校正模块的AC2脚，功率因数校正模块的EGND脚接地线EGND，所述电磁干扰模块将处理完成后的电压经功率因数校正模块输出390V电压，所述功率因数校正模块的390VDC脚、地线PGND脚与电源隔离模块对应的390VDC脚和PGND脚相连接，所述电源隔离模块的+HV脚与电机驱动模块对应的+HV脚相连接，电源隔离模块的+15V脚连接电机驱动模块的+15V脚并为其提供电源、+12V脚连接主控板模块上的继电器和继电器的驱动芯片的RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6、RELAY7、RELAY0_A、RELAY0_B、RELAY1_A和RELAY1_B脚并为其供电，+3V3脚连接到主控板上的处理器MCU、第一处理器和第二处理器上的处理器MCU的VDD引脚并为其供电，同时给采集390VDC母线电压和传感器的温度值提供3.3V的参考电压。
本发明与现有技术相比，采用开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块对直流变频空调的直流电机进行控制，达到节能降低了产品的成本，摆脱传统空调的忽冷忽热的送风困境，有效的起到节能的作用。
附图说明
图1-1为本发明的结构框图。
图2为本发明的电路框图。
图3为本发明开关电源模块的结构框图。
图4位本发明开关电源模块的电路框图
图5为本发明直流电机驱动模块的电路框图。
图6为本发明主控板的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
如图1和图2所示，本发明的直流变频空调控制电路由开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块组成，所述开关电源模块分别连接直流电机驱动模块和主控板模块，该主控板模块还连接直流电机驱动模块，通过这三个模块可以实现直流无刷变频空调的无极调节，这样主控板可以通过室内温度传感器检测室内的温度，根据该温度值来控制电机的转速，这样就比普通的三速(高，中，低速)风机更加的节能环保，运行稳定，效率高，节能，并且能够保持室内的环境温度更加的舒适，其中；
所述直流电机驱动模块由第一处理器Motor Controller 1、第一智能功率模块Motor Drive1、第二处理器Motor Controller 2和第二智能功率模块Motor Drive2组成，所述第一处理器经第一智能功率模块连接第一电机，第二处理器经第二智能功率模块连接第二电机；
市电220V交流电压连接到开关电源模块Power Supplies的AC1和AC2脚，处理后产生+HV(390VDC)电压、+15V电压、+12V电压、+5V电压、+3.3V(3.3VDC)电压、+24V_EXT(24VDC)、GND_EXT、220VAC、PGND、GND、HV_SENSE1和HV_SENSE2，其中，+HV、+15V电压脚分别连接第一智能功率模块Motor Drive1第二智能功率模块的Motor Drive2的+HV和+15V电压脚；开关电源模块Power Supplies的+12V、+5V电压脚连接主控板接口MainMicrocontroller的+12V和+5V电压脚；开关电源模块的+5V电压脚还连接第一智能功率模块Motor Drive1和第二智能功率模块Motor Drive2的+5V电压脚；开关电源模块的+3V3电压脚分别连接主控板模块Main Microcontroller、第一处理器Motor Controller 1、第二处理器Motor Controller 2、第一智能功率模块MotorDrive1和第二智能功率模块Motor Drive2的+3V3电压脚；开关电源模块的+24V_EXT、GND_EXT、220VAC脚连接主控板接口Main Microcontroller的+24V_EXT、GND_EXT、220VAC脚；开关电源模块的PGND脚连接第一智能功率模块Motor Drive1和第二智能功率模块Motor Drive2的PGND脚；开关电源模块的GND脚分别连接主控板接口Main Microcontroller、第一处理器MotorController 1、第二处理器Motor Controller 2、第一智能功率模块Motor Drive1和第二智能功率模块Motor Drive2的GND脚；开关电源模块的HV_SENSE1脚连接第一处理器Motor Controller 1的HV_SENSE1脚，HV_SENSE2脚连接第二处理器Motor Controller 2的HV_SENSE2脚；
所述主控板接口Main Microcontroller的MMC_SCS1脚连接第一处理器Motor Controller 1的MC1_SCS脚，MMC_SCS2脚连接第二处理器MotorController 2的MC2_SCS脚，主控板接口的MMC_SCLK脚、MMC_STX脚和MMC_SRX分别对应连接第一处理器Motor Controller 1的MC1_SCLK脚、MC1_STX脚和MC1_SRX脚、第二处理器Motor Controller 2的MC2_SCLK、MC2_STX、MC2_SRX脚；主控板接口Main Microcontroller的RXD_0脚和TXD_0脚分别连接第一处理器Motor Controller 1的RXD_0脚和TXD_0脚；主控板接口Main Microcontroller的RXD_1脚和TXD_1脚分别连接第二处理器Motor Controller 2的RXD_1脚和TXD_1脚；第一处理器Motor Controller 1的MC1_PWM0、MC1_PWM1、MC1_PWM2、MC1_PWM3、MC1_PWM4、MC1_PWM5、MC1_PU、MC1_PV、MC1_PW、MD1_CUR和MD1_FLT脚分别对应连接第一智能功率模块Motor Drive1的MC1_PWM0、MC1_PWM1、MC1_PWM2、MC1_PWM3、MC1_PWM4、MC1_PWM5、MC1_PU、MC1_PV、MC1_PW、MD1_CUR和MD1_FLT脚；第二处理器Motor Controller 2的MC2_PWM0、MC2_PWM1、MC2_PWM2、MC2_PWM3、MC2_PWM4、MC2_PWM5、MC2_PU、MC2_PV、MC2_PW、MD2_CUR和MD2_FLT脚分别对应连接第二智能功率模块Motor Drive2的MC2_PWM0、MC2_PWM1、MC2_PWM2、MC2_PWM3、MC2_PWM4、MC2_PWM5、MC2_PU、MC2_PV、MC2_PW、MD2_CUR、MD2_FLT；第一智能功率模块Motor Drive1的MD1_PU、MD1_PV和MD1_PW脚分别连接第一个电机的U、V、W三相上；第二智能功率模块Motor Drive2的MD2_PU、MD2_PV和MD2_PW脚连接到第二个电机U、V、W三相上。
如图3和图4所示，本发明的开关电源模块由电磁干扰模块EMC、功率因数校正模块PFC和电源隔离模块组成，所述电磁干扰模块EMC的L脚、N脚和EGND脚分别对应连接外部火线L、零线N、地线EGND，电磁干扰模块EMC的AC1脚接功率因数校正模块PFC的AC1脚，电磁干扰模块EMC的AC2脚接功率因数校正模块PFC的AC2脚，功率因数校正模块PFC的EGND脚接地线EGND，所述电磁干扰模块EMC将处理完成后的电压经功率因数校正模块PFC输出390V电压，功率因数校正模块PFC的390VDC脚、地线PGND脚与电源隔离模块DC-DC对应的390VDC脚和PGND脚相连接，电源隔离模块DC-DC输出+HV，GND脚接地，所述+HV脚与电机驱动模块对应的+HV脚相连接，+15V脚连接电机驱动模块的+15V脚并为其提供电源，+12V脚连接主控板接口上的继电器和继电器的驱动芯片的RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6、RELAY7、RELAY0_A、RELAY0_B、RELAY1_A和RELAY1_B脚并为其供电，+3V3脚连接到主控板的处理器MCU、第一处理器和第二处理器上的处理器MCU的VDD引脚并为其供电，同时给采集390VDC母线电压和传感器的温度值提供3.3V的参考电压。
如图5所示，本发明的直流电机驱动模块由采用芯片LM3S618的第一处理器Motor Controller 1、第二处理器Motor Controller 2、第一智能功率模块MotorDrive1和第二智能功率模块Motor Drive2组成。所述第一处理器Motor Controller1与第二处理器Motor Controller 2的MC1_SCS脚、MC1_SCLK脚、MC1_SRX脚、MC1_STX脚、MC2_SCS脚、MC2_SCLK脚、MC2_SRX脚和MC2_STX脚分别连接主控板接口Main Microcontro1ler的MMC_SCSl、MMC_SCLK、MMC_STX、MMC_SRX和MMC_SCS2，+3.3V脚连接主控板接口的+3.3V电压端，第一处理器Motor Controller 1的MC1_PWM0脚、MC1_PWM1脚、MC1_PWM2脚、MC1_PWM3脚、MC1_PWM4脚、MC1_PWM5脚、MC1_PU脚、MC1_PV脚、MC1_PW脚、MC1_CUR脚和MC1_FLT脚连接第一智能功率模块Motor Drive1的MC1_PWM0脚、MC1_PWM1脚、MC1_PWM2脚、MC1_PWM3脚、MC1_PWM4脚、MC1_PWM5脚、MC1_PU脚、MC1_PV脚、MC1_PW脚、MC1_CUR脚和MC1_FLT脚，第一智能功率模块Motor Drive1还连接390V电压端、15V电压端，第一智能功率模块Motor Drive1输出三相交流电压U，V，W为第一电机供电，所述第一智能功率模块的PGND脚和GND脚还与PGND，GND地线相连接；第二处理器Motor Controller 2的MC2_PWM0脚、MC2_PWM1脚、MC2_PWM2脚、MC2_PWM3脚、MC2_PWM4脚、MC2_PWM5脚、MC2_PU脚、MC2_PV脚、MC2_PW脚、MC2_CUR脚和MC2_FLT脚连接第二智能功率模块Motor Drive2的MC2_PWM0脚、MC2_PWM1脚、MC2_PWM2脚、MC2_PWM3脚、MC2_PWM4脚、MC2_PWM5脚、MC2_PU脚、MC2_PV脚、MC2_PW脚、MC2_CUR脚和MC2_FLT脚，第二智能功率模块Motor Drive2还连接390V电压端、15V电压端，第二智能功率模块Motor Drive2还输出三相交流电压(U，V，W)为第二电机供电，所述第二智能功率模块的PGND脚和GND脚还与PGND，GND地线相连接；
所述主控板接口的RELAY2、RELAY3、RELAY4、RELAY5、RELAY6和RELAY7脚连接第一附加部件扩充端子J101，RELAY0_A、RELAY0_B、RELAY1_A和RELAY1_B端连接第二附加部件扩充端子J102，RXD_0、TXD_0、RXD_1和TXD_1脚分别连接第一处理器的RXD_0、TXD_0、第二处理器RXD_1和TXD_1脚；+24V_EXT脚连接+24V_EXT端，GND_EXT脚接GND_EXT端，+3V3脚接+3V3电压端，+5V脚接+5V电压端，+12V脚接+12电压端，GND脚接地，220VAC脚接220VAC端；
如图6所示，本发明的主控板模块由设置在主控板模块下层的主控板接口和上层的主控板组成，所述主控板通过外部通讯模块插在主控板接口MainMicrocontroller上，在主控板由稳压源、传感器、门卡、烧录模块、处理器MCU(采用芯片LM3S618)和通讯模块组成，所述稳压源的5V电压连接主控板接口上的+5V电压端及分别连接其他功能模块、处理器MCU和通讯模块，通讯模块连接外部24V电压端连接到主控模块接口的+24V_EXT脚，另一端连接外部通讯模块，其他功能模块连接传感器、门卡及烧录(用于MCU自升级用的端口)，主控板接口的+3V3脚连接到MCU的供电电源引脚，其中，外部通讯模块的MMC_SCS1、MMC_SCS2、MMC_SCLK和脚分别连接主控板接口的MC1_SCS、MC2_SCS、MC1_SCLK和MC2_SCLK，外部通讯模块的MMC_SRX脚分别连接第一处理器MC1_SRX和第二处理器MC2_SRX脚，外部通讯模块的MMC_STX脚分别连接第一处理器MC1_STX和第二处理器MC2_STX，主控板还连接RS485端和两线通讯端。
本发明的工作过程如下：
(1)将市电220VAC通过开关电源模块，进行滤波处理，然后进行升压升到390VDC；
(2)将390VDC通过电源隔离模块进行降压处理，得到电压24V，15V和5V；
(3)通过电源隔离模块处理后的电压，使得MCU等一些相关的驱动芯片可以正常的工作；
(4)然后主控板模块通过发送控制命令给驱动电机模块，这样电机驱动模块就会解析主板发送过来的命令，解析完命令后，电机就可以按照要求运转起来。
作为最佳实施例：本发明的功率因数校正模块PFC采用安森美公司生产的NCP1015B或NCP1654型功率因数校正模块；电源隔离模块DC-DC采用powerintegrations公司生产的TNY278P型电源隔离模块；电机驱动模块采用三菱公司生产的IPM PS21964型的电机驱动模块；处理器MCU采用TI公司生产的LM3S618型处理器；第一处理器、第二处理器采用TI公司生产的LM3S618型处理器、第一智能功率模块、第二只能功率模块采用三菱公司生产的IPMPS21964型功率模块。
本发明的开关电源模块为驱动模块提供所需要的电压，其中EMC是减弱控制模块对电网的干扰，PFC能有效的提高功率因数，电源隔离模块为弱电部分提供电源，使得整个控制模块的运行效率得以提高并且在恶劣的环境下运行更加的可靠。由于使用的是开关电源，所以能充分的使用电能，从而达到节能的目的；所述直流电机驱动模块采用两个MCU微控制器来控制智能功率模块IPM，两颗MCU通过SPI通讯方式与主控制器进行通信；所述主控板模块主要完成对驱动部分的控制，采用SPI总线通讯方式与电机驱动板进行通信。主控板模块根据用户的设置和周围的环境温度进行节能调速，使得运行中的电机更加的安静，主板的温控精度稳定，精度可达正负0.5℃，从而摆脱传统空调的“忽冷忽热”的送风困境，舒适环境随处可得，当用户外出，忘记关空调，但是主控板模块检测到门卡已经拔出，就会自动的关掉空调，从而达到节能和降低运行的费用，两线通讯接口，用于接线控器，用户通过该线控器完成对空调的控制，当用户设置空调的运行的模式的为“自动风”的时候，主控板根据周围的环境对电机进行无级调节，能有效的起到节能的作用。

Claims (1)

1.一种直流无刷变频空调控制电路，所述直流无刷变频空调控制电路由开关电源模块、直流电机驱动模块和主控板模块组成，所述开关电源模块分别连接直流电机驱动模块和主控板模块，主控板模块连接直流电机驱动模块；所述直流电机驱动模块由第一处理器、第一智能功率模块、第二处理器和第二智能功率模块组成，所述第一处理器经第一智能功率模块连接第一电机，第二处理器经第二智能功率模块连接第二电机；所述开关电源模块由电磁干扰模块、功率因数校正模块和电源隔离模块组成，所述电磁干扰模块经功率因数校正模块连接电源隔离模块；其特征在于：所述主控板模块由主控板接口和主控板组成，主控板通过外部通讯模块插在主控板接口上，所述主控板由稳压源、传感器、门卡、烧录模块、处理器MCU和通讯模块组成；所述功率因数校正模块采用NCP1015B或NCP1654型功率因数校正模块，电源隔离模块采用TNY278P型电源隔离模块，处理器MCU采用LM3S618型处理器，第一处理器、第二处理器采用LM3S618型处理器，第一智能功率模块、第二智能功率模块采用IPMPS21964型功率模块。
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