CN104246053A - 用于无刷洗衣机电动机的电动机控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于无刷洗衣机电动机(12)的电动机控制电路(10)，其具有用于所述无刷电动机的功率控制的逆变器级(14)以及用于产生用于所述逆变器级(14)的控制信号的控制级(16)。所述逆变器级由所述控制级通过控制线路(46a，46b，46c，48a，48b，48c)控制。设有用于关断所述控制线路的保护电路(50)。本发明还涉及一种具有这样的电动机控制电路的洗衣机。

Description

用于无刷洗衣机电动机的电动机控制电路

技术领域

本发明涉及一种用于无刷洗衣机电动机的电动机控制电路，其具有用于无刷电动机的功率控制的逆变器级、用于产生用于逆变器级的控制信号的控制级，其中逆变器级由控制级通过控制线路控制。此外，本发明涉及一种具有这样的电动机控制电路的洗衣机。

背景技术

在这样的电动机控制电路中，由逆变器级由所谓的中间回路的直流电压通过借助于电子开关将直流电压的正电势或负电势交替地接通到至少两个输出端子上来产生交流电压，借助于所述交流电压可以运行无刷电动机。由控制级产生用于电子开关的控制信号。在WO 2010/100030 A1中示出了这样的电动机控制电路的示例。

逆变器级和控制级共同由中间回路馈给。当电动机控制电路应控制滚筒驱动装置——即可以直接地或通过传动带使滚筒转动的电动机时，出于安全原因负责起动保护，即在门是打开的期间必须阻止滚筒驱动装置起动。这迄今通过以下方式确保：通过门接触开关中断电动机控制电路的电流馈给。DE 10 2007 009 604 A1示出这样的控制电路的示例。此外，DE 10 2008016 629 A1示出一种电路，借助于所述电路检测门接触开关的开关状态以及根据所述开关状态将不同的用电器接通到馈给电压上或者与所述馈给电压断开。

然而，在电动机控制电路中具有控制级的电路总是更频繁地负责其他控制任务。例如，可能需要通过另一逆变器级在门打开时控制碱液泵，以便将碱液容器中的剩水泵出。然而，这意味着不再允许简单地借助门接触开关使控制级与来自中间回路的电流馈给分离。

发明内容

本发明的任务在于，实现开始所述类型的电动机控制电路，其提供可靠的起动保护。

这通过用于无刷洗衣机电动机的电动机控制电路实现，所述电动机控制电路具有用于无刷电动机的功率控制的逆变器级以及用于产生用于逆变器级的控制信号的控制级，其中逆变器级由控制级通过控制线路控制，其中设有用于关断控制线路的保护电路。

借助控制线路的关断可靠地阻止：在控制级以电压馈给期间，逆变器级可以控制电动机。

根据本发明的一种有利的实施方式，逆变器级包括桥电路，其具有高边开关和低边开关。桥电路有利地用于由DC中间回路的直流电压对于无刷电动机的每一分路提供相移的交流电压。在此，在桥电路的每一分支中分别设有一个电子高边开关和一个低边开关，所述电子高边开关将电动机的一个分路与中间回路电压的高边电势连接，所述低边开关将电动机的所述分路与中间回路电压的低边电势连接。在此，形成电动机控制电路的地电势或在电压方面无论如何比高边电势更接近地电势的电势称作中间回路电压的低边电势。

在本发明的一种优选扩展方案中，对于每一分支的高边开关和低边开关分别设有分离的控制线路。通过所述方式能够实现仅仅关断控制线路的一部分，例如仅仅关断用于高边开关的控制线路或仅仅关断用于低边开关的控制线路。则通过没有关断的控制线路即使在保护电路激活的情况下总是能够实现电动机的短路制动。这是有利的，因为通过所述方式可以阻止：当在脱水运行中没有进行开关的控制时，电动机通过桥电路的开关晶体管中的空载二极管将感应电压回馈到中间回路中。这样的感应电压可以导致控制电路的损害。然而，即使仅仅关断用于高边开关或低边开关的控制线路，也确保了起动保护，因为仅仅通过接通中间回路电压的一个电势在电动机中不可以产生旋转场并且因此无法实现电动机的起动。

特别有利的是，保护电路关断用于高边开关的控制线路。随后，尤其在短路制动时将电动机的分路连接到中间回路电压的更低电势上。

根据本发明的另一种有利扩展方案，保护电路具有用于门接触信号的控制输入端。因此，所述保护电路的控制输入端直接与一个常用的门接触开关连接。尤其可以提出，门接触开关和保护电路的输入端之间不需要其他逻辑或电势匹配。因此，根据本发明的电动机控制电路尤其可以简单地集成到现有的洗衣设备设计中或者甚至在更换时改装到已经现有的设备中。尤其可以提出，可以以电网交流电压加载控制输入端。

有利地，保护电路具有用于关断控制线路的至少一个控制输出端，其具有光电耦合器。通过所述方式可以实现保护电路和控制线路的电流分离，尤其当在保护电路的控制输入端上通过门接触开关施加电网电压时。

此外，本发明还实现了一种具有根据权利要求1至7中任一项所述的电动机控制装置的洗衣机。这样的洗衣机提供可靠的滚筒起动保护，其具有以下优点：在控制级中可以实现附加的功能。

附图说明

由参考附图的以下说明得出本发明的其他优点和特征。附图示出：

图1：根据本发明的第一实施方式的电动机控制电路的示意性框图。

图2：根据本发明的一种扩展方案的详细框图。

具体实施方式

在图1中的框图中示意性地示出了用于无刷直流电动机12的电动机控制电路10。电动机控制电路10具有用于具有三个分路U、V、W的无刷电动机12的功率控制的逆变器级14以及用于产生用于逆变器级14的控制信号的控制级16。电动机控制电路10具有中间回路，其具有低边电势和高边电势，在所述低边电势和所述高边电势之间施加直流电压——中间回路电压U_zw。在此，所述低边电势形成电动机控制电路的地电势GND，其中在所示实施例中所述高边电势相对于低边电势引导正的直流电压电势+DC。通过具有整流器18和电容器20的电网部件由施加在端子L、N上的电网交流电压获得中间回路电压U_zw。

中间回路电压U_zw可以是几百伏特，典型地是300至400伏特，以便提供用于控制BLCD电动机12的足够功率。

逆变器级14具有桥电路，所述桥电路具有三个高边开关22a、22b、22c和三个低边开关24a、24b、24c。所述高边开关22a、22b、22c和所述低边开关24a、24b、24c在图1中示例性地表示为IGBT(具有绝缘栅电极的双极型晶体管)，其分别具有集电极连接端、发射极连接端和栅极连接端和集成的空载二极管。然而，本发明也可应用于其他技术的电动机控制，例如具有功率MOSFET。

高边开关22a、22b、22c的集电极连接端与中间回路的高边电势+DC连接。低边开关24a的发射极通过分流电阻26a与中间回路的地电势GND连接，低边开关24b的发射极通过分流电阻26b与中间回路的地电势GND连接，并且低边开关24c的发射极通过分流电阻26c与中间回路的地电势GND连接。由高边开关22a与低边开关24a、高边开关22b与低边开关24b、高边开关22a与低边开关24a构成的对中的每一个形成桥电路的一个分支。BLCD电动机12的分路U、V、W中的每一个与桥电路的分支中的每一个连接，更确切地说，分路U与高边开关22a的发射极连接端和低边开关24a的集电极连接端连接，分路V与高边开关22b的发射极连接端和低边开关24b的集电极连接端连接，并且分路W与高边开关22c的发射极连接端和低边开关24c的集电极连接端连接。

此外，设有驱动器模块30，其具有三个高边驱动器输入端32a、32b、32c和三个低边驱动器输入端34a、34b、34c以及三个高边驱动器输出端36a、36b、36c和三个低边驱动器输出端38a、38b、38c。在此，驱动器模块30的驱动器输入端32a、32b、32c、34a、34b、34c在所示实施方式中同时形成逆变器级的控制输入端。驱动器模块30的高边驱动器输出端36a与高边开关22a的栅极连接端连接。相应地，其余的驱动器输出端36b、36c、38a、38b、38c连接到高边开关22b、22c和低边开关24a、24b、24c的栅极上。

驱动器模块30的高边驱动器输出端36a通过以下方式分配给高边驱动器输入端32a：在驱动器模块30中如果需要则进行信号电平和信号逻辑的匹配。为此，如此实施驱动器输入端32a上的控制信号，使得可以正确地控制高边开关22a的栅极。相应地，其余的驱动器输入端32b、32c、34a、34b、34c分配给驱动器输出端36b、36c、38a、38b、38c。

在驱动器模块30中，其余的输入端例如设置用于监视电动机12的分路U、V、W上的电压和相位，其对于本发明而言是不重要的并且在说明书中没有详细阐述。

此外，在逆变器级中可以施加其余的功能单元，例如电流监视电路40(如其在图1中通过虚线示出的那样)，但其对于本发明的理解而言是不重要的。

控制级16具有三个高边控制输出端42a、42b、42c和三个低边控制输出端44a、44b、44c，在所述三个高边控制输出端和所述三个低边控制输出端上提供用于控制低边开关24a、24b、24c和高边开关22a、22b、22c的控制信号。为此，控制级16有利地实施为微处理器。控制级16此外可以执行附加的其他任务，例如通过其他的数据与测量输入端借助于电流测量装置40进行BLCD电动机12的分路电流的监视(如其在图1中在逆变器级14的示图中示出的那样)或中间回路的监视。同样可以由中间回路馈给控制级16，优选通过电压转换器49。

根据本发明，控制级16通过高边控制线路46a、46b、46c控制逆变器级14的高边开关22a、22b、22c，所述高边控制线路将控制级16的高边控制输出端42a、42b、42c与驱动器模块30的高边驱动器输入端32a、32b、32c连接。通过相同的方式，由控制级16通过低边控制线路48a、48b、48c控制逆变器级14的低边开关24a、24b、24c，所述低边控制线路将低边控制输入端44a、44b、44c与驱动器模块30的低边控制输入端34a、34b、34c连接。

此外，设有用于关断控制线路的保护电路50。为此，保护电路50具有关断输出端52，其在图2中象征性地与高边控制线路46a、46b、46c连接。此外，保护电路50具有控制输入端54，在所述控制输入端上通过门接触开关56连接有电网电压的端子N。在保护电路50的零电势输入端58上连接有电网电压的端子N。在此应注意，电网交流电压的在洗衣机中存在的相设有端子标记L和N，其通常通过接插连接和/或主开关与家用电流连接端连接。

现在以下阐述根据本发明的电动机控制电路10的功能。由整流器18和电容器20构成的电网部件提供DC中间回路电压，其具有正高边电势+DC和负低边电势-DC，所述负低边电势在所描述的实施方式中表示电动机控制电路10的地电势GND。中间回路电压Uzw通常是约300-400伏特直流电压，以便提供例如用于洗衣机的滚筒的驱动的足够功率。

控制级16同样由中间回路馈给，优选地通过DC/DC转换器49，更确切地说，以例如用于在控制级中构造的微处理器的3.3伏特的低运行电压V_bb以及在需要的情况下其他低运行电压。

控制级16在其高边控制输出端42a、42b、42c上以及在其低边控制输出端44a、44b、44c上提供控制信号，借助所述控制信号可以分别接通高边开关22a、22b、22c和低边开关24a、24b、24c。通过已知的方式，控制信号如此构造，使得高边开关22a、22b、22c和低边开关24a、24b、24c交替地相位错开地接通高边电势或低边电势，从而向BLDC电动机12的三个分路U、V、W提供三相交流电压，以便使电动机12运行。

在此，通过高边控制线路46a、46b、46c和低边控制线路48a、48b、48c向控制级14传输来自控制级16的控制信号，其中设有用于高边开关22a的控制的高边控制线路46a。相应地，分别设有用于高边开关22b、22c之一的其余的高边控制线路46b、46c之一以及分别设有用于低边开关24a、24b、24c之一的低边控制线路48a、48b、48c之一。根据控制级的构造，低边控制线路46a、46b、46c和高边控制线路48a、48b、48c上的控制信号以与中间回路电压相比小的电平存在。因此，借助于驱动器模块30使控制信号匹配于高边开关22a、22b、22c和低边开关24a、24b、24c所需的电平。此外，也可能需要进行逻辑匹配和/或定时匹配。

只要洗衣机的滚筒的门是闭合的，则门接触开关56也是闭合的。则在保护电路50的控制输入端54上相对于地输入端58施加通过门接触开关56接通的开关电压，例如在洗衣机中存在的电网电压，在图1中以端子标记L和N表示。随后，保护电路50通过关断输出端52来释放高边控制线路46a、46b、46c。因此，控制级16可以如以上所述的那样控制逆变器级14，从而BLDC电动机12可以使洗涤滚筒转动。

一旦打开洗涤滚筒的门，则门接触开关56中断至保护电路50的控制输入端54的开关电压。随后，保护电路50通过其关断输出端52关断高边控制线路46。随后，控制级16不再可以控制高边开关22a、22b、22c。因此不再能够实现以三相交流电压馈给BLDC电动机12的分路U、V、W并且使滚筒运行。

因此，在门接触开关56打开时，通过保护电路50有效地阻止使洗涤滚筒运动。

因为由保护电路50仅仅关断高边控制线路46a、46b、46c，所以仍始终可以通过低边控制线路48a、48b、48c接通低边开关24a、24b、24c。因此能够实现BLDC电动机12的分路U、V、W对地GND短路，以便通过短路制动使电动机12静止。这例如当由于故障使滚筒的门在洗涤程序期间——尤其在脱水期间打开时可能是必需的。

现在以下更详细地阐述本发明的有利扩展方案。为此，在图2中局部更详细地示出了用于保护电路50和高边控制线路46a、46b、46c的接线的示例性构型。其余的电路——尤其是逆变器级14没有详细示出，其已经在图1中公开。

保护电路50包含比较器60，其具有参考输入端62、比较输入端64和输出端66。在控制输入端54和零电势输入端58之间连接有分压器70，所述分压器具有抽头72。所述抽头72通过整流器74与比较器60的比较输入端64连接。当以电网电压加载控制输入端54时，与控制输入端54连接的整流器电路76提供用于比较器60的经稳定的运行电压Vss。比较器60的参考输入端62通过电阻78与运行电压Vss连接。此外，保护电路50具有光电耦合器80，其具有阳极输入端和阴极输入端以及集电极输出端和发射极输出端。阳极输入端与运行电压Vss连接，阴极输入端与比较器60的输出端66连接。光电耦合器80的集电极输出端形成关断输出端52以及发射极输出端形成保护电路50的地输出端53。

高边控制线路46a的以下描述的电路示例性地仅仅针对高边控制线路46a、46b、46c之一详细描述并且在图2中示出。然而，另外两个高边控制线路46b、46c的接线相同地实施，如在图2中通过虚线示出的那样。

根据所述接线，在高边控制线路46a中在控制级16和逆变器级14之间插入去耦合电阻82a，由此控制线路46a分为两部分。第一部分46a1将控制级16的控制输出端42a与去耦合电阻82a连接。第二部分46a2将去耦合电阻82a与逆变器级14的输入端32a连接。此外，第一部分46a1通过下拉电阻84a接地GND。此外，所述接线包括下拉驱动器86a，其具有开关晶体管88a，所述开关晶体管的基极通过一个电阻与保护电路50的开关输出端52连接。开关晶体管88a的发射极与电动机控制电路10的地GND连接并且开关晶体管88a的集电极与控制线路46a的第二部分46a2连接。保护电路50的开关输出端52此外通过上拉电阻90与开关级16的运行电压V_bb连接。

现在，以下描述保护电路50的在图2中示出的构型的功能。当门接触开关56闭合时，在控制输入端54和保护电路50的零电势输入端58之间施加电网交流电压，例如230伏特AC。随后，整流器电路76提供用于比较器60的经稳定的运行电压Vss。经稳定的运行电压Vss也通过电阻78施加在比较器60的参考输入端62上。电网交流电压的在抽头72上提供的分电压通过整流器74提供给比较器60的比较输入端64。分压器70的大小如此确定，使得比较器60可以确定控制输入端54是否事实上与电网交流电压的L电势连接——即门接触开关56正确闭合或者在打开的开关56上是否可能施加漏电压，例如当与控制输入端54并行地另一监视单元的另一控制输入端与门接触开关56连接时。为此，分压器70的大小优选如此确定，使得抽头72上的由漏电流引起的分电压仍不足以接通比较器60。

如果比较器60确定控制输入端54和接通电压输入端58之间的输入电压具有所要求的大小，即门接触开关56可靠地闭合，则其通过其输出端66接通光电耦合器80的二极管。光电耦合器80随后相对于与电动机控制电路10的地GND连接的地输入端53接通关断输出端。因此，下拉驱动器86a的开关晶体管88a的基极下拉到地，从而开关晶体管88a截止。控制线路46a2的第二部分由此释放，从而控制级16可以上拉高边控制线路46a，以便因此接通高边开关22a。

如果门接触开关56相反是打开的，则比较器60或者完全关断(因为运行电压Vss缺失)，或者如果运行电压Vss由于漏电流可供使用，则比较器60确定控制输入端54和零电压输入端58之间的输入端电压是不够的并且不接通光电耦合管80的二极管。因此光电耦合器80的输出端是打开的，关断输出端52可以自由浮动并且由上拉电阻90拉到低伏特运行电压V_bb的电势上。因为开关晶体管88a的基极与保护电路50的开关输出端52的现在上拉的电势连接，所以开关晶体管88a将控制线路的第二部分46a2接地GND。虽然控制级16现在可以通过高边控制输出端42a将高边控制线路的第一部分46a1上拉，但因为控制线路的第一部分46a1通过去耦合电阻82与高边控制线路的第二部分46a2去耦合，所以其留在地GND的电势上，从而不可以接通高边开关22a。

两个其余的高边控制线路46b和46c通过相同的方式连接，如在图2中通过虚线示出的那样。

即示出了，当门接触开关56打开时，保护电路50可以有效地阻止高边开关22a、22b、22c的接通。

当然，所示的详细电路仅仅是示例性地对于本领域技术人员熟知的替代连接。取决于用于控制级16和逆变器级14的电路逻辑，可以通过其他方式关断高边控制线路46a、46b、46c，例如通过上拉驱动器而不通过下拉驱动器。相应地，控制输出端42a、42b、42c可以借助上拉电阻拉到运行电压V_bb的电势上。

此外，本发明不限于示例性示出的实施方式，而是包括所阐述的并且在权利要求中公开的特征的全部在技术上有意义的组合。

例如可以提出，控制级仅仅通过一个控制线路与逆变器级连接，通过所述控制线路传输用于高边开关和低边开关的控制信号。在此，由所述控制信号获得用于逆变器级中的各个高边开关和低边开关的各个开关信号，例如通过相移和翻转。

也可以提出，控制级与逆变器级通过一个高边控制线路和一个低边控制线路连接，通过所述高边控制线路和低边控制信号分别传输用于高边开关的控制信号和用于低边开关的控制信号，以及相应地在逆变器级中由所述控制信号获得用于各个高边开关和低边开关的各个开关信号。

Claims (9)

1.一种用于无刷洗衣机电动机(12)的电动机控制电路(10)，其具有：

用于所述无刷电动机的功率控制的逆变器级(14)，

用于产生用于所述逆变器级(14)的控制信号的控制级(16)，

其中，所述逆变器级由所述控制级通过控制线路(46a，46b，46c，48a，48b，48c)控制，

其特征在于，设有用于关断所述控制线路的保护电路(50)。

2.根据权利要求1所述的电动机控制电路，其中，所述逆变器级(14)包括桥电路，所述桥电路具有高边开关(22a，22b，22c)和低边开关(24a，24b，24c)。

3.根据权利要求2所述的电动机控制电路，其中，对于高边开关(22a，22b，22c)和低边开关(24a，24b，24c)分别设有分离的控制线路。

4.根据权利要求3所述的电动机控制电路，其中，所述保护电路(50)关断用于所述高边开关(22a，22b，22c)的控制线路。

5.根据权利要求2至4中任一项所述的电动机控制电路，其中，所述桥电路设计成三相的。

6.根据以上权利要求中任一项所述的电动机控制电路，其中，所述保护电路(50)具有用于门接触信号的控制输入端(54)。

7.根据以上权利要求中任一项所述的电动机控制电路，其中，所述保护电路(50)具有至少一个控制输出端(52)，其具有光电耦合器(80)，用于关断所述控制线路(22a，22b，22c)。

8.一种洗衣机，其具有根据权利要求1至7中任一项所述的电动机控制电路。

9.根据权利要求8所述的洗衣机，其中，所述洗衣机具有门接触开关(56)，其与所述保护电路(50)的控制输入端(54)连接。