CN105634375B

CN105634375B - 电机调速装置及家用电器

Info

Publication number: CN105634375B
Application number: CN201610202566.1A
Authority: CN
Inventors: 刘锦泉; 郭新生; 张求胜; 李智峰
Original assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Environment Appliances Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Midea Group Co Ltd; GD Midea Environment Appliances Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2016-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2020-06-26
Anticipated expiration: 2036-03-31
Also published as: CN105634375A

Abstract

本发明公开了一种电机调速装置及家用电器，其中，该电机调速装置包括：与电机并联的第一开关模块；与电机串联的第二开关模块；变压器，变压器的初级线圈与电源相连，变压器具有第一次级线圈和第二次级线圈；分别与第一次级线圈和第二次级线圈相连的第一隔离电源和第二隔离电源；驱动第一开关模块的第一驱动器；驱动第二开关模块的第二驱动器；控制模块，控制模块用于通过第一PWM信号控制第一驱动器，并通过第二PWM信号控制第二驱动器，其中，第一PWM信号和第二PWM信号相互自锁。本发明实施例的电机调速装置能够有效控制开关模块的开启和关闭时间，避免了器件的损坏，提高了自身的可靠性。

Description

电机调速装置及家用电器

技术领域

本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种电机调速装置及家用电器。

背景技术

相关技术中，如图1所示，通过“单相交流电开关电路”PWM(Pulse WidthModulation，脉冲宽度调制)进行调制。具体地，对电机两端的电压进行高速开启和关闭，以便调节电机两端的平均电压，来达到调速的目的。当“电机感性电流泄放回路”为开关电路时，图1可以简化为图2。如图2所示，K1和K2之间的开关死区时间(即：K1关到K2开的时间以及K2关到K1开的时间)是根据K2开关时所产生的电压来控制，死区时间不可控，且受K1、K2器件的时间特性差异影响较大，可能导致K1和K2出现暂时短路，导致K1和K2温升高，甚至烧掉。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种电机调速装置。该电机调速装置能够有效控制开关模块的开启和关闭时间，避免器件的损毁，从而能够提高自身的可靠性。

本发明的第二个目的在于提出一种家用电器。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种电机调速装置，包括：与电机并联的第一开关模块；与所述电机串联的第二开关模块；变压器，所述变压器的初级线圈与电源相连，所述变压器具有第一次级线圈和第二次级线圈；分别与所述第一次级线圈和第二次级线圈相连的第一隔离电源和第二隔离电源；驱动所述第一开关模块的第一驱动器；驱动所述第二开关模块的第二驱动器；控制模块，所述控制模块用于通过第一PWM信号控制所述第一驱动器，并通过第二PWM信号控制所述第二驱动器，其中，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号相互自锁。

根据本发明实施例的电机调速装置，由控制模块通过第一PWM信号控制第一驱动器，并通过第二PWM信号控制第二驱动器，进而通过第一驱动器驱动第一开关模块，通过第二驱动器驱动第二开关模块，从而实现对开关模块的开启和关闭时间的控制，避免器件的损毁，从而能够提高自身的可靠性。

另外，根据本发明上述实施例的电机调速装置还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述第一隔离电源包括：第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一次级线圈的第一端相连，所述第一二极管的阴极与所述第一驱动器相连；第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一电容的第二端与所述第一次级线圈的第二端相连，且所述第二端与所述第一开关模块相连。

根据本发明的一个实施例，所述第二隔离电源包括：第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二次级线圈的第一端相连，所述第二二极管的阴极与所述第二驱动器相连；第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第二电容的第二端与所述第二次级线圈的第二端相连，且所述第二端与所述第二开关模块相连。

根据本发明的一个实施例，所述第一驱动器为光耦或隔离变压器。

根据本发明的一个实施例，所述第一开关模块和所述第二开关模块分别包括第一开关管和第二开关管，所述电机调速装置还包括：与所述第一开关管并联的第一吸收模块；与所述第二开关管并联的第二吸收模块。

根据本发明的一个实施例，所述电机调速装置还包括：与所述电机并联的第三吸收模块。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块，还用于根据以下公式确定死区时间：死区时间T＝(第二驱动器的延时时间+第二开关管的关闭时间+第二开关管的延时时间)-(第一驱动器的延时时间+第一开关管的开启时间+第一开关管的延时时间)。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块，还用于根据以下公式确定死区时间：根据所述第三吸收模块中的电阻和电容，以及所述第一开关管和第二开关管的温升从所述死区时间中确定最优平衡值。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块上电初始化，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号均输出低电平以使所述第一开关管和所述第二开关管断开；开机后，所述第一PWM信号在等待所述第二PWM信号为低电平第一预设时间后，变为高电平，以及所述第二PWM信号在等待所述第一PWM信号为低电平第二预设时间后，变为高电平，其中，所述第一预设时间和所述第二预设时间为死区时间。

为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种家用电器，包括：电机和本发明上述实施例的电机调速装置。该家用电器中的电机调速装置能够有效控制开关模块的开启和关闭时间，避免器件的损毁，从而能够提高该家用电器调速系统的可靠性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术中电机调速方法的示意图；

图2是相关技术中电机调速方法的原理图；

图3是根据本发明实施例的电机调速装置的结构示意图；

图4是根据本发明实施例的控制模块输出的PWM信号示意图。

附图标记：

电机调速装置100、第一开关模块110、第二开关模块120、变压器130、初级线圈131、第一次级线圈132、第二次级线圈133、第一隔离电源140、第二隔离电源150、第一驱动器160、第二驱动器170、控制模块180、第一吸收模块191、第二吸收模块192和第三吸收模块193。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考附图描述本发明实施例的电机调速装置及家用电器。

图3是根据本发明实施例的电机调速装置的结构示意图。如图3所示，该电机调速装置100包括：第一开关模块110、第二开关模块120、变压器130、第一隔离电源140、第二隔离电源150、第一驱动器160、第二驱动器170和控制模块180。

具体地，第一开关模块110与电机并联，第二开关模块120与电机串联。

在本发明的实施例中，如图3所示，第一开关模块110和第二开关模块120分别包括第一开关管K1和第二开关管K2，其中，第一开关管K1和第二开关管K2可以是MOS(Metal-Oxid-Semiconductor，金属-氧化物-半导体)管。进一步地，电机调速装置100还包括：第一吸收模块191、第二吸收模块192和第三吸收模块193，其中，第一吸收模块191与第一开关管K1并联，第二吸收模块192与第二开关管K2并联，第三吸收模块193与电机并联。更进一步地，如图3所示，该电机调速装置100还包括第一整流模块Z1和第二整流模块Z2。

其中，如图3所示，第一吸收模块191包括第一电阻R1和第三电容C3，第一电阻R1的一端与第三电容C3的一端相连，第一电阻R1的另一端分别与第一整流模块Z1的a1端和第一开关管K1的第一端相连，第三电容C3的另一端分别与第一整流模块Z1的c1端和第一开关管K1的第二端相连；第二吸收模块192包括第二电阻R2和第四电容C4，第二电阻R2的一端与第四电容C4的一端相连，第二电阻R2的另一端分别与第二整流模块Z2的a2端和第二开关管K2的第一端相连，第四电容C4的另一端分别与第二整流模块Z2的c2端和第二开关管K2的第二端相连；第三吸收模块193包括第三电阻R3和第五电容C5，第三电阻R3的一端与第五电容C5相连，第三电阻R3的另一端分别与电机的一端和第一整流模块Z1的b1端相连，第五电容C5的另一端分别与电机的另一端、第一整理模块的d1端和第二整流模块的b1端相连。其中，第一整流模块Z1由第三二极管～第六二极管(即D5～D8)组成，且第一整流模块Z1的b1端与电源的A端相连，第二整流模块Z2由第七二极管～第十二极管(即D7～D10)组成，且第二整流模块Z2的d1端与电源的B端相连。

优选地，第三二极管～第十二极管(即D3～D10)可以是nS(即纳秒)级高速开关管，例如快恢复二极管UF4007。

变压器130的初级线圈131与电源相连，其中，变压器130具有第一次级线圈132和第二次级线圈133。

第一隔离电源140与第一次级线圈132相连，第二隔离电源150与第二次级线圈133相连。

在本发明的实施例中，如图3所示，第一隔离电源140包括：第一二极管D1和第一电容C1，其中，第一二极管D1的阳极与第一次级线圈132的第一端相连，第一二极管D1的阴极与第一驱动器160相连；第一电容C1的第一端与第一二极管D1的阴极相连，第一电容C1的第二端与第一次级线圈132的第二端相连，且第二端与第一开关模块110相连。

优选地，第一隔离电源140可以给第一驱动器160和第一开关管K1供电。

第二隔离电源150包括：第二二极管D2和第二电容C2，其中，第二二极管D2的阳极与第二次级线圈133的第一端相连，第二二极管D2的阴极与第二驱动器170相连；第二电容C2的第一端与第二二极管D2的阴极相连，第二电容C2的第二端与第二次级线圈133的第二端相连，且第二端与第二开关模块120相连。

优选地，第二隔离电源150可以给第二驱动器170、第二开关管K2和控制模块180供电。

第一驱动器160用于驱动第一开关模块110，第二驱动器170用于驱动第二开关模块120。

其中，第一驱动器160可以但不限于是光耦变压器、隔离变压器等，其具有防雷、滤波等作用。为了降低成本，优选地，第二驱动器170可以是普通的三级管，例如三级管8550等；也可以是MOS驱动专用芯片，例如IR2130、IR2103、UCC37323等。

控制模块180用于通过第一PWM信号控制第一驱动器160，并通过第二PWM信号控制第二驱动器170，其中，第一PWM信号和第二PWM信号相互自锁。

具体地，如图4所示，控制模块180可以输出交替的第一PWM信号和第二PWM信号，两个信号具有自锁功能，即第一PWM信号在等待第二PWM信号为低电平第一预设时间后，变为高电平，以及第二PWM信号在等待第一PWM信号为低电平第二预设时间后，变为高电平。其中，第一预设时间和第二预设时间称为死区时间。可以理解的是，设置合适的死区时间可有效的防止第一开关管K和第二开关管K2同时导通而烧毁的风险，或者第一开关管K1和第二开关管K2短暂的同时导通，使第一开关管K1和第二开关管K2严重发热。

需要说明的是，控制模块180上电初始化，第一PWM信号和第二PWM信号同时输出低电平，以保证第一开关管K1和第二开关管K2断开。

优选地，控制模块180可以根据以下公式确定上述死区时间：

死区时间T＝(第二驱动器170的延时时间+第二开关管K2的关闭时间+第二开关管K2的延时时间)-(第一驱动器160的延时时间+第一开关管K1的开启时间+第一开关管K1的延时时间)。

进一步地，控制模块180可以根据第三吸收模块193中的第三电阻R3和第五电容C5，以及第一开关管K1和第二开关管K2的温升从上述死区时间T中确定最优平衡值。需要说明的是，死区时间T的长短会影响MOS管漏极和源极两端的反击电压(即电机电感释放电压)的高低，如果该反击电压太高，第三电阻R3和第五电容C5吸收不了，而且死区时间T太长会导致第一开关管K1和第二开关管K2管温升高，因此可以根据第三电阻R3和第五电容C5，以及第一开关管K1和第二开关管K2的温升确定上述死区时间T的最优平衡值。

在本发明的实施例中，控制模块180可以是单片机，通过编程可以方便的输出各种所需的控制信号，且其具有集成度高、质量轻、成本低等优点。

为便于理解本发明实施例的电机调速装置的工作过程，可通过如下描述进行说明：

电机通电，控制模块180输出交替第一PWM信号、第二PWM信号控制第一开关管K1、第二开关管K2交替通断，当第一开关管K1断开后，第二开关管K2闭合，电机的电流通过D7～D10组成的桥式整流电路(即第二整流模块Z2)使第二开关管K2流过的为直流电流，而电机则仍然是交流电流，第二电阻R2、第四电容C4组成的第二吸收模块192，吸收第二开关管K2的高次谐波，防止对其它电器的干扰。

电机续流，当第二开关管K2断开后，第一开关管K1闭合，电机的续流电流通过D3～D6组成的桥式整流电路(即第一整理模块Z1)使第一开关管K1流过的为直流电流，第一电阻R1、第三电容C3组成的第一吸收模块，吸收第一开关管K1的高次谐波，防止对其它电器的干扰。

通过第三电阻R3、第五电容C5组成的第三吸收模块193对第二开关管K2关闭且电机放电时进行反压吸收，以降低第一开关管K1两端的电压，保护第一开关管K1免受高压冲击。

需要说明的是，控制模块180在上电后进行初始化，即第一PWM信号和第二PWM信号同时输出低电平，以保证第一开关管K1和第二开关管K2断开。开机后，第一PWM信号必须等待第二PWM信号变为低电平，并延时等待一段时间，才可为高电平；第二PWM信号必须等待第一PWM信号为低电平，并延时等待一段时间，才可为高电平。上述等待时间即为死区时间，该死区时间可以通过如下公式进行计算：

优选地，死区时间T可以根据第三吸收模块193中的第三电阻R3和第五电容C5及第一开关管K1和第二开关管K2的温升来计算，取最优平衡值。

在本发明的一个实施例中，第一隔离电源140电压和第二隔离电源150电压可均为12V，以保证第一开关管K1和低二开关管K2导通，且使第一开关管K1和低二开关管K2上升斜率保持一致，控制模块180的工作电压为5V。

进一步地，本发明的实施例还提出了一种家用电器，包括电机和本发明上述实施例的电机调速装置。该家用电器中的电机调速装置能够有效控制开关模块的开启和关闭时间，避免器件的损毁，从而能够提高该家用电器调速系统的可靠性。

优选地，该家用电器可以但不限于是空调器、洗衣机、风扇等。

另外，根据本发明实施例的家用电器其他构成以及作用对本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，此处不做赘述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种电机调速装置，其特征在于，包括：

与电机并联的第一开关模块，所述第一开关模块包括第一开关管；

与所述电机串联的第二开关模块，所述第二开关模块包括第二开关管；

变压器，所述变压器的初级线圈与电源相连，所述变压器具有第一次级线圈和第二次级线圈；

分别与所述第一次级线圈和第二次级线圈相连的第一隔离电源和第二隔离电源；

驱动所述第一开关模块的第一驱动器；

驱动所述第二开关模块的第二驱动器；

控制模块，所述控制模块用于通过第一PWM信号控制所述第一驱动器，并通过第二PWM信号控制所述第二驱动器，其中，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号相互自锁，所述相互自锁是指所述第一PWM信号在等待所述第二PWM信号为低电平第一预设时间后，变为高电平，以及所述第二PWM信号在等待所述第一PWM信号为低电平第二预设时间后，变为高电平，所述第一预设时间和所述第二预设时间均称为死区时间；

其中，所述的电机调速装置，还包括：与所述电机并联的第三吸收模块；

所述控制模块，还用于根据所述第三吸收模块中的电阻和电容，以及所述第一开关管和所述第二开关管的温升确定所述死区时间。

2.如权利要求1所述的电机调速装置，其特征在于，所述第一隔离电源包括：

第一二极管，所述第一二极管的阳极与所述第一次级线圈的第一端相连，所述第一二极管的阴极与所述第一驱动器相连；

第一电容，所述第一电容的第一端与所述第一二极管的阴极相连，所述第一电容的第二端与所述第一次级线圈的第二端相连，且所述第二端与所述第一开关模块相连。

3.如权利要求1所述的电机调速装置，其特征在于，所述第二隔离电源包括：

第二二极管，所述第二二极管的阳极与所述第二次级线圈的第一端相连，所述第二二极管的阴极与所述第二驱动器相连；

第二电容，所述第二电容的第一端与所述第二二极管的阴极相连，所述第二电容的第二端与所述第二次级线圈的第二端相连，且所述第二端与所述第二开关模块相连。

4.如权利要求1所述的电机调速装置，其特征在于，所述第一驱动器为光耦或隔离变压器。

5.如权利要求1所述的电机调速装置，其特征在于，所述电机调速装置还包括：

与所述第一开关管并联的第一吸收模块；

与所述第二开关管并联的第二吸收模块。

6.如权利要求5所述的电机调速装置，其特征在于，所述控制模块，还用于根据以下公式确定死区时间：

死区时间T＝(第二驱动器的延时时间+第二开关管的关闭时间+第二开关管的延时时间)-(第一驱动器的延时时间+第一开关管的开启时间+第一开关管的延时时间)。

7.如权利要求1所述的电机调速装置，其特征在于，所述控制模块上电初始化，所述第一PWM信号和所述第二PWM信号均输出低电平以使所述第一开关管和所述第二开关管断开；

开机后，所述第一PWM信号在等待所述第二PWM信号为低电平第一预设时间后，变为高电平，以及所述第二PWM信号在等待所述第一PWM信号为低电平第二预设时间后，变为高电平。

8.一种家用电器，其特征在于，包括：

电机；

如权利要求1-7中任一项所述的电机调速装置。