CN105785844B - 一种隔离调速接口电路及应用其的电器设备系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种隔离调速接口电路及应用其的电器设备系统，所述的隔离调速接口电路安装在ECM电机和电器设备主控制线路板，包括集成在线路板上微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接外部输入电源，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路的输出具有一定占空比的PWM信号或变频信号值T0时，则微处理器选择第二档速度S2并控制电机以第二档速度S2恒速运行，它成本低，电路结构简单，而且微处理器MCU转换的信号精度较高，可靠性好。

Description

一种隔离调速接口电路及应用其的电器设备系统
技术领域：
本发明涉及一种隔离调速接口电路及应用其的电器设备系统。
背景技术：
近年来，随着电器领域竞争日趋激烈，对产品技术要求不断提高，如要求产品节能环保、可控性智能化程度高、开发周期短、噪音小等。作为核心部件——电机，无疑成为解决上述技术问题的关键部件，传统的电机采用单相交流电机PSC，单相交流电机效率低，比较耗能、噪音也大，可控性智能程度低。
随着电机技术的发展，出现了永磁同步电机，该种电机必须带有电机控制器，利用电机控制器实现电流的电子换向的目的，所以行业里也有人简称ECM电机(electronicallycommutated motor)或者直流无刷电机，具有节能环保、可靠性和可控性都比较高、噪音小、容易实现智能化等特点，可以解决交流电机的不足，因此，许多设备中开始应用直流无刷电机，以降低能耗。
现在的中央空调系统，通风系统、洗衣机系统等电器设备中存在多台ECM电机，0-10V的模拟电压调速方式较为通用的ECM电机调速方式，但是ECM电机控制器与调速控制器(电器设备主控制线路板)一般不共地，如图1所示，ECM电机不能直接读取电压的大小，常用解决方案：线性光耦隔离信号传输，这种方案配置复杂，而且线性光耦的成本很高；另外美国专利也出现了采用专门通信协议的串行通信的方式进行调速，但该种方式机构复杂，成本较高。
发明内容：
本发明的一个目的是提供一种隔离调速接口电路，成本低，电路结构简单，采用了一个低成本的微处理器MCU和一个隔离电源，微处理器MCU读取0-10V模拟电压信号的大小，然后通过微处理器MCU的另外一个引脚输出PWM信号或变频信号，转换后的信号通过一个低成本的信号隔离电路(数字型光耦)来传输给ECM电机，这样就整体上降低了成本，而且微处理器MCU转换的信号精度较高，可靠性好。
本发明的另一个目的是提供电器设备系统，采用隔离调速接口电路对ECM电机进行调速，适用0-10V的模拟电压调速方式，结构简单，成本低，信号转换精度高，工作可靠。
本发明是通过下述技术方案予以实现的：
一种隔离调速接口电路，其特征在于：它包括集成在线路板上的微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接外部输入电源，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路输出具有一定占空比的PWM信号或变频信号。
上述所述的线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围。
上述所述的线路板上具有一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口。
上述所述的微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。
上述所述的微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数，F是占空比，V是模拟电压信号VSP。
一种电器设备系统，包括至少一台ECM电机和电器设备主控制线路板，所述的ECM电机和电器设备主控制线路板共同连接AC输入电源，ECM电机和电器设备主控制线路板分别独立连接不同的接地线，电器设备主控制线路板输出0-10V的模拟电压信号用于对ECM电机进行调速，其特征在于：在ECM电机和电器设备主控制线路板之间还连接有隔离调速接口电路，隔离调速接口电路包括集成在线路板上的微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接ECM电机的电源输出端，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或者变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路输出PWM信号或变频信号到ECM电机的电机控制器。
上述所述的ECM电机包括电机控制器及电机实体，所述的电机实体包括定子组件、转子组件和机壳组件，定子组件、转子组件安装在机壳组件里面，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，转子组件包括转子铁芯和嵌套在转子铁芯里面的永磁体，所述的电机控制器包括控制线路板，控制线路板上设置电机微处理器、逆变电路、电机运行参数检测单元和电源电路，电源电路的输入端连接AC输入电源，电源电路的输出端为各部分电路供电，电机运行参数检测单元将电机运行数据传输到电机微处理器，电机微处理器的输出端连接逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，信号隔离电路的输出PWM信号或者变频信号直接送到电机微处理器的输入端，电源电路的其中一个输出端连接隔离电源的输入端。
上述所述的隔离调速接口电路的线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，线路板上具有一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围。
上述所述的所述的电器设备主控制线路板可以是空调设备的主控制线路板，或者是炉具主控制线路板，或者是洗衣机的主控制线路板，或者是暖通设备的主控制线路板。
上述所述的所述的信号隔离电路是光耦隔离器。
上述所述的隔离调速接口电路的线路板上的微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。
上述所述的隔离调速接口电路的线路板上的微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数，F是占空比，V是模拟电压信号VSP。
上述所述的隔离电源与电器设备主控制线路板共地。
本发明与现有技术相比，1)本发明的隔离调速接口电路，采用了一个低成本的微处理器MCU和一个隔离电源，微处理器MCU读取0-10V模拟电压信号的大小，然后通过微处理器MCU的另外一个引脚输出PWM信号或变频信号，转换后的信号通过一个低成本的信号隔离电路(数字型光耦)来传输给ECM电机，成本低，电路结构简单，这样就整体上降低了成本，而且微处理器MCU转换的信号精度较高，可靠性好。2)隔离调速接口电路的线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围，线路板上具一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口，接口结构简单，连接方便；3)微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。或者微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数。它的算法简单，占用较小的微处理器MCU资源，因此能采用成本较低的单片机MCU。4)本发明的电器设备系统，电器设备主控制线路板输出0-10V的模拟电压信号用于对ECM电机进行调速，在ECM电机和电器设备主控制线路板之间还连接有隔离调速接口电路，该隔离调速接口电路成本低，电路结构简单，微处理器MCU转换的信号精度较高，可靠性好。
附图说明：
图1是现有的电器设备系统与ECM电机的连接图；
图2本发明的电路方框图；
图3是图2的具体的实施方案图；
图4本发明的ECM电机的立体图；
图5是本发明的ECM电机的电机控制器的立体图；
图6是本发明的ECM电机的结构剖视图；
图7是本发明的ECM电机的电路方框图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图对本发明作进一步详细的描述。
如图2至图3所示，本发明的一种电器设备系统，包括至少一台ECM电机和电器设备主控制线路板，所述的ECM电机和电器设备主控制线路板共同连接AC输入电源，ECM电机和电器设备主控制线路板分别独立连接不同的接地线，电器设备主控制线路板输出0-10V的模拟电压信号用于对ECM电机进行调速，在ECM电机和电器设备主控制线路板之间还连接有隔离调速接口电路，隔离调速接口电路包括集成在线路板上的微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接ECM电机的电源输出端，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或者变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路输出PWM信号或变频信号到ECM电机的电机控制器。
如图3、图4、图5、图6和图7，所述的ECM电机1包括电机控制器12及电机实体11，所述的电机实体11包括定子组件112、转子组件13和机壳组件111，定子组件112、转子组件113安装在机壳组件111里面，定子组件112包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，转子组件113包括转子铁芯和嵌套在转子铁芯里面的永磁体，所述的电机控制器12包括控制线路板121，控制线路板121上设置电机微处理器、逆变电路、电机运行参数检测单元和电源电路，电源电路的输入端连接AC输入电源，电源电路的输出端为各部分电路供电，电机运行参数检测单元将电机运行数据传输到电机微处理器，电机微处理器的输出端连接逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，信号隔离电路的输出PWM信号或者变频信号直接送到电机微处理器的输入端，电源电路的其中一个输出端连接隔离电源的输入端。电机运行参数检测单元可以包括图7的转子位置测量电路。电源电路输出供电电压，包括直流母线电压V1，供逆变电路使用的直流电压V2，供电机微处理器使用的直流电压V3。直流电压V3输出到隔离电源的输入端，隔离电源的电路结构在教课书和专利文献均有，在这里不再详述。隔离调速接口电路的线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，线路板上具有一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围。隔离电源通过COM端口与电器设备主控制线路板共地。
所述的电器设备主控制线路板可以是空调设备的主控制线路板，或者是炉具主控制线路板，或者是洗衣机的主控制线路板，或者是暖通设备的主控制线路板。所述的信号隔离电路是光耦隔离器。
隔离调速接口电路的线路板上的微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表(见表1所示)，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。
表1
隔离调速接口电路的线路板上的微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数，这里K＝10，F是占空比，V是模拟电压信号VSP。

Claims (13)

1.一种隔离调速接口电路，其特征在于：它包括集成在线路板上的微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接外部输入电源，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路输出具有一定占空比的PWM信号或变频信号。
2.根据权利要求1所述的一种隔离调速接口电路，其特征在于：线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围。
3.根据权利要求1或2所述的一种隔离调速接口电路，其特征在于：线路板上具有一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口。
4.根据权利要求1或2所述的一种隔离调速接口电路，其特征在于：微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。
5.根据权利要求1或2所述的一种隔离调速接口电路，其特征在于：微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数，F是占空比，V是模拟电压信号VSP。
6.一种电器设备系统，包括至少一台ECM电机和电器设备主控制线路板，所述的ECM电机和电器设备主控制线路板共同连接AC输入电源，ECM电机和电器设备主控制线路板分别独立连接不同的接地线，电器设备主控制线路板输出0-10V的模拟电压信号用于对ECM电机进行调速，其特征在于：在ECM电机和电器设备主控制线路板之间还连接有隔离调速接口电路，隔离调速接口电路包括集成在线路板上的微处理器、隔离电源和信号隔离电路，隔离电源的输出端为各部分电路供电，隔离电源的输入端连接ECM电机的电源输出端，微处理器的A/D转换输入端口连接模拟电压信号VSP，微处理器将模拟电压信号VSP转换成具有一定占空比的PWM信号或者变频信号输出到信号隔离电路的输入端，信号隔离电路输出PWM信号或变频信号到ECM电机的电机控制器。
7.根据权利要求6所述的一种电器设备系统，其特征在于：所述的ECM电机包括电机控制器及电机实体，所述的电机实体包括定子组件、转子组件和机壳组件，定子组件、转子组件安装在机壳组件里面，定子组件包括定子铁芯和卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，转子组件包括转子铁芯和嵌套在转子铁芯里面的永磁体，所述的电机控制器包括控制线路板，控制线路板上设置电机微处理器、逆变电路、电机运行参数检测单元和电源电路，电源电路的输入端连接AC输入电源，电源电路的输出端为各部分电路供电，电机运行参数检测单元将电机运行数据传输到电机微处理器，电机微处理器的输出端连接逆变电路的输入端，逆变电路的输出端连接卷绕在定子铁芯上的线圈绕组，信号隔离电路的输出PWM信号或者变频信号直接送到电机微处理器的输入端，电源电路的其中一个输出端连接隔离电源的输入端。
8.根据权利要求6或7所述的一种电器设备系统，其特征在于：隔离调速接口电路的线路板上具有两个信号输入端口，即COM端口和模拟电压信号输入端口，COM端口是公共端口，线路板上具有一路PWM信号输出端口和一路隔离电源输入端口，模拟电压信号VSP在0-10V的范围。
9.根据权利要求6或7所述的一种电器设备系统，其特征在于：所述的电器设备主控制线路板是空调设备的主控制线路板，或者是炉具主控制线路板，或者是洗衣机的主控制线路板，或者是暖通设备的主控制线路板。
10.根据权利要求8所述的一种电器设备系统，其特征在于：所述的信号隔离电路是光耦隔离器。
11.根据权利要求6或7所述的一种电器设备系统，其特征在于：隔离调速接口电路的线路板上的微处理器里面存储有模拟电压信号VSP与不同占空比的PWM信号对照表，微处理器根据A/D转换输入端口的模拟电压信号VSP通过查找对照表确定对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将确定对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路。
12.根据权利要求6或7所述的一种电器设备系统，其特征在于：隔离调速接口电路的线路板上的微处理器输入模拟电压信号VSP，微处理器根据一定的函数关系F＝V/K*100％计算出对应的一定占空比的PWM信号，微处理器将计算出的对应的一定占空比的PWM信号输出到信号隔离电路,其中K是比例系数，F是占空比，V是模拟电压信号VSP。
13.根据权利要求6或7所述的一种电器设备系统，其特征在于：隔离电源与电器设备主控制线路板共地。
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