CN105805039A - 一种变频风机刹车装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频风机刹车装置及其控制方法，所述刹车装置转换电路、变频风机、变频风机启动电路、驱动控制器、刹车使能电路和刹车解除电路。所述刹车使能电路可确保变频风机在启动前为停止状态，使得变频风机不致因外力逆转导致烧毁或者无法顺利启动；该刹车装置利用简单的电子元件，如二极管、电阻、电容，可实现变频风机启动前的刹车保护、刹车停止后的刹车解除以及变频风机的启动运转，可在简易电路设计的条件下，达到可靠有效的刹车保护、刹车解除以及启动运转的控制；并可适用于类似永磁变频电机的控制拓扑结构。

Description

一种变频风机刹车装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种变频风机刹车装置及其控制方法，尤其涉及一种具有变频风机启动前刹车保护功能的变频风机刹车装置及其控制方法。

背景技术

变频风机可应用于服务器机房做为空调机及散热使用。然而，由于服务器机房内伺服机的设置与使用状况不同，因此，未启动运转的变频风机容易受到周围变频风机所产生的回风所影响，造成启动运转前的状态不稳定状态，个别情况下回风将使得变频风机逆转，导致变频风机持续逆转无法顺利启动甚至烧毁。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可高精度刹车保护、刹车解除以及顺利启动的变频风机刹车装置及其控制方法。

为此，本发明第一方面公开了一种变频风机刹车装置，包括转换电路、变频风机、变频风机启动电路、驱动控制器、刹车使能电路和刹车解除电路。

所述变频风机启动电路、驱动控制器、刹车使能电路分别与外部直流电压连接。

所述转换电路位于所述变频风机启动电路与变频风机之间，其输入输出分别电性连接所述变频风机启动电路与所述变频风机。

所述刹车使能电路连接所述转换电路。

所述刹车解除电路连接所述刹车使能电路。

所述驱动控制器与所述转换电路电性连接。

进一步地，所述转换电路包括多组功率开关，每一所述功率开关均电性连接所述变频风机；多组功率开关构成多组上下桥臂电路构架，包括启动开关和刹车开关，所述变频风机启动电路的输出端与所述启动开关连接，所述刹车使能电路的输出端与所述刹车开关连接。

进一步地，所述刹车开关包括子功率开关和辅助功率开关，所述辅助功率开关通过限流电阻与所述子功率开关连接。

进一步地，还包括二极管，所述二极管设于所述转换电路和所述变频风机启动电路之间并分别与所述转换电路和所述变频风机启动电路电性连接，以确保外部直流电压可通过所述变频风机启动电路提供给所述转换电路以转换为所述变频风机所需的电力。

进一步地，所述刹车使能电路包括第一刹车使能功率开关、第二刹车使能功率开关以及电性连接在所述第一刹车使能功率开关、第二刹车使能功率开关之间的第二电阻。

进一步地，所述刹车解除电路包括刹车解除功率开关、刹车解除电阻与刹车解除电容，所述刹车解除电阻与刹车解除电容构成第一RC电路。

进一步地，所述变频风机启动电路包括第一启动功率开关、第二启动功率开关、启动电阻、启动电容以及电性连接在所述第一启动功率开关与所述第二启动功率开关之间的第一电阻；所述启动电阻与所述启动电容构成第二RC电路，且所述第二RC电路的时间常数设计较所述第一RC电路的时间常数长。

本发明第二方面提供一种变频风机刹车装置的控制方法，包括上述变频风机刹车装置，具体包括如下步骤：

S1、接入外部直流电压，刹车使能电路、所述刹车解除电路以及所述变频风机启动电路同时开始供电，第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关导通，输出刹车控制信号；所述刹车控制信号为高电位的控制信号，并输出至刹车开关，使得各刹车开关的桥臂同时接地，对变频风机；

S2、当外部直流电压对刹车使能电路供电的同时，也同时对刹车解除电路与变频风机启动电路供电，因此，外部直流电压对刹车解除电路的刹车解除电阻与刹车解除电容所形成的第一RC电路开始充电；亦对变频风机启动电路的启动电阻与启动电容所形成的第二RC电路开始充电；由于第二RC电路的时间常数设计较所述第一RC电路的时间常数长，当外部直流电压对第一RC电路与第二RC电路同时充电后，第一RC电路中刹车解除电容的电压上升较第二RC电路中启动电容的电压上升快，因此，当刹车解除电容的充电电压达到够高的电压电位时，先导通刹车解除功率开关，使得第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关截止；如此，刹车使能电路停止同时输出刹车控制信号至各刹车开关，使得各刹车开关的桥臂没有同时接地，而解除所述变频风机刹车；

S3、当启动电容的充电电压达到够高的电压电位时，第一启动功率开关与第二启动功率开关导通，外部直流电压通过变频风机启动电路提供至转换电路，并配合驱动控制器切换并驱动各功率开关元件，以将外部直流电压转换为变频风机所需的电力，使得变频风机运转。

进一步地，所述刹车开关包括子功率开关和辅助功率开关，使得：

步骤S1中：第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关导通，输出刹车控制信号；所述刹车控制信号为高电位的控制信号，并输出至各辅助功率开关元件的栅极，以同时导通各子功率开关元件，使得各桥臂同时接地，而对所述变频风机刹车；

步骤S2中：刹车使能电路停止同时输出刹车控制信号至各辅助功率开关的栅极，使得各子功率开关元件的桥臂没有同时接地，而解除所述变频风机刹车。

本发明提供的所述变频风机刹车装置及其控制方法，具有以下有益效果：

1、因刹车使能电路，可确保变频风机在启动前为停止状态，使得变频风机不致因外力逆转导致烧毁或者无法顺利启动；

2、利用简单的电子元件，如二极管、电阻、电容，可实现变频风机启动前的刹车保护、刹车停止后的刹车解除以及变频风机的启动运转，可在简易电路设计的条件下，达到高精准度的刹车保护、解除以及启动运转的控制；

3、可适用于永磁变频电机的控制构架，并且所述刹车使能电路、刹车解除电路以及变频风机启动电路可由电子电路的硬件设计所实现，亦可由软件或固件实现上述所述电路所提供的刹车以及启动所述变频风机的功能，使得所述变频风机刹车装置的应用更广泛。

附图说明

图1为本发明提供的一种变频风机刹车装置的整体结构示意图；

图2为驱动控制器的驱动信号示意图；

图3为刹车开关包括子功率开关和辅助功率开关的结构示意图；

图4为本发明提供的一种变频风机刹车装置的细节结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详述。

请参阅图1，本发明提供一种变频风机刹车装置，包括转换电路10、变频风机50、变频风机启动电路40、驱动控制器60、刹车使能电路20和刹车解除电路30。

请参阅图1至图4，所述变频风机50为三相直流电机，所对应的所述转换电路10为三组互为并联的桥臂架构，并且每一组桥臂由两个功率开关元件串联连接，第一功率开关元件Q1与第二功率开关元件Q2串联连接形成第一桥臂；第三功率开关元件Q3与第四功率开关元件Q4串联连接形成第二桥臂；第五功率开关元件Q5与第六功率开关元件Q6串联连接形成第三桥臂。每一桥臂两开关元件电连接处分别与所述变频风机50的相电性连接，以形成三相直流电机的控制构架；所述第一功率开关元件Q1、第三功率开关元件Q3与第五功率开关元件Q5为启动开关，所述第二功率开关元件Q2、第四功率开关元件Q4和第六功率开关元件Q6为刹车开关。优选地，各刹车开关分别包括一辅助功率开关，每一辅助功率开关均通过限流电阻与子功率开关元件连接。即：第二功率开关元件Q2的栅极通过第一限流电阻R2与第一辅助功率开关元件Q2’的源极连接，并且，所述第一辅助功率开关元件Q2’的基极由所述外部直流电压Vcc供电；同理，所述第四功率开关元件Q4的栅极通过第二限流电阻R4与第二辅助功率开关元件Q4’的源极连接，并且，所述第二辅助功率开关元件Q4’的基极由所述外部直流电压Vcc供电；同理，所述第六功率开关元件Q6的栅极通过一第三限流电阻R6与第三辅助功率开关元件Q6’的源极连接，并且，所述第三辅助功率开关元件Q6’的基极由所述外部直流电压Vcc供电。所述第一辅助功率开关元件Q2’的栅极、所述第二辅助功率开关元件Q4’的栅极以及所述第三辅助功率开关元件Q6’的栅极同时由所述刹车使能电路20所产生的所述刹车控制信号Sc控制。

所述刹车使能电路20连接所述转换电路10，并且接收所述外部直流电压Vcc。具体而言，所述刹车使能电路20连接所述转换电路10的所述第二功率开关元件Q2、所述第四功率开关元件Q4以及所述第六功率开关元件Q6。

所述刹车使能电路20包括第一刹车使能功率开关Q201、第二刹车使能功率开关Q202以及电性连接在所述第一刹车使能功率开关Q201与所述第二刹车使能功率开关Q202的间的第二电阻R200。

所述刹车解除电路30连接所述刹车使能电路20，并且接收所述外部直流电压Vcc；主要包含刹车解除功率开关Q30、刹车解除电阻R30以及刹车解除电容C30；所述刹车解除电阻R30与所述刹车解除电容C30构成第一RC电路。

所述变频风机启动电路40接收所述外部直流电压Vcc，主要包含第一启动功率开关Q401、第二启动功率开关Q402、启动电阻R40、启动电容C40以及电性连接在所述第一启动功率开关Q401与所述第二启动功率开关Q402间的第一电阻R100；所述启动电阻R40与所述启动电容C40构成第二RC电路。

所述第二RC电路的时间常数(τ2)设计较所述第一RC电路的时间常数(τ1)长，即：τ2＝R40×C40>τ1＝R30×C30。

所述转换电路10与所述变频风机启动电路40之间设有一个二极管Df，以确保所述外部直流电压Vcc通过所述变频风机启动电路40提供所述至所述转换电路10，以转换为所述变频风机50所需的电力。

所述驱动控制器60产生对应各功率开关元件Q1-Q6的六个开关驱动信号Sd1-Sd6，并通过切换并驱动各功率开关元件Q1-Q6，以使所述变频风机50运转。

工作时，当所述变频风机刹车装置接收所述外部直流电压Vcc时，由于所述刹车使能电路20、所述刹车解除电路30以及所述变频风机启动电路40皆直接连接所述外部直流电压Vcc，因此所述外部直流电压Vcc对所述刹车使能电路20、所述刹车解除电路30以及所述变频风机启动电路40同时开始供电。由于所述外部直流电压Vcc对所述刹车使能电路20供电，因此所述外部直流电压Vcc导通所述第一刹车使能功率开关Q201与所述第二刹车使能功率开关Q202，使得所述刹车使能电路20输出所述刹车控制信号Sc。值得一提，所述刹车控制信号Sc为高电位的控制信号，同时输入至所述第一辅助功率开关元件Q2、所述第二辅助功率开关元件Q4以及所述第三辅助功率开关元件Q6的栅极，以同时导通所述第二功率开关元件Q2、所述第四功率开关元件Q4以及所述第六功率开关元件Q6，使得所述三桥臂同时接地，而对所述变频风机50刹车。

此外，当所述外部直流电压Vcc对所述刹车使能电路20供电的同时，也同时对所述刹车解除电路30与所述变频风机启动电路40供电，因此，所述外部直流电压Vcc对所述刹车解除电路30的所述刹车解除电阻R30与所述刹车解除电容C30所形成的第RC电路开始充电，另一方面，所述外部直流电压Vcc也对所述变频风机启动电路40的所述启动电阻R40与所述启动电容C40所形成的第二RC电路开始充电。

由于所述第二RC电路的时间常数设计较所述第一RC电路的时间常数长，因此，当所述外部直流电压Vcc对第一RC电路与所述第二RC电路同时充电后，所述第一RC电路中所述刹车解除电容C30的电压上升较所述第二RC电路中所述启动电容C40的电压上升来得快。因此，当所述刹车解除电容C30的充电电压达到够高的电压电位时，先导通所述刹车解除功率开关Q30，使得所述第一刹车使能功率开关Q201与所述第二刹车使能功率开关Q202截止。如此，所述刹车使能电路20停止同时输出所述刹车控制信号Sc至所述第一辅助功率开关元件Q2、所述第二辅助功率开关元件Q4以及所述第三辅助功率开关元件Q6的栅极，使得所述三桥臂没有同时接地，而解除所述变频风机50刹车。

当所述启动电容C40的充电电压达到够高的电压电位时，接着导通所述第一启动功率开关Q401与所述第二启动功率开关Q402，使得所述外部直流电压Vcc通过所述变频风机启动电路40提供所述至所述转换电路10，并配合驱动控制器切换并驱动所述功率开关元件，以将外部直流电压Vcc转换为所述变频风机50所需的电力，使得所述变频风机运转。

所述转换电路10亦可不采用所述辅助功率开关元件与限流电阻的方式，所述刹车控制信号Sc直接输出至所述第二功率开关元件Q2、所述第四功率开关元件Q4以及所述第六功率开关元件Q6的栅极，达成对所述变频风机50提供启动前的刹车保护功能。

综上，本发明提供的所述变频风机刹车装置及其控制方法，可确保变频风机在启动前为停止状态，使得变频风机不致因外力逆转导致烧毁或者无法顺利启动；本刹车装置利用简单的电子元件，如二极管、电阻、电容，可实现变频风机启动前的刹车保护、刹车停止后的刹车解除以及变频风机的启动运转，可在简易电路设计的条件下，达到高精准度的刹车保护、解除以及启动运转的控制；本刹车装置可适用于永磁变频电机的控制构架，并且所述刹车使能电路、刹车解除电路以及变频风机启动电路可由电子电路的硬件设计所实现，亦可由软件或固件实现上述所述电路所提供的刹车以及启动所述变频风机的功能，使得所述变频风机刹车装置的应用更广泛。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变频风机刹车装置，其特征在于，包括转换电路、变频风机、变频风机启动电路、驱动控制器、刹车使能电路和刹车解除电路，其中：

所述变频风机启动电路、驱动控制器、刹车使能电路分别与外部直流电压连接；

所述转换电路位于所述变频风机启动电路与变频风机之间，其输入输出分别电性连接所述变频风机启动电路与所述变频风机；

所述刹车使能电路连接所述转换电路；

所述刹车解除电路连接所述刹车使能电路；

所述驱动控制器与所述转换电路电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，所述转换电路包括多组功率开关，每一所述功率开关均电性连接所述变频风机。

3.根据权利要求2所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，多组功率开关构成多组上下桥臂电路构架，包括启动开关和刹车开关，所述变频风机启动电路的输出端与所述启动开关连接，所述刹车使能电路的输出端与所述刹车开关连接。

4.根据权利要求3所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，所述刹车开关包括子功率开关、辅助功率开关和限流电阻，所述辅助功率开关通过限流电阻与所述子功率开关连接。

5.根据权利要求1所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，还包括二极管，所述二极管设于所述转换电路和所述变频风机启动电路之间并分别与所述转换电路和所述变频风机启动电路电性连接，以确保外部直流电压可通过所述变频风机启动电路提供给所述转换电路以转换为所述变频风机所需的电力。

6.根据权利要求1所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，所述刹车使能电路包括第一刹车使能功率开关、第二刹车使能功率开关以及电性连接在所述第一刹车使能功率开关、第二刹车使能功率开关之间的第二电阻。

7.根据权利要求1所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，所述刹车解除电路包括刹车解除功率开关、刹车解除电阻与刹车解除电容，所述刹车解除电阻与刹车解除电容构成第一RC电路。

8.根据权利要求7所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，所述变频风机启动电路包括第一启动功率开关、第二启动功率开关、启动电阻、启动电容以及电性连接在所述第一启动功率开关与所述第二启动功率开关之间的第一电阻；所述启动电阻与所述启动电容构成第二RC电路，且所述第二RC电路的时间常数设计较所述第一RC电路的时间常数长。

9.一种变频风机刹车装置的控制方法，包括如权利要求1至权利要求8所述的一种变频风机刹车装置，其特征在于，包括如下步骤：

S1、接入外部直流电压，刹车使能电路、所述刹车解除电路以及所述变频风机启动电路同时开始供电，第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关导通，输出刹车控制信号；所述刹车控制信号为高电位的控制信号，并输出至刹车开关，使得各刹车开关的桥臂同时接地，对变频风机；

S2、当外部直流电压对刹车使能电路供电的同时，也同时对刹车解除电路与变频风机启动电路供电，因此，外部直流电压对刹车解除电路的刹车解除电阻与刹车解除电容所形成的第一RC电路开始充电；亦对变频风机启动电路的启动电阻与启动电容所形成的第二RC电路开始充电；由于第二RC电路的时间常数设计较所述第一RC电路的时间常数长，当外部直流电压对第一RC电路与第二RC电路同时充电后，第一RC电路中刹车解除电容的电压上升较第二RC电路中启动电容的电压上升快，因此，当刹车解除电容的充电电压达到够高的电压电位时，先导通刹车解除功率开关，使得第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关截止；如此，刹车使能电路停止同时输出刹车控制信号至各刹车开关，使得各刹车开关的桥臂没有同时接地，而解除所述变频风机刹车；

S3、当启动电容的充电电压达到够高的电压电位时，第一启动功率开关与第二启动功率开关导通，外部直流电压通过变频风机启动电路提供至转换电路，并配合驱动控制器切换并驱动各功率开关元件，以将外部直流电压转换为变频风机所需的电力，使得变频风机运转。

10.根据权利要求9所述的一种变频风机刹车装置的控制方法，其特征在于，所述刹车开关包括子功率开关和辅助功率开关；

步骤S1中：第一刹车使能功率开关与第二刹车使能功率开关导通，输出刹车控制信号；所述刹车控制信号为高电位的控制信号，并输出至各辅助功率开关元件的栅极，以同时导通各子功率开关元件，使得各桥臂同时接地，而对所述变频风机刹车；

步骤S2中：刹车使能电路停止同时输出刹车控制信号至各辅助功率开关的栅极，使得各子功率开关元件的桥臂没有同时接地，而解除所述变频风机刹车。