CN106059441A - 用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，包括电机过流欠流检测电路、过压欠压检测电路、过流设置电路、控制模块、MOS驱动电路和MOS开关电路，所述电机过流欠流检测电路分别与被控制的单相交流电机及控制模块相连，所述欠压检测电路、过流设置电路分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端依次通过MOS驱动电路、MOS开关电路与被控制的单相交流电机相连。本发明具有能够实现无级调速，低速时节能10％以上，低速时无嗡嗡噪音的优点。

Description

用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置

技术领域

本发明涉及电机调速电路，具体涉及一种用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置。

背景技术

现有用于单相交流电机的调速交流控制电路为多档位调速电路，而且在低速时效率低，而且在低速时有嗡嗡噪音。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种能够实现无级调速，低速时节能10％以上，低速时无嗡嗡噪音的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，包括电机过流欠流检测电路、过压欠压检测电路、过流设置电路、控制模块、MOS驱动电路和MOS开关电路，所述电机过流欠流检测电路分别与被控制的单相交流电机及控制模块相连，所述欠压检测电路、过流设置电路分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端依次通过MOS驱动电路、MOS开关电路与被控制的单相交流电机相连。

所述电机过流欠流检测电路包括电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C15、电容C16和电容C25，所述MOS开关电路分别通过四条支路与控制模块的输入端相连，所述电阻R15构成四条支路的第一条支路，所述电阻R15、电阻R16串联后构成四条支路的第二条支路，所述电容C25、电阻R14串联后构成四条支路的第三条支路，所述电容C25、电阻R14、电阻R17串联后构成四条支路的第四条支路，且所述电容C15和电阻R17并联布置，所述电容C25、电阻R14之间的公共连接端接地。

所述过压欠压检测电路包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C24，电阻R4、电阻R5、电阻R6依次串联形成第一分压支路，所述第一分压支路一端和电源输入端+310V相连、另一端接地，所述电阻R7一端连接至电阻R5和电阻R6之间、另一端作为过压欠压检测电路的检测输出端和控制模块相连，且所述过压欠压检测电路的检测输出端通过电容C24接地。

所述过流设置电路包括电阻R8、电阻R9和电容C7，电阻R8、电阻R9串联形成第二分压支路，所述第二分压支路一端和工作电源输入端VDD5相连、另一端接地，所述电阻R8、电阻R9的公共连接端作为过流设置电路的检测输出端和控制模块相连，且所述过流设置电路的检测输出端通过电容C7接地。

所述控制模块包括单片机U3和用于捕捉上电稳定状态的电阻R35，所述欠压检测电路、过流设置电路分别与单片机U3相连，所述单片机U3的输出端依次通过MOS驱动电路、MOS开关电路与被控制的单相交流电机相连，所述单片机U3的输入端通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连。

所述单片机U3采用FU6811型微处理器，所述单片机U3的3号端口和过压欠压检测电路的输出端相连，所述单片机U3的5号端口和过流设置电路相连，所述单片机U3的6、7、8、9号端口分别与电机过流欠流检测电路的输出端相连，所述单片机U3的外围电路包括电容C8、电容C9、电容C26、电容C16和电容C17，所述单片机U3的9号端口通过电容C16接地，所述单片机U3的12号端口通过电容C17接地，所述单片机U3的40号端口通过电容C8接地，所述单片机U3的38号端口接地，所述单片机U3的37号端口和工作电源输入端VDD5相连且通过电容C26接地，所述单片机U3的25号端口通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连，所述单片机U3的36号端口接地，所述单片机U3的35号端口接+15V电源且通过电容C9接地，所述单片机U3的30、31、33、34号端口分别和MOS驱动电路相连。

所述MOS驱动电路包括并列布置的两个驱动单元，所述MOS开关电路包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻RS1和电阻RS2、，所述MOS驱动电路的一个驱动单元包括电阻R28、电阻R29、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R30、驱动芯片U4、二极管D6和电容C13，所述驱动芯片U4的1号端口和+15V电源相连，所述驱动芯片U4的2号端口通过电阻R28和单片机U3的33号端口相连、3号端口通过电阻R29和单片机U3的34号端口相连、4号端口接地，且所述驱动芯片U4的1号端口通过电容C12接地、2号端口通过电容C10接地、3号端口通过电容C11接地，所述驱动芯片U4的5号端口通过电阻R11和MOS管Q2的基极相连，所述驱动芯片U4的7号端口通过电阻R10和MOS管Q1的基极相连，所述驱动芯片U4的6号端口和单相交流电机的一个连接端相连，所述驱动芯片U4的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；所述MOS驱动电路的另一个驱动单元包括电阻R32、电阻R33、电容C19、电容C20、电容C21、电阻R34、驱动芯片U5、二极管D7和电容C22，所述驱动芯片U5的1号端口和+15V电源相连，所述驱动芯片U5的2号端口通过电阻R32和单片机U3的34号端口相连、3号端口通过电阻R33和单片机U3的31号端口相连、4号端口接地，且所述驱动芯片U5的1号端口通过电容C21接地、2号端口通过电容C19接地、3号端口通过电容C20接地，所述驱动芯片U5的5号端口通过电阻R21和MOS管Q3的基极相连，所述驱动芯片U5的7号端口通过电阻R20和MOS管Q5的基极相连，所述驱动芯片U5的6号端口和单相交流电机的另一个连接端相连，所述驱动芯片U5的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；MOS管Q1的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q2的漏极以及单相交流电机的一个连接端相连，电阻R12串接于MOS管Q1的漏极、源极之间，电阻R13串接于MOS管Q2的漏极、源极之间，MOS管Q2的源极和衬底共同通过并联布置的电阻RS1接地，MOS管Q5的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q3的漏极以及单相交流电机的另一个连接端相连，电阻R22串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，电阻R23串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，MOS管Q3的源极和衬底共同通过电阻RS2接地，所述电机过流欠流检测电路的输入端分别和MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极相连。

本发明具有下述优点：本发明包括电机过流欠流检测电路、过压欠压检测电路、过流设置电路、控制模块、MOS驱动电路和MOS开关电路，所述电机过流欠流检测电路分别与被控制的单相交流电机及控制模块相连，所述欠压检测电路、过流设置电路分别与控制模块相连，所述控制模块的输出端依次通过MOS驱动电路、MOS开关电路与被控制的单相交流电机相连，通过控制模块、MOS驱动电路和MOS开关电路结合来驱动单相交流电机，大大降低了成本和提高了技术可靠性，MOS驱动电路和MOS开关电路驱动单相交流电机，效率高，电路简单，同时利用控制模块强大的运算能力，对单相交流电机运行过程中各种参数高速运算，保证了流入单相交流电机的主绕组与付绕组的电流相差90度，从而使得电机马达处于最佳工作状态，能够实现无级调速，低速时节能10％以上，低速时无嗡嗡噪音。

附图说明

图1为本发明实施例的框架结构示意图。

图2为本发明实施例中控制模块及其前端的电路原理结构示意图。

图3为本发明实施例中控制模块后端的电路原理结构示意图。

图例说明：1、电机过流欠流检测电路；2、欠压检测电路；3、过流设置电路；4、控制模块；5、MOS驱动电路；6、MOS开关电路。

具体实施方式

如图1所示，本实施例用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置包括电机过流欠流检测电路1、过压欠压检测电路2、过流设置电路3、控制模块4、MOS驱动电路5和MOS开关电路6，电机过流欠流检测电路1分别与被控制的单相交流电机及控制模块4相连，欠压检测电路2、过流设置电路3分别与控制模块4相连，控制模块4的输出端依次通过MOS驱动电路5、MOS开关电路6与被控制的单相交流电机相连。

如图2所示，电机过流欠流检测电路1包括电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C15、电容C16和电容C25，MOS开关电路6分别通过四条支路与控制模块4的输入端相连，电阻R15构成四条支路的第一条支路，电阻R15、电阻R16串联后构成四条支路的第二条支路，电容C25、电阻R14串联后构成四条支路的第三条支路，电容C25、电阻R14、电阻R17串联后构成四条支路的第四条支路，且电容C15和电阻R17并联布置，电容C25、电阻R14之间的公共连接端接地。当单相交流电机因为某种原因导致电流过大或者电流过小时(即高于单相交流电机所承受的电流或低于启动单相交流电机工作的电流)，控制模块4就发出低电平指令停止输出，以达到保护单相交流电机停止工作的目的。

如图2所示，过压欠压检测电路2包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C24，电阻R4、电阻R5、电阻R6依次串联形成第一分压支路，第一分压支路一端和电源输入端+310V相连、另一端接地，电阻R7一端连接至电阻R5和电阻R6之间、另一端作为过压欠压检测电路2的检测输出端和控制模块4相连，且过压欠压检测电路2的检测输出端通过电容C24接地。+310V电源经过电阻R4和电阻R5限压后，在电阻R6上形成DC0～5V的电压，控制模块4对电阻R6的电压进行AD转换后，与标准电压进行比较，就能判断是超压还是欠压。，当电网由于某种原因导致输入电压过低或者过高时(即低于或高于设定的电压)，控制模块4就发出低电平指令停止输出，以达到保护单相交流电机停止工作的目的。

如图2所示，过流设置电路3包括电阻R8、电阻R9和电容C7，电阻R8、电阻R9串联形成第二分压支路，第二分压支路一端和工作电源输入端VDD5相连、另一端接地，电阻R8、电阻R9的公共连接端作为过流设置电路3的检测输出端和控制模块4相连，且过流设置电路3的检测输出端通过电容C7接地。5V电压通过电阻R8和电阻R9分压后，在电阻R9上得到一个电压，这个电压要根据单相交流电机的电流大小去计算设计，比如说1V电压对应2A的电机马达电流。过流设置电路3可以根据功率不同设置参考电压(工作电源输入端VDD5)的不同，从而实现设置过流大小(即设置过流值，即不能超过最大设定电流，也就是不能超过电机所承受的电流；例如：区间值为2A-6A，不能低于2A及高于6A)。

如图2所示，控制模块4包括单片机U3和用于捕捉上电稳定状态的电阻R35，所述欠压检测电路2、过流设置电路3分别与单片机U3相连，单片机U3的输出端依次通过MOS驱动电路5、MOS开关电路6与被控制的单相交流电机相连，所述单片机U3的输入端通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连。工作电源输入端VDD5是单片机U3的工作电源，稳定的工作电源是单片机U3工作的前提，VDD5通过电阻R35直接与单片机U3相连，单片机U3通过AD转换计算出VDD的电压值是否在一定范围内，超出一定范围就说明电压不稳了，就停止输出以确保计算准确。电阻R35和控制模块4组成扑捉电路，用于扑捉电路上电过程的稳定状态，以便控制模块4做出正确的判断，是否开始工作。

本实施例中，单片机U3采用FU6811型微处理器，单片机U3的3号端口和过压欠压检测电路2的输出端相连，单片机U3的5号端口和过流设置电路3相连，单片机U3的6、7、8、9号端口分别与电机过流欠流检测电路1的输出端相连，单片机U3的外围电路包括电容C8、电容C9、电容C26、电容C16和电容C17，单片机U3的9号端口通过电容C16接地，单片机U3的12号端口通过电容C17接地，单片机U3的40号端口通过电容C8接地，单片机U3的38号端口接地，单片机U3的37号端口和工作电源输入端VDD5相连且通过电容C26接地，单片机U3的25号端口通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连，单片机U3的36号端口接地，单片机U3的35号端口接+15V电源且通过电容C9接地，单片机U3的30、31、33、34号端口分别和MOS驱动电路5相连。电容C8、电容C9、电容C17、电容C18、电容C26组成滤波电路，能消除单片机U3运行过程中的干扰信号，以稳定工作状态。

MOS驱动电路5用于把单片机U3的输出信号输出给MOS开关电路6，MOS开关电路6用于把MOS驱动电路5送来的DC15V信号转换成高电压的220V方波交变信号，以便驱动单相交流电机。如图3所示，MOS驱动电路5包括并列布置的两个驱动单元，MOS开关电路6包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻RS1和电阻RS2、，MOS驱动电路5的一个驱动单元包括电阻R28、电阻R29、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R30、驱动芯片U4、二极管D6和电容C13，驱动芯片U4的1号端口和+15V电源相连，驱动芯片U4的2号端口通过电阻R28和单片机U3的33号端口相连、3号端口通过电阻R29和单片机U3的34号端口相连、4号端口接地，且驱动芯片U4的1号端口通过电容C12接地、2号端口通过电容C10接地、3号端口通过电容C11接地，驱动芯片U4的5号端口通过电阻R11和MOS管Q2的基极相连，驱动芯片U4的7号端口通过电阻R10和MOS管Q1的基极相连，驱动芯片U4的6号端口和单相交流电机的一个连接端相连，驱动芯片U4的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；MOS驱动电路5的另一个驱动单元包括电阻R32、电阻R33、电容C19、电容C20、电容C21、电阻R34、驱动芯片U5、二极管D7和电容C22，驱动芯片U5的1号端口和+15V电源相连，驱动芯片U5的2号端口通过电阻R32和单片机U3的34号端口相连、3号端口通过电阻R33和单片机U3的31号端口相连、4号端口接地，且驱动芯片U5的1号端口通过电容C21接地、2号端口通过电容C19接地、3号端口通过电容C20接地，驱动芯片U5的5号端口通过电阻R21和MOS管Q3的基极相连，驱动芯片U5的7号端口通过电阻R20和MOS管Q5的基极相连，驱动芯片U5的6号端口和单相交流电机的另一个连接端相连，驱动芯片U5的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；MOS管Q1的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q2的漏极以及单相交流电机的一个连接端相连，电阻R12串接于MOS管Q1的漏极、源极之间，电阻R13串接于MOS管Q2的漏极、源极之间，MOS管Q2的源极和衬底共同通过并联布置的电阻RS1接地，MOS管Q5的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q3的漏极以及单相交流电机的另一个连接端相连，电阻R22串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，电阻R23串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，MOS管Q3的源极和衬底共同通过电阻RS2接地，电机过流欠流检测电路1的输入端分别和MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极相连。单片机U3输出的5V驱动电压无法驱动MOS管(MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q5)，所以单片机U3需要通过MOS驱动电路5(15V电压)转换后方可驱动MOS管(MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q5)，单片机U3在经过运算后有序输出信号驱动MOS管驱动电路5。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：包括电机过流欠流检测电路(1)、过压欠压检测电路(2)、过流设置电路(3)、控制模块(4)、MOS驱动电路(5)和MOS开关电路(6)，所述电机过流欠流检测电路(1)分别与被控制的单相交流电机及控制模块(4)相连，所述欠压检测电路(2)、过流设置电路(3)分别与控制模块(4)相连，所述控制模块(4)的输出端依次通过MOS驱动电路(5)、MOS开关电路(6)与被控制的单相交流电机相连。

2.根据权利要求1所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述电机过流欠流检测电路(1)包括电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C15、电容C16和电容C25，所述MOS开关电路(6)分别通过四条支路与控制模块(4)的输入端相连，所述电阻R15构成四条支路的第一条支路，所述电阻R15、电阻R16串联后构成四条支路的第二条支路，所述电容C25、电阻R14串联后构成四条支路的第三条支路，所述电容C25、电阻R14、电阻R17串联后构成四条支路的第四条支路，且所述电容C15和电阻R17并联布置，所述电容C25、电阻R14之间的公共连接端接地。

3.根据权利要求1所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述过压欠压检测电路(2)包括电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电容C24，电阻R4、电阻R5、电阻R6依次串联形成第一分压支路，所述第一分压支路一端和电源输入端+310V相连、另一端接地，所述电阻R7一端连接至电阻R5和电阻R6之间、另一端作为过压欠压检测电路(2)的检测输出端和控制模块(4)相连，且所述过压欠压检测电路(2)的检测输出端通过电容C24接地。

4.根据权利要求1所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述过流设置电路(3)包括电阻R8、电阻R9和电容C7，电阻R8、电阻R9串联形成第二分压支路，所述第二分压支路一端和工作电源输入端VDD5相连、另一端接地，所述电阻R8、电阻R9的公共连接端作为过流设置电路(3)的检测输出端和控制模块(4)相连，且所述过流设置电路(3)的检测输出端通过电容C7接地。

5.根据权利要求1所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述控制模块(4)包括单片机U3和用于捕捉上电稳定状态的电阻R35，所述欠压检测电路(2)、过流设置电路(3)分别与单片机U3相连，所述单片机U3的输出端依次通过MOS驱动电路(5)、MOS开关电路(6)与被控制的单相交流电机相连，所述单片机U3的输入端通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连。

6.根据权利要求5所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述单片机U3采用FU6811型微处理器，所述单片机U3的3号端口和过压欠压检测电路(2)的输出端相连，所述单片机U3的5号端口和过流设置电路(3)相连，所述单片机U3的6、7、8、9号端口分别与电机过流欠流检测电路(1)的输出端相连，所述单片机U3的外围电路包括电容C8、电容C9、电容C26、电容C16和电容C17，所述单片机U3的9号端口通过电容C16接地，所述单片机U3的12号端口通过电容C17接地，所述单片机U3的40号端口通过电容C8接地，所述单片机U3的38号端口接地，所述单片机U3的37号端口和工作电源输入端VDD5相连且通过电容C26接地，所述单片机U3的25号端口通过电阻R35和工作电源输入端VDD5相连，所述单片机U3的36号端口接地，所述单片机U3的35号端口接+15V电源且通过电容C9接地，所述单片机U3的30、31、33、34号端口分别和MOS驱动电路(5)相连。

7.根据权利要求6所述的用于风扇或冷风扇单相交流电机的无级调速交流控制装置，其特征在于：所述MOS驱动电路(5)包括并列布置的两个驱动单元，所述MOS开关电路(6)包括MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q5、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、电阻RS1和电阻RS2、，所述MOS驱动电路(5)的一个驱动单元包括电阻R28、电阻R29、电容C10、电容C11、电容C12、电阻R30、驱动芯片U4、二极管D6和电容C13，所述驱动芯片U4的1号端口和+15V电源相连，所述驱动芯片U4的2号端口通过电阻R28和单片机U3的33号端口相连、3号端口通过电阻R29和单片机U3的34号端口相连、4号端口接地，且所述驱动芯片U4的1号端口通过电容C12接地、2号端口通过电容C10接地、3号端口通过电容C11接地，所述驱动芯片U4的5号端口通过电阻R11和MOS管Q2的基极相连，所述驱动芯片U4的7号端口通过电阻R10和MOS管Q1的基极相连，所述驱动芯片U4的6号端口和单相交流电机的一个连接端相连，所述驱动芯片U4的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；所述MOS驱动电路(5)的另一个驱动单元包括电阻R32、电阻R33、电容C19、电容C20、电容C21、电阻R34、驱动芯片U5、二极管D7和电容C22，所述驱动芯片U5的1号端口和+15V电源相连，所述驱动芯片U5的2号端口通过电阻R32和单片机U3的34号端口相连、3号端口通过电阻R33和单片机U3的31号端口相连、4号端口接地，且所述驱动芯片U5的1号端口通过电容C21接地、2号端口通过电容C19接地、3号端口通过电容C20接地，所述驱动芯片U5的5号端口通过电阻R21和MOS管Q3的基极相连，所述驱动芯片U5的7号端口通过电阻R20和MOS管Q5的基极相连，所述驱动芯片U5的6号端口和单相交流电机的另一个连接端相连，所述驱动芯片U5的8号端口通过电通C13和6号端口相连且通过二极管D6、电阻R30和+15V电源相连；MOS管Q1的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q2的漏极以及单相交流电机的一个连接端相连，电阻R12串接于MOS管Q1的漏极、源极之间，电阻R13串接于MOS管Q2的漏极、源极之间，MOS管Q2的源极和衬底共同通过并联布置的电阻RS1接地，MOS管Q5的漏极和+310V电源相连、源极和衬底共同和MOS管Q3的漏极以及单相交流电机的另一个连接端相连，电阻R22串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，电阻R23串接于MOS管Q3的漏极、源极之间，MOS管Q3的源极和衬底共同通过电阻RS2接地，所述电机过流欠流检测电路(1)的输入端分别和MOS管Q2的源极、MOS管Q3的源极相连。