CN109379001B - 电机启动电路、电气装置及家电 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电机启动电路、电气装置及家电，包括用于控制电机通电与否的第一开关模块和用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出开关驱动信号的处理模块，处理模块的开关信号输出端串接于第一开关模块的控制端，第一开关模块与电机串接于电网中；本发明通过比较输入电源与参考电源之间的大小并产生能够导通第一开关模块的开关驱动信号，使得电机能够进行开启或关闭，由于输入电源与参考电源均与电网并没有直接的关联，因此能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响。

Description

电机启动电路、电气装置及家电

技术领域

本发明涉及电气领域，尤其是一种电机启动电路、电气装置及家电。

背景技术

如何实现电机的快速启动，使电机不具有应用场合的局限性，是电机行业关注的一个主要问题。传统的同步电机在启动时，往往需要从电网向电机引入一个启动电流，以使电机能够正常启动。但是，当电网出现波动时，该启动电流容易受到影响而导致电机难以启动和稳定运行，从而导致电机时常出现堵转的情况。为了避免这种情况，往往会在电机初始启动时给其一个瞬间大电流，以保证启动电流的幅值满足电机的启动要求，然而，这必然需要换上更耐电流的大功率器件，这样，不但增加了产品的体积、重量，更增加了成本。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种电机启动电路、电气装置及家电，能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响，因此不需要为电机的启动提供瞬间大电流，从而不需要更换大功率器件。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

第一方面，本发明提供了一种电机启动电路，包括用于控制电机通电与否的第一开关模块和用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出开关驱动信号的处理模块，处理模块的开关信号输出端串接于第一开关模块的控制端，第一开关模块与电机串接于电网中，开关驱动信号为逻辑电平信号。

进一步，处理模块包括用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出控制信号的信号处理模块和用于根据控制信号而输出开关驱动信号的第二开关模块，信号处理模块、第二开关模块和第一开关模块依次串接。

进一步，还包括用于对电网的交流电源进行电压转换及半波整流而输出第一正弦半波和第二正弦半波的稳压整流模块，第一正弦半波和第二正弦半波分别输入到信号处理模块，第一正弦半波和第二正弦半波即为所述的输入电源。

进一步，信号处理模块包括第一比较器，第一正弦半波输入到第一比较器的正极端，参考电源输入到第一比较器的负极端，第一比较器的输出端与第二开关模块的控制端串接。

进一步，信号处理模块包括第二比较器，第二正弦半波输入到第二比较器的负极端，参考电源输入到第二比较器的正极端，第二比较器的输出端与第二开关模块的控制端串接。

进一步，还包括用于检测电机转子的位置并提供相应输出信号的位置检测模块，位置检测模块的信号输出端与第二开关模块串接。

进一步，第二开关模块包括第一三极管、第二三极管和第三三极管；第一三极管的基极和第二三极管的基极分别与信号处理模块相串接，第一三极管的集电极和第二三极管的集电极相并接并形成开关信号输出端，开关信号输出端串接于工作电源，第一三极管的发射极与位置检测模块的信号输出端连接后串接于第三三极管的基极，第二三极管的发射极串接于第三三极管的集电极后与工作电源相串接，第三三极管的发射极接地。

进一步，处理模块的开关信号输出端与第一开关模块的控制端之间串接有限流电阻。

第二方面，本发明还提出了一种电气装置，包括至少一个印刷电路板，所述至少一个印刷电路板上布设有如上所述的电机启动电路。

第三方面，本发明还提出了一种家电，包括有如上所述的电气装置。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：第一开关模块与电机串接于电网中，因此当第一开关模块的控制端接收到由处理模块传输过来的开关驱动信号时，第一开关模块即可控制电机的通电与否，从而实现对电机的启动操作；由于开关驱动信号是由处理模块根据输入电源与参考电源之间的大小而输出的，并且开关驱动信号为逻辑电平信号，因此开关驱动信号并不会受到电网出现波动时的影响，从而能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响，因此不需要为电机的启动提供瞬间大电流，从而不需要更换大功率器件。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明作进一步说明。

图1是本发明一个实施例提供的电机启动电路的原理图；

图2是本发明另一实施例提供的电机启动电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。需要说明的是，如果不冲突，本发明实施例中的各个特征可以相互结合，均在本发明的保护范围之内。

传统的同步电机在启动时，往往需要从电网向电机引入一个启动电流，以使电机能够正常启动。由于该启动电流由电网通过变压、稳压等处理而得到，因此该启动电流和电网中的电流一样属于正弦波信号。当电网出现波动时，该启动电流容易受到影响而导致其幅值出现波动，当该启动电流的幅值发生变化而达不到电机启动的要求时，则会导致电机难以启动和稳定运行，从而导致电机时常出现堵转的情况。为了避免这种情况，往往会在电机初始启动时给其一个瞬间大电流，以保证启动电流的幅值满足电机的启动要求，然而，这必然需要换上更耐电流的大功率器件，这样，不但增加了产品的体积、重量，更增加了成本。

基于此，本发明提供了一种电机启动电路、电气装置及家电，根据输入电源与参考电源之间的大小而输出用于控制电机的通电与否的开关驱动信号，且该开关驱动信号为逻辑电平信号，其与电网并没有直接的关联，因此能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

参照图1，本发明的第一实施例提供了一种电机启动电路，包括用于控制电机通电与否的第一开关模块100和用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出开关驱动信号的处理模块200，处理模块200的开关信号输出端串接于第一开关模块100的控制端，第一开关模块100与电机串接于电网中，所述开关驱动信号为逻辑电平信号。

在本实施例中，由于第一开关模块100与电机串接于电网中，因此当第一开关模块100的控制端接收到由处理模块200传输过来的开关驱动信号时，第一开关模块100即可控制电机的通电与否，从而实现对电机的启动或关闭操作；由于开关驱动信号是由处理模块200根据输入电源与参考电源之间的大小而输出的，并且开关驱动信号为逻辑电平信号，因此开关驱动信号并不会受到电网出现波动时的影响，从而能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响，因此不需要为电机的启动提供瞬间大电流，从而不需要更换大功率器件。

在本实施例中，输入电源和参考电源的来源均可以有多种实施方式，例如，输入电源可以由本地电源提供，也可以由电网的交流电源经过整流、滤波、稳压之后而得到；而参考电源则可以由本地电源提供，也可以由工作电源经过电阻分压网络而得到。不论输入电源和参考电源的来源为何处，只要输入电源和参考电源能够符合处理模块200的电源要求即可。此外，参考电源的电平值可以根据实际的情况而进行选择，例如，当输入电源为从电网中获取时，并且输入电源跟随电网的波动而出现波动，此时，参考电源的电平值选择满足以下条件：输入电源中大于参考电源的电平值的波形部分，由于波动而出现的最低电平值，大于参考电源的电平值。另外，处理模块200也可以有多种实施方式，例如，处理模块200可以为单片机，也可以为比较器电路及开关电路的组合。此外，第一开关模块100也可以有多种实施方式，例如，第一开关模块100可以为双向可控硅开关，也可以为继电器，但优选为双向可控硅开关。当第一开关模块100采用双向可控硅开关时，双向可控硅开关直接与电网的交流电源和电机的定子绕组中的任一级相连接。当双向可控硅开关的控制端处于低电平时，双向可控硅开关会被导通，从而使得电机进行工作；当双向可控硅开关的控制端处于高电平时，双向可控硅开关关断，电机停止工作。

进一步地，基于上述实施例，本发明的第二实施例还提供了一种电机启动电路，其中，处理模块200包括用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出控制信号的信号处理模块210和用于根据控制信号而输出开关驱动信号的第二开关模块220，信号处理模块210、第二开关模块220和第一开关模块100依次串接。

在本实施例中，信号处理模块210能够把输入到其中的输入电源与参考电源进行比较，并根据比较的结果而向第二开关模块220输出控制信号。信号处理模块210可以有多种实施方式，例如，信号处理模块210可以为比较器电路，也可以为由晶体管电路和/或逻辑门电路组合而成的比较电路，还可以为具有比较电路的处理芯片。信号处理模块210对输入电源与参考电源进行比较有多种实施方式，例如，信号处理模块210可以比较输入电源与参考电源之间的电压值大小，也可以比较输入电源与参考电源之间的电流值大小，还可以同时比较输入电源与参考电源之间的电压值大小及电流值大小。而信号处理模块210根据比较的结果而输出控制信号，也可以有不同的实施方式：例如，输入电源的电压值大于参考电源的电压值，信号处理模块210输出高电平；输入电源的电压值小于参考电源的电压值，信号处理模块210输出低电平。又如，输入电源的电流值大于参考电源的电流值，信号处理模块210输出高电平；输入电源的电流值小于参考电源的电流值，信号处理模块210输出低电平。

此外，在本实施例中，第二开关模块220根据由信号处理模块210输出的控制信号而向第一开关模块100输出开关驱动信号，而第二开关模块220也可以有不同的实施方式，例如，第二开关模块220可以为由多个三极管组成的开关电路，也可以为由继电器组成的开关电路。

进一步地，基于上述实施例，本发明的第三实施例还提供了一种电机启动电路，该电机启动电路还包括用于对电网的交流电源进行电压转换及半波整流而输出第一正弦半波和第二正弦半波的稳压整流模块300，第一正弦半波和第二正弦半波分别输入到信号处理模块210，第一正弦半波和第二正弦半波即为所述的输入电源。在本实施例中，稳压整流模块300可以为集成的稳压整流芯片，也可以为稳压电路和整流电路的组合。其中，稳压整流模块300中的整流处理优先采用半波整流处理，因此能够对电网中的交流电源分别提取正弦正半波及正弦负半波，即稳压整流模块300能够输出第一正弦半波和第二正弦半波，从而能够对电网的交流电源进行充分利用，提高能源的利用率。

进一步地，基于上述实施例，本发明的第四实施例还提供了一种电机启动电路，其中，信号处理模块210包括第一比较器LM1，第一正弦半波输入到第一比较器LM1的正极端，参考电源输入到第一比较器LM1的负极端，第一比较器LM1的输出端与第二开关模块220的控制端串接。

在本实施例中，第一比较器LM1能够对第一正弦半波进行斩波处理。第一正弦半波与参考电源在第一比较器LM1之中进行电平值比较，当第一正弦半波的电位高于参考电源的电平值时，第一比较器LM1输出高电平；当第一正弦半波的电位低于参考电源的电平值时，第一比较器LM1输出低电平。因此，第一比较器LM1能够随着第一正弦半波的周期性变化而输出方波信号，从而能够对第二开关模块220进行驱动控制。此外，参考电源可以由工作电源经过电阻分压网络而得到，因此，当调节该电阻分压网络中的对应电阻值时，能够改变由第一比较器LM1输出的方波信号的宽度，从而能够实现信号的灵活控制。

进一步地，基于第三实施例，本发明的第五实施例还提供了一种电机启动电路，其中，信号处理模块210包括第二比较器LM2，第二正弦半波输入到第二比较器LM2的负极端，参考电源输入到第二比较器LM2的正极端，第二比较器LM2的输出端与第二开关模块220的控制端串接。

在本实施例中，信号处理模块210还包括第四三极管S1，该第四三极管S1优选为PNP三极管。第二正弦半波输入到该第四三极管S1的基极，第四三极管S1的发射极串接于第二比较器LM2的负极端后与工作电源相串接，第四三极管S1的集电极接地。第二正弦半波首先经过第四三极管S1进行削平放大处理，接着在第二比较器LM2的作用下与参考电源进行比较。当第二正弦半波的电位高于参考电源的电平值时，第二比较器LM2输出低电平；当第二正弦半波的电位低于参考电源的电平值时，第二比较器LM2输出高电平。因此，第二比较器LM2能够随着第二正弦半波的周期性变化而输出方波信号，从而能够对第二开关模块220进行驱动控制。此外，参考电源可以由工作电源经过电阻分压网络而得到，因此，当调节该电阻分压网络中的对应电阻值时，能够改变由第二比较器LM2输出的方波信号的宽度，从而能够实现信号的灵活控制。

进一步地，基于第三实施例，本发明的第六实施例还提供了一种电机启动电路，其中，第六实施例分别与第四实施例和第五实施例相比，区别在于：第六实施例中同时包括第一比较器LM1和第二比较器LM2，并且第一比较器LM1的外围电路与第四实施例中的第一比较器LM1的外围电路相一致，第二比较器LM2的外围电路与第五实施例中的第二比较器LM2的外围电路相一致。

在本实施例中，第一比较器LM1和第二比较器LM2分别处于相互独立的两个电路中，但由第一比较器LM1输出的方波信号和由第二比较器LM2输出的方波信号同时对第二开关模块220进行驱动控制。

进一步地，基于第二实施例，本发明的第七实施例还提供了一种电机启动电路，该电机启动电路还包括用于检测电机转子的位置并提供相应输出信号的位置检测模块400，位置检测模块400的信号输出端与第二开关模块220串接。

在本实施例中，位置检测模块400可以有多种实施方式，例如，位置检测模块400可以为霍尔传感器，也可以为角度传感器和单片机的组合，还可以为旋转编码器和单片机的组合，但优选为霍尔传感器。优选地，该位置检测模块400设置于电机中定子的水平轴线靠近转子圆周的位置之上，因此位置检测模块400能够根据磁场的变化而检测转子的位置，并对应输出一个信号到第二开关模块220之中。因此，位置检测模块400能够与第二开关模块220相互配合而向第一开关模块100输出开关驱动信号，从而控制第一开关模块100的通断，实现对对电机的启动或关闭操作。由于开关驱动信号是在位置检测模块400与第二开关模块220的配合作用下产生的，因此开关驱动信号并不会受到电网出现波动时的影响，从而能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响。

进一步地，基于上述实施例，本发明的第八实施例还提供了一种电机启动电路，其中，第二开关模块220包括第一三极管S2、第二三极管S3和第三三极管S4；第一三极管S2的基极和第二三极管S3的基极分别与信号处理模块210相串接，第一三极管S2的集电极和第二三极管S3的集电极相并接并形成开关信号输出端，开关信号输出端串接于工作电源，第一三极管S2的发射极与位置检测模块400的信号输出端连接后串接于第三三极管S4的基极，第二三极管S3的发射极串接于第三三极管S4的集电极后与工作电源相串接，第三三极管S4的发射极接地。

在本实施例中，信号处理模块210可以输出两个控制信号，而这两个控制信号分别输入到第一三极管S2的基极和第二三极管S3的基极。当两个控制信号均为低电平时，无论位置检测模块400输出的信号为高电平或低电平，第一三极管S2和第二三极管S3均处于截止状态，因此开关信号输出端会输出高电平，即第一开关模块100的控制端处于高电平状态，第一开关模块100关断，电机不工作。当两个控制信号的电平值为一高一低，并且当位置检测模块400输出的信号的电平值与输入到第二三极管S3的基极的控制信号的电平值一致时，开关信号输出端会输出低电平，即第一开关模块100的控制端处于低电平状态，第一开关模块100导通，电机进行工作。因此，由于开关驱动信号是在两个控制信号和由位置检测模块400输出的信号的相互配合作用下而产生的，因此开关驱动信号并不会受到电网出现波动时的影响，从而能够避免电网出现波动时对电机的启动造成影响。

进一步地，基于上述任一实施例，本发明的第九实施例还提供了一种电机启动电路，其中，处理模块200的开关信号输出端与第一开关模块100的控制端之间串接有限流电阻110。在本实施例中，限流电阻110能够对传输到第一开关模块100的控制端的信号进行限流，避免传输到第一开关模块100的控制端的电流过大而造成烧毁第一开关模块100的问题，从而保证了第一开关模块100的正常工作。

另外，参照图2，本发明的第十实施例还提供了一种电机启动电路。该电机启动电路包括第一开关模块100、稳压整流模块300、第一比较器LM1、第二比较器LM2、位置检测模块400、第一三极管S2、第二三极管S3和第三三极管S4。其中，稳压整流模块300分别向第一比较器LM1的正极端和第二比较器LM2的负极端传输第一正弦半波和第二正弦半波，第一比较器LM1的负极端和第二比较器LM2的正极端分别连接于参考电源，第一比较器LM1的输出端和第二比较器LM2的输出端分别连接于第一三极管S2的基极和第二三极管S3的基极；第一三极管S2的集电极和第二三极管S3的集电极相并接并形成开关信号输出端，开关信号输出端串接于工作电源，第一三极管S2的发射极与位置检测模块400的信号输出端连接后串接于第三三极管S4的基极，第二三极管S3的发射极串接于第三三极管S4的集电极后与工作电源相串接，第三三极管S4的发射极接地；此外，开关信号输出端还通过限流电阻110连接于第一开关模块100的控制端，第一开关模块100与电机串接于电网中。

在本实施例中，第一开关模块100与电机串接于电网中，因此当第一开关模块100的控制端接收到由开关信号输出端传输过来的开关驱动信号时，第一开关模块100即可控制电机的通电与否，从而实现对电机的启动操作；由于开关驱动信号是在由第一比较器LM1、第二比较器LM2和位置检测模块400所输出的信号的相互配合作用下而产生的逻辑电平信号，并且该用于控制第一开关模块100的通断的开关驱动信号的电流很小，因此即使在电网的一定波动范围内也比较容易启动电机并能使电机平稳运行，稳定性高。同时，由于不需要提供传统同步电机在初始启动时所需的瞬间大电流，所以本实施例的电路不需要使用大功率开关器件，因此能够避免增加电路体积及重量，避免了成本的增加，可靠性高，利于推广。

另外，本发明的第十一实施例还提供了一种电气装置，该电气装置包括至少一个印刷电路板，所述至少一个印刷电路板上布设有如上所述任一实施例的电机启动电路，因此，该电气装置能够实现如上所述任一实施例中电机启动电路所具备的功能。

在本实施例中，所述电机启动电路可以布设在一块印刷电路板上；另外，所述电机启动电路还可以按照所能实现的功能划分为各个模块，每个模块分别对应布设于一个印刷电路板上，并且每个印刷电路板之间可以通过排线、排针和连接端口等进行电连接。

此外，在本实施例中，所述印刷电路板可以为单面板、双板面或多层线路板；另外，所述印刷电路板可以为由酚醛纸质层压板、环氧纸质层压板、聚酯玻璃毡层压板或环氧玻璃布层压板构成的刚性电路板，也可以为由聚酯薄膜、聚酰亚胺薄膜或氟化乙丙烯薄膜构成的柔性电路板。

此外，本发明的第十二实施例还提供了一种家电，该家电包括有如上所述的电气装置。在本实施例中，该家电能够实现如上所述任一实施例中的电机启动电路所具备的功能。另外，本实施例中的家电并不限定于某一具体的设备，该家电可以为洗衣机、洗碗机、洗地机或扫地机等。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种电机启动电路，其特征在于：包括用于控制电机通电与否的第一开关模块和用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出开关驱动信号的处理模块，所述处理模块的开关信号输出端串接于所述第一开关模块的控制端，所述第一开关模块与电机串接于电网中，所述开关驱动信号为逻辑电平信号；

所述处理模块包括用于比较输入电源与参考电源之间的大小而输出控制信号的信号处理模块和用于根据所述控制信号而输出开关驱动信号的第二开关模块，所述信号处理模块、第二开关模块和第一开关模块依次串接；

所述电机启动电路还包括用于检测电机转子的位置并提供相应输出信号的位置检测模块，所述位置检测模块的信号输出端与所述第二开关模块串接；

所述第二开关模块包括第一三极管、第二三极管和第三三极管；所述第一三极管的基极和第二三极管的基极与所述信号处理模块的两个端口对应连接以接收所述信号处理模块输出的两个控制信号，所述第一三极管的集电极和第二三极管的集电极相并接并形成所述的开关信号输出端，所述开关信号输出端串接于工作电源，所述第一三极管的发射极与所述位置检测模块的信号输出端连接后串接于所述第三三极管的基极，所述第二三极管的发射极串接于所述第三三极管的集电极后与工作电源相串接，所述第三三极管的发射极接地。

2.根据权利要求1所述的电机启动电路，其特征在于：还包括用于对电网的交流电源进行电压转换及半波整流而输出第一正弦半波和第二正弦半波的稳压整流模块，所述第一正弦半波和第二正弦半波分别输入到所述信号处理模块，所述第一正弦半波和第二正弦半波即为所述的输入电源。

3.根据权利要求2所述的电机启动电路，其特征在于：所述信号处理模块包括第一比较器，第一正弦半波输入到所述第一比较器的正极端，参考电源输入到所述第一比较器的负极端，所述第一比较器的输出端与所述第二开关模块的控制端串接。

4.根据权利要求2所述的电机启动电路，其特征在于：所述信号处理模块包括第二比较器，第二正弦半波输入到所述第二比较器的负极端，参考电源输入到所述第二比较器的正极端，所述第二比较器的输出端与所述第二开关模块的控制端串接。

5.根据权利要求1-4任一所述的电机启动电路，其特征在于：所述处理模块的开关信号输出端与所述第一开关模块的控制端之间串接有限流电阻。

6.一种电气装置，其特征在于：包括至少一个印刷电路板，所述至少一个印刷电路板上布设有如权利要求1-5任一项所述的电机启动电路。

7.一种家电，其特征在于：包括有如权利要求6所述的电气装置。