CN110460267A - 一种三相无刷直流风机控制器 - Google Patents

一种三相无刷直流风机控制器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及控制器技术领域，具体涉及一种三相无刷直流风机控制器，包括电路板盒(1)、电路板组件(2)、场效应管(3)、分隔垫(4)和紧固组件组成，所述电路板组件(2)、场效应管(3)、分隔垫(4)和紧固组件固定于所述电路板盒(1)的内部，所述电路板盒(1)外表面具有若干锯齿状散热部(11)，所述场效应管(3)焊接在电路板组件(2)上，并在焊接后通过紧固组件固定在散热部(11)内周面上，所述场效应管(3)与电路板盒(1)之间设有用于散热绝缘的分隔垫(4)，所述场效应管(3)用于控制三相无刷直流风机中三相绕组的电流方向。本发明根据环境温度改变转速目标值，保证风机运行电流不超过额定电流值。

Description

一种三相无刷直流风机控制器
技术领域
本发明涉及控制器技术领域，具体涉及一种三相无刷直流风机控制器。
背景技术
风机运行温度、运行电流是风机控制中的重要参数，在外界环境温度变化时，会影响风机结构中的摩擦阻滞系数，从而会影响风机的运行电流。目前，国内研制的风机在低温环境下会出现电流增大的现象，降低电源以及风机运行的安全性。因此人们迫切希望获得一种在任何环境温度下都能保证风机的运行电流不超过额定电流的风机控制器。
发明内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本发明要解决的技术问题是提供一种三相无刷直流风机控制器。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种三相无刷直流风机控制器，包括电路板盒、电路板组件、场效应管、分隔垫和紧固组件组成，所述电路板组件、场效应管、分隔垫和紧固组件固定于所述电路板盒的内部，所述电路板盒外表面具有若干锯齿状散热部，所述场效应管焊接在电路板组件上，并在焊接后通过紧固组件固定在散热部内周面上，所述场效应管与电路板盒之间设有用于散热绝缘的分隔垫，所述场效应管用于控制三相无刷直流风机中三相绕组的电流方向。
作为优选的，所述紧固组件包括螺母、平垫圈、弹簧垫圈和螺钉。
作为优选的，所述电路板组件包括单片机、电机控制器、隔离驱动电路、三相逆变电桥、电流检测电路、温度检测模块和直流电源模块，所述单片机的输入端连接温度检测模块，所述单片机的输出端与电机控制器连接，所述电机控制器的输出端连接隔离驱动电路，所述驱动隔离电路的输出端连接场效应管构成的三相逆变电桥，所述三相逆变电桥的输出端连接电流检测电路，所述电流检测电路将信号反馈至电机控制器；所述单片机用于控制风机转速的缓慢启动逐渐加速至稳态运行、输入给电机控制器的转速信号、转向信号和运行方式，所述温度检测模块用于检测三相无刷直流风机内部的温度，所述直流电源模块用于为电路板组件上的各个元器件供电，所述电机控制器用于根据转子位置传感器输出的转子位置信息、输出控制场效应管导通与关闭的控制信号和反馈故障信号给单片机。
作为优选的，所述电机控制器采用MC33035。
作为优选的，所述场效应管采用IRFP4468。
使用本发明的有益效果是：
1、本发明控制风机的启动与运转，能够实现风机的缓慢启动、限制启动电流；实现转速闭环PI调节，控制精度高，抗干扰能力强；本发明可根据环境温度改变转速目标值，保证风机运行电流不超过额定电流值。
2、本发明结构简单、强度高，散热效果好，可提高运行效率。
3、本发明还具有过压保护、过流保护、电源防反保护功能，提高了系统运行的安全性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的侧面结构示意图；
图3为本发明的电路板组件原理框图；
图4为本发明电机控制器与驱动隔离电路、三相逆变电桥、电流检测电路连接的控制电路原理图；
图5为本发明的单片机控制电路原理图；
图6为本发明的直流电源模块的电路原理图；
图7为本发明的温度检测模块的电路原理图；
附图标记包括：
1-电路板盒，11-散热部，2-电路板组件，3-场效应管，4-分隔垫，5-螺母，6-平垫圈，7-弹簧垫圈，8-螺钉。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细的描述。
如图1-图2所示，一种三相无刷直流风机控制器，包括电路板盒1、电路板组件2、场效应管3、分隔垫4和紧固组件组成，电路板组件2、场效应管3、分隔垫4和紧固组件固定于电路板盒1的内部，电路板盒1外表面具有若干锯齿状散热部11，此种结构设置利于风机内部向外散热，增大空气接触面积，增加散热效果，提高工作效率，场效应管3焊接在电路板组件2上，并在焊接后通过紧固组件固定在散热部11内周面上，场效应管3与电路板盒1之间设有用于散热绝缘的分隔垫4，场效应管3用于控制三相无刷直流风机中三相绕组的电流方向。紧固组件包括螺母5、平垫圈6、弹簧垫圈7和螺钉8。
装配时首先将场效应管3焊接到电路板组件2中相应的焊盘上，其次将两者一同安装到电路板盒1内部，并在场效应管3与电路板盒1之间加入具有导热绝缘作用的分隔垫4，最后通过螺钉6、平垫圈5、弹簧垫圈4、螺母3固定。
如图3所示，电路板组件包括单片机、电机控制器、隔离驱动电路、三相逆变电桥、电流检测电路、温度检测模块和直流电源模块，单片机的输入端连接温度检测模块，单片机的输出端与电机控制器连接，电机控制器的输出端连接隔离驱动电路，驱动隔离电路的输出端连接场效应管3构成的三相逆变电桥，三相逆变电桥的输出端连接电流检测电路，电流检测电路将信号反馈至电机控制器；单片机用于控制输入给电机控制器的转速信号、转向信号和运行方式，温度检测模块用于检测三相无刷直流风机内部的温度，直流电源模块用于为电路板组件上的各个元器件供电，电机控制器用于根据转子位置传感器输出的转子位置信息，输出控制场效应管3导通与关闭的控制信号。单片机可通过输出不同的电压值信号到电机控制器中进行调节转速信号；单片机可通过输出高压/低压到电机控制器中进而切换正反转；单片机可切换风机的运行方式，选择三相无刷直流风机的工作模式：60度和120度。
如图4所示，隔离驱动电路由两个光耦合器(U2、U3)、3个二极管(D1、D3、D4)和3个电阻(R2、R3、R4)组成，驱动隔离电路输入端连接电机控制器的BT、AT、CT管脚，输出端连接三相逆变电桥，三相逆变电桥由6个MOSFET组成，桥式电路的每一相分别连接至风机的三相绕组，以控制绕组中电流的通断，电流检测电路包括电容C5和2个电阻(R16、R17)，电流检测电路一端连接三相逆变电桥，另一端输入至电机控制器反馈电流信号，风机运转时工作电压和工作电流经过R16、R17取样电路内电压和电流的变化，反馈至电机控制器，从而达到保护电机过电压和过电流。
如图5所示，单片机将PWM信号和转速信号输入至电机控制器，从而控制风机的转向、转速及运行方式，温度检测模块将Vol信号输入至单片机，从而令单片机根据实时温度调节控制风机转速。
如图6所示，直流电源模块包括有热敏电阻、快速回复二极管、三端稳压器、稳压二极管、无极性电容和电解电容，其为电路板组件上个元器件供电。
如图7所示，温度检测模块包括电阻R20、热敏电阻R22和电容C13，该模块将风机内的温度传感器(即热敏电阻R22)检测到的风机温度信号Vol反馈至单片机，使单片机根据风机内的温度控制电机控制器以调节风机的转速。当高温时控制转速目标值与常温下保持一致；当温度降低时，R22阻值增大，Vol升至高电平，单片机根据收到的Vol信号逐渐降低目标转速值，从而实现风机的运行电流始终不超过额定电流值。
三相无刷直流风机控制器工作原理：风机绕组的换相是由电机控制器(电机控制器的型号是MC33035)完成的，转子位置传感器采集风机本体的转子位置信息，并将采集到的信息传输给电机控制器，电机控制器根据转子位置信息输出相应的控制信号，该控制信号经过隔离驱动电路后控制相应的场效应管3(即三相逆变电桥)的导通与关闭，控制无刷直流风机中三相绕组中的电流方向，三相绕组中电流产生的磁场与转子磁场相互作用，转子在磁场力的作用下旋转，转子位置传感器不断的采集转子位置信息，如此反复，使风机连续旋转。
该风机转速的缓慢启动、加速运行、转速闭环控制是由单片机实现的。依靠单片机输入给电机控制器的PWM信号逐渐增加，使风机转速按照规定的加速度曲线运转；当转速达到加速的最后阶段时，切换至转速闭环控制，单片机实时采集风机运转速度，并与风机转速的目标值进行比较，采用PI的控制方式调节PWM占空比，以实现转速的闭环控制；风机内部的温度传感器实时监测风机温度信息，单片机采集该温度信息并计算相应的转速目标值，以实现不同温度下的不同转速控制，从而实现风机运行电流始终不大于额定电流。
以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种三相无刷直流风机控制器，其特征在于：包括电路板盒(1)、电路板组件(2)、场效应管(3)、分隔垫(4)和紧固组件组成，所述电路板组件(2)、场效应管(3)、分隔垫(4)和紧固组件固定于所述电路板盒(1)的内部，所述电路板盒(1)外表面具有若干锯齿状散热部(11)，所述场效应管(3)焊接在电路板组件(2)上，并在焊接后通过紧固组件固定在散热部(11)内周面上，所述场效应管(3)与电路板盒(1)之间设有用于散热绝缘的分隔垫(4)，所述场效应管(3)用于控制三相无刷直流风机中三相绕组的电流方向。
2.根据权利要求1所述的三相无刷直流风机控制器，其特征在于：所述紧固组件包括螺母(5)、平垫圈(6)、弹簧垫圈(7)和螺钉(8)。
3.根据权利要求1所述的三相无刷直流风机控制器，其特征在于：所述电路板组件包括单片机、电机控制器、隔离驱动电路、三相逆变电桥、电流检测电路、温度检测模块和直流电源模块，所述单片机的输入端连接温度检测模块，所述单片机的输出端与电机控制器连接，所述电机控制器的输出端连接隔离驱动电路，所述驱动隔离电路的输出端连接场效应管(3)构成的三相逆变电桥，所述三相逆变电桥的输出端连接电流检测电路，所述电流检测电路将信号反馈至电机控制器；所述单片机用于控制风机转速的缓慢启动逐渐加速至稳态运行、输入给电机控制器的转速信号、转向信号和运行方式，所述温度检测模块用于检测三相无刷直流风机内部的温度，所述直流电源模块用于为电路板组件上的各个元器件供电，所述电机控制器用于根据转子位置传感器输出的转子位置信息、输出控制场效应管(3)导通与关闭的控制信号和反馈故障信号给单片机。
4.根据权利要求1所述的三相无刷直流风机控制器，其特征在于：所述电机控制器采用MC33035。
5.根据权利要求1所述的三相无刷直流风机控制器，其特征在于：所述场效应管(3)采用IRFP4468。
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