CN112910256B - 一种交流电机控制单元及油烟机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种交流电机控制单元及吸油烟机,其中交流电机控制单元与交流电机电源输入端连接,其特征在于:包括整流电路、输入电压监测电路、输入电流监测电路、输入电流处理电路、升压功率电路、乘法器、比较器、三角波发生器、滤波直流输出电路、输出直流电压监测电路、输出直流电压处理电路、逆变输出功率单元、逆变控制单元。与现有技术相比,本发明的优点在于:将输入电压的检测信号、输出电压的检测信号、输入电流的检测信号,通过乘法器进行运算后,与三角波进行对比调制,输出一定频率的方波信号驱动升压功率电路,使逆变输出功率单元根据检测到的直流电压值,进行实时调整,始终确保其输出220V/50Hz的交流电,确保交流电机的转速稳定。

Description

一种交流电机控制单元及油烟机
技术领域
本发明涉及一种交流电机控制单元及油烟机。
背景技术
现行吸油烟机内部均设有一个交流电机来驱动风机转动,该交流电机直接由市电提供的220V交流电驱动运行,电机转速与市电电压息息相关,这也就造成了实际上电机转速受市电电压波动影响,从而造成风量大小也随着市电电压波动而变化,造成吸力不均,甚至在市电状况不好的地区,影响吸油烟机使用效果。
因此本发明提供了一种装置及其控制方法,无论市电如何波动,该控制方法均保证电机侧的供电电压保持在220VAC/50Hz,使电机始终处于恒定转速/转矩的运行状态,从而达到使油烟机一直具有恒定的吸力,保证吸油烟效果。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是针对上述现有技术提供一种无论市电如何波动、均能保证供给交流电机的供电电压恒定,从而使交流电机始终处于恒定转速的交流电机控制单元。
本发明所要解决的第二个技术问题是针对上述现有技术提供一种无论市电如何波动、均能保证供给交流电机的供电电压恒定,从而使交流电机始终处于恒定转速的吸油烟机。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为:一种交流电机控制单元,与交流电机电源输入端连接、为交流电机提供供电电压,其特征在于:包括整流电路、输入电压监测电路、输入电流监测电路、输入电流处理电路、升压功率电路、乘法器、比较器、三角波发生器、滤波直流输出电路、输出直流电压监测电路、输出直流电压处理电路、逆变输出功率单元、逆变控制单元;
其中整流电路的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接;输入电流监测电路的输入端与整流电路的输出端连接,输入电流监测电路的输出端连接输入电流处理电路后与乘法器的第一输入端连接;
输入电压监测电路的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接,输入电压监测电路的输出端与乘法器的第二输入端连接;
升压功率电路的输入端与整流电路的输出端连接,升压功率电路的输出端与滤波直流输出电路的输入端连接,滤波直流输出电路的输出端与输出直流电压监测电路的输入端连接,输出直流电压监测电路的输出端连接输出直流电压处理电路后与乘法器的第三输入端连接;
三角波发生器的输出端与比较器的第一输入端连接,乘法器的输出端与比较器的第二输入端连接,比较器的输出端与升压功率电路连接,比较器将乘法器的运算结果与三角波发生器输出的三角波进行对比调制,输出方波信号驱动升压功率电路;
逆变控制单元的输出端与逆变输出功率单元连接,用来驱动逆变输出功率单元;
输出直流电压监测电路的输出端连接逆变输出功率单元的输入端,逆变输出功率单元的输出端与交流电机电源输入端连接。
作为改进,本发明还包括输入电压处理电路和增益调节电路,输入电压监测电路的输出端连接输入电压处理电路后输出信号给到增益调节电路进行处理,增益调节电路的输出端连接至输出直流电压处理电路。
作为优选,所述输入电压处理电路包括第一运算放大器和第五电阻,其中输入电压监测电路的两个输出端分别与第一运算放大器的同向输入端和反向输入端连接,第五电阻的两端分别与第一运算放大器的反向输入端与输出端连接;
所述增益调节电路包括第五运算放大器、第四电阻和恒流源,其中第一运算放大器的输出端与第五运算放大器的同向输入端连接,第四电阻的两端分别与第五运算放大器的反向输入端与输出端连接,第五运算放大器的输出端与恒流源的输入端连接,恒流源的输出端与输出直流电压处理电路连接。
所述输出直流电压处理电路包括第六运算放大器、第七运算放大器和第六电阻,其中输出直流电压监测电路的输出端与第六运算放大器的同向输入端连接,第六运算放大器反向输入端与输出端直接连接,第六运算放大器的输出端连接第六电阻后与第七运算放大器的反向输入端连接,恒流源的输出端与第七运算放大器的反向输入端连接,第七运算放大器的输出端与乘法器的第二输入端连接。
所述升压功率电路包括电感、第三场效应管和二极管,其中整流电路的输出端与电感的第一端连接,电感的第二端与第三场效应管的漏极连接,比较器的输出端与第三场效应管的栅极连接,第三场效应管的源极接地;二极管的正极也与第三场效应管的漏极连接,二极管的负极与滤波直流输出电路的输入端连接。
再改进,所述滤波直流输出电路包括电容,升压功率电路中二极管的负极与电容的正极连接,电容的负极接地。
所述输出直流电压监测电路包括第一电阻、第二电阻和第三电阻,其中第一电阻的第一端与升压功率电路中二极管的负极连接,第一电阻的第二端与第二电阻的第一端连接,第二电阻的第二端与第三电阻的第一端连接,第三电阻的第二端接地;第二电阻的第二端与输出直流电压处理电路连接。
所述逆变控制单元包括能输出四路PWM信号的控制芯片,所述逆变输出功率单元包括第一场效应管、第二场效应管、第四场效应管和第五场效应管,其中第一场效应管的栅极与控制芯片输出的第一路PWM信号连接,第一场效应管的漏极与升压功率电路中二极管的负极连接,第二场效应管的栅极与控制芯片输出的第二路PWM信号连接,第二场效应管的漏极与升压功率电路中二极管的负极连接,第一场效应管的源极与交流电机的第一电源输入端连接,第二场效应管的源极与交流电机的第二电源输入端连接,第一场效应管的源极与第四场效应管的漏极连接,第二场效应管的源极与第五场效应管的漏极连接,第四场效应管的源极和第五场效应管的源极均接地;第四场效应管的栅极与控制芯片输出的第三路PWM信号连接,第五场效应管的栅极与控制芯片输出的第四路PWM信号连接。
本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为:一种吸油烟机,包括机体,机体内设有交流电机及由该交流电机驱动的风机,其特征在于:还包括具有上述电路结构的交流电机控制单元,该交流电机控制单元中逆变输出功率单元的输出端与交流电机电源输入端连接。
与现有技术相比,本发明的优点在于:将输入电压的检测信号、输出电压的检测信号、输入电流的检测信号,通过乘法器进行运算后,与一定的三角波进行对比调制,输出一定频率的方波信号驱动升压功率电路,该升压单元自动跟随市电电压的变化对输出直流电压值进行自动调整,确保升压功率电路始终保持在合理的电气应力范围内,并确保直流输出电压维持在更高的水平,给后级逆变输出功率单元供电,逆变输出功率单元根据检测到的直流电压值,进行实时调整,始终确保其输出220V/50Hz的交流电,确保交流电机的转速稳定。
附图说明
图1为本发明实施例中交流电机控制单元的电路模块连接框图。
图2为本发明实施例中交流电机控制单元的电路连接原理图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1所示的交流电机控制单元,与交流电机电源输入端连接、为交流电机提供供电电压,包括整流电路1、输入电压监测电路2、输入电流监测电路3、输入电流处理电路4、升压功率电路5、乘法器6、比较器7、三角波发生器8、滤波直流输出电路9、输出直流电压监测电路10、输出直流电压处理电路11、逆变输出功率单元12、逆变控制单元13、输入电压处理电路14和增益调节电路15;
其中整流电路1的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接;输入电流监测电路3的输入端与整流电路1的输出端连接,输入电流监测电路3的输出端连接输入电流处理电路4后与乘法器6的第一输入端连接;
输入电压监测电路2的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接,输入电压监测电路2的输出端与乘法器6的第二输入端连接;
升压功率电路5的输入端与整流电路1的输出端连接,升压功率电路5的输出端与滤波直流输出电路9的输入端连接,滤波直流输出电路9的输出端与输出直流电压监测电路10的输入端连接,输出直流电压监测电路10的输出端连接输出直流电压处理电路11后与乘法器6的第三输入端连接;
三角波发生器8的输出端与比较器7的第一输入端连接,乘法器6的输出端与比较器7的第二输入端连接,比较器7的输出端与升压功率电路5连接,比较器7将乘法器6的运算结果与三角波发生器8输出的三角波进行对比调制,输出方波信号驱动升压功率电路;
逆变控制单元13的输出端与逆变输出功率单元12连接,用来驱动逆变输出功率单元;
输出直流电压监测电路11的输出端连接逆变输出功率单元12的输入端,逆变输出功率单元12的输出端与交流电机电源输入端连接;
输入电压监测电路2的输出端连接输入电压处理电路14后输出信号给到增益调节电路15进行处理,增益调节电路15的输出端连接至输出直流电压处理电路11。
本实施例中,整流电路为常见的由四个二极管连接而成的桥式整流电路,参见图2所示,升压功率电路包括电感LC1、第三场效应管Q3和二极管D1,其中整流电路的输出端与电感LC1的第一端连接,电感LC1的第二端与第三场效应管Q3的漏极连接,比较器中第四运算放大器U4B的输出端与第三场效应管Q3的栅极连接,第三场效应管Q3的源极接地;二极管D1的正极也与第三场效应管Q3的漏极连接,二极管D1的负极与滤波直流输出电路的输入端连接。输入电压处理电路包括第一运算放大器U1B和第五电阻R5,其中输入电压监测电路的两个输出端分别与第一运算放大器U1B的同向输入端和反向输入端连接,第五电阻R5的两端分别与第一运算放大器U1B的反向输入端与输出端连接;所述增益调节电路包括第五运算放大器U5B、第四电阻R4和恒流源,其中第一运算放大器U1B的输出端与第五运算放大器U5B的同向输入端连接,第四电阻R4的两端分别与第五运算放大器U5B的反向输入端与输出端连接,第五运算放大器U5B的输出端与恒流源的输入端连接,恒流源的输出端与输出直流电压处理电路中的第七运算放大器U7B的反向输入端连接。所述输出直流电压处理电路包括第六运算放大器U6B、第七运算放大器U7B和第六电阻R6,其中输出直流电压监测电路的输出端与第六运算放大器U6B的同向输入端连接,第六运算放大器U6B反向输入端与输出端直接连接,第六运算放大器U6B的输出端连接第六电阻R6后与第七运算放大器U7B的反向输入端连接,恒流源的输出端与第七运算放大器U7B的反向输入端连接,第七运算放大器U7B的输出端与乘法器的第二输入端连接。所述滤波直流输出电路包括电容C1,升压功率电路中二极管D1的负极与电容C1的正极连接,电容C1的负极接地。所述输出直流电压监测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3,其中第一电阻R1的第一端与升压功率电路中二极管D1的负极连接,第一电阻R1的第二端与第二电阻R2的第一端连接,第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端连接,第三电阻R3的第二端接地;第二电阻R2的第二端与输出直流电压处理电路连接。所述逆变控制单元包括能输出四路PWM信号的控制芯片,所述逆变输出功率单元包括第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、第四场效应管Q4和第五场效应管Q5,其中第一场效应管Q1的栅极与控制芯片输出的第一路PWM信号连接,第一场效应管Q1的漏极与升压功率电路中二极管D1的负极连接,第二场效应管Q2的栅极与控制芯片输出的第二路PWM信号连接,第二场效应管Q2的漏极与升压功率电路中二极管D1的负极连接,第一场效应管Q1的源极与交流电机的第一电源输入端连接,第二场效应管Q2的源极与交流电机的第二电源输入端连接,第一场效应管Q1的源极与第四场效应管Q4的漏极连接,第二场效应管Q2的源极与第五场效应管Q5的漏极连接,第四场效应管Q4的源极和第五场效应管Q5的源极均接地;第四场效应管Q4的栅极与控制芯片输出的第三路PWM信号连接,第五场效应管Q5的栅极与控制芯片输出的第四路PWM信号连接。其中第一运算放大器U1B、第二运算放大器U2B、第三运算放大器U3B、第七运算放大器U7B的相同输入端同时还连接0~5V的参考电压Vref1、Vref2、Vref4、Vref3。
上述电路的工作原理为:输入电压监测电路2经过输入电压处理电路14后输出Vaco信号给到增益调节电路单元进行处理,生成Vaco1对恒流源的输出进行调节;输出直流电压处理电路11通过由第六运算放大器U6B组成的抗隔离电路生成Vfb,Vfb经过第六电阻R6接入第七运算放大器U7B的反向输入端;同时恒流源输出的Iaco也连接第七运算放大器U7B的反向输入端;第六运算放大器U6B组成一普通电压跟随器,将恒流源输出和输出直流电压监测电路10输出的阻抗进行隔离;输入电流监测电路3、输入电压监测电路2、输出直流电压处理电路10的输出经过乘法器6运算后,与三角波发生器8输出的三角波进行比较输出,生成驱动升压功率电路5的PWM波。市电的输入电压的变化会导致Vaco、Vaco1跟随变化,通过对恒流源的调节,即Iaco跟随市电输入电压变化,Iaco与Vfb一起作用于输出直流电压处理电路11中的第七运算放大器U7B上,通过此种方式来调节第七运算放大器U7B得到的输出电压采样值,进而达到调节输出直流电压处理电路11的输出,最终与三角波进行比较改变输出方波信号的脉宽,从而对升压功率电路5中的第三场效应管进行控制,进而调节滤波直流输出电路9的输出电压,因此不管市电输入电压如何波动,将交流电压峰值和输出直流电压值控制在合理的电压差范围内,减小升压功率电路和逆变功率单元所受电应力,同时确保逆变恒定输出220V/50Hz交流电给交流电机使用。
本发明还提供了一种吸油烟机,包括机体,机体内设有交流电机及由该交流电机驱动的风机,机体内还设有具有上述电路结构交流电机控制单元,该交流电机控制单元中逆变输出功率单元的输出端与交流电机电源输入端连接,可确保吸油烟机吸力和吸油烟效果不变,同时可改善噪音情况。

Claims (7)

1.一种交流电机控制单元,与交流电机电源输入端连接、为交流电机提供供电电压,其特征在于:包括整流电路、输入电压监测电路、输入电流监测电路、输入电流处理电路、升压功率电路、乘法器、比较器、三角波发生器、滤波直流输出电路、输出直流电压监测电路、输出直流电压处理电路、逆变输出功率单元、逆变控制单元、输入电压处理电路和增益调节电路;
其中整流电路的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接;输入电流监测电路的输入端与整流电路的输出端连接,输入电流监测电路的输出端连接输入电流处理电路后与乘法器的第一输入端连接;
输入电压监测电路的两输入端分别与市电的火线端和零线端电连接,输入电压监测电路的输出端与乘法器的第二输入端连接;
升压功率电路的输入端与整流电路的输出端连接,升压功率电路的输出端与滤波直流输出电路的输入端连接,滤波直流输出电路的输出端与输出直流电压监测电路的输入端连接,输出直流电压监测电路的输出端连接输出直流电压处理电路后与乘法器的第三输入端连接;
三角波发生器的输出端与比较器的第一输入端连接,乘法器的输出端与比较器的第二输入端连接,比较器的输出端与升压功率电路连接,比较器将乘法器的运算结果与三角波发生器输出的三角波进行对比调制,输出方波信号驱动升压功率电路;
逆变控制单元的输出端与逆变输出功率单元连接,用来驱动逆变输出功率单元;
输出直流电压监测电路的输出端连接逆变输出功率单元的输入端,逆变输出功率单元的输出端与交流电机电源输入端连接;
输入电压监测电路的输出端连接输入电压处理电路后输出信号给到增益调节电路进行处理,增益调节电路的输出端连接至输出直流电压处理电路,具体的,所述输出直流电压处理电路包括第六运算放大器(U6B)、第七运算放大器(U7B)和第六电阻(R6),其中输出直流电压监测电路的输出端与第六运算放大器(U6B)的同向输入端连接,第六运算放大器(U6B)反向输入端与输出端直接连接,第六运算放大器(U6B)的输出端连接第六电阻(R6)后与第七运算放大器(U7B)的反向输入端连接,增益调节电路中的恒流源的输出端与第七运算放大器(U7B)的反向输入端连接,第七运算放大器(U7B)的输出端与乘法器的第三输入端连接。
2.根据权利要求1所述的交流电机控制单元,其特征在于:所述输入电压处理电路包括第一运算放大器(U1B)和第五电阻(R5),其中输入电压监测电路的两个输出端分别与第一运算放大器(U1B)的同向输入端和反向输入端连接,第五电阻(R5)的两端分别与第一运算放大器(U1B)的反向输入端与输出端连接;
所述增益调节电路包括第五运算放大器(U5B)、第四电阻(R4)和恒流源,其中第一运算放大器(U1B)的输出端与第五运算放大器(U5B)的同向输入端连接,第四电阻(R4)的两端分别与第五运算放大器(U5B)的反向输入端与输出端连接,第五运算放大器(U5B)的输出端与恒流源的输入端连接,恒流源的输出端与输出直流电压处理电路连接。
3.根据权利要求1所述的交流电机控制单元,其特征在于:所述升压功率电路包括电感(LC1)、第三场效应管(Q3)和二极管(D1),其中整流电路的输出端与电感(LC1)的第一端连接,电感(LC1)的第二端与第三场效应管(Q3)的漏极连接,比较器的输出端与第三场效应管(Q3)的栅极连接,第三场效应管(Q3)的源极接地;二极管(D1)的正极也与第三场效应管(Q3)的漏极连接,二极管(D1)的负极与滤波直流输出电路的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的交流电机控制单元,其特征在于:所述滤波直流输出电路包括电容(C1),升压功率电路中二极管(D1)的负极与电容(C1)的正极连接,电容(C1)的负极接地。
5.根据权利要求3所述的交流电机控制单元,其特征在于:所述输出直流电压监测电路包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)和第三电阻(R3),其中第一电阻(R1)的第一端与升压功率电路中二极管(D1)的负极连接,第一电阻(R1)的第二端与第二电阻(R2)的第一端连接,第二电阻(R2)的第二端与第三电阻(R3)的第一端连接,第三电阻(R3)的第二端接地;第二电阻(R2)的第二端与输出直流电压处理电路连接。
6.根据权利要求3所述的交流电机控制单元,其特征在于:所述逆变控制单元包括能输出四路PWM信号的控制芯片,所述逆变输出功率单元包括第一场效应管(Q1)、第二场效应管(Q2)、第四场效应管(Q4)和第五场效应管(Q5),其中第一场效应管(Q1)的栅极与控制芯片输出的第一路PWM信号连接,第一场效应管(Q1)的漏极与升压功率电路中二极管(D1)的负极连接,第二场效应管(Q2)的栅极与控制芯片输出的第二路PWM信号连接,第二场效应管(Q2)的漏极与升压功率电路中二极管(D1)的负极连接,第一场效应管(Q1)的源极与交流电机的第一电源输入端连接,第二场效应管(Q2)的源极与交流电机的第二电源输入端连接,第一场效应管(Q1)的源极与第四场效应管(Q4)的漏极连接,第二场效应管(Q2)的源极与第五场效应管(Q5)的漏极连接,第四场效应管(Q4)的源极和第五场效应管(Q5)的源极均接地;第四场效应管(Q4)的栅极与控制芯片输出的第三路PWM信号连接,第五场效应管(Q5)的栅极与控制芯片输出的第四路PWM信号连接。
7.一种吸油烟机,包括机体,机体内设有交流电机及由该交流电机驱动的风机,其特征在于:还包括如权利要求1所述的交流电机控制单元,该交流电机控制单元中逆变输出功率单元的输出端与交流电机电源输入端连接。
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