CN113089259A - 洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统及其控制方法 - Google Patents

洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统包括整流桥、BUCK电源、开关电源、主MCU、主电机IPM、主电机电流采集、水泵MCU、水泵NPMOS功率模块、水泵电流采集、风机MCU、风机IPM以及风机电流采集,整流桥分别连接BUCK电源、开关电源、主电机IPM和风机IPM,主MCU分别连接上位机、主电机IPM、主电机电流采样、水泵MCU和风机MCU,BUCK电源连接主MCU、水泵MCU、风机MCU、主电机IPM和风机IPM,开关电源连接水泵MCU和水泵NPMOS功率模块,水泵MCU连接水泵NPMOS功率模块和水泵电流采集,风机MCU连接风机IPM和风机电流采集,水泵NPMOS功率模块连接排水泵,风机IPM连接风机。本发明将最核心的与性能、节能、静音关联最大的三个部件控制整合,实现洗衣机上电机类相关部件全直流变频化驱动。

Description

洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统及其控制 方法
技术领域:
本发明涉及一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统及其控制方法,其属于洗衣机技术领域。
背景技术:
近年来,随着家电行业的飞速发展,消费者对家用电器静音、节能、环保的要求日益严格,尤其是洗衣机。洗衣机作为新时代解放劳力与时间的家用产品,其使用环境和使用频率日益复杂多变,人们对洗衣机高效节能的要求也越来越高,迫使洗衣机核心驱动部件(主电机、水泵、风机)的控制能力也需跟上前进的步伐。
现有的洗衣机核心驱动部件大部分采用分立的驱动方式,主电机驱动作为主体,形成一块电路板,水泵采用交流控制,风机采用交流控制或者低压直流控制,分布在另一块电路板上,造成资源浪费。另外交流控制的水泵和风机运行效率低、噪声大。
因此,确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。
发明内容:
本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统及其控制方法,其采取主电机控制、水泵控制、风机控制的三合一全直流变频驱动集成控制电路板,三个部件均是采用直流变频控制方法,且集成于一个控制电路板上,整合资源,使主电机控制、水泵控制、风机控制功能标准化、电源和滤波器等共用化、节能和静音效果叠加强化。
本发明采用如下技术方案:一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,包括整流桥、BUCK电源、开关电源、主MCU、主电机IPM、主电机电流采集、水泵MCU、水泵NPMOS功率模块、水泵电流采集、风机MCU、风机IPM以及风机电流采集,所述整流桥分别连接BUCK电源、开关电源、主电机IPM和风机IPM,所述主MCU分别连接上位机、主电机IPM、主电机电流采样、水泵MCU和风机MCU,所述BUCK电源连接主MCU、水泵MCU、风机MCU、主电机IPM和风机IPM,所述开关电源分别连接水泵MCU和水泵NPMOS功率模块,所述水泵MCU连接水泵NPMOS功率模块和水泵电流采集,所述风机MCU连接风机IPM和风机电流采集,所述水泵NPMOS功率模块连接排水泵,风机IPM连接风机。
进一步地,所述主电机IPM采用智能功率模块IPM。
进一步地,所述主MCU和主电机电流采集组成了主电机控制电路。
进一步地,所述水泵MCU、水泵NPMOS功率模块和水泵电流采集组成了水泵控制电路。
进一步地,所述风机MCU、风机IPM和风机电流采集组成了风机控制电路。
本发明还采用如下技术方案:一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统的控制方法,步骤如下:
系统上电后,主MCU通过UART通讯接收上位机的命令,主电机电流采集采集主电机运行状态信号并传递给主MCU,主MCU根据接收到的命令以及主电机电流采集的信号向主电机IPM发送控制信号,从而控制主电机运转;
水泵MCU通过UART通讯接收主MCU的命令,水泵电流采集采集排水泵运行状态信号并传递给水泵MCU,水泵MCU根据接收到的命令以及排水泵电流采集的信号向水泵NPMOS功率模块发送控制信号,从而控制排水泵运转;
风机MCU通过UART通讯接收主MCU的命令,风机电流采集采集风机运行状态信号并传递给风机MCU,风机MCU根据接收到的命令以及风机电流采集的信号向风机IPM发送控制信号,从而控制风机运转。
本发明具有如下有益效果:本发明通过开发三合一全直流变频驱动集成控制系统,将洗衣机最核心的与性能、节能、静音关联最大的三个部件进行了控制整合,实现洗衣机上电机类相关部件全直流变频化驱动。该控制系统已经应用于高端、智能、超节能静音的洗衣机产品上。可提升产品附加值,引领行业技术升级。
附图说明:
图1为本发明洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统的电路组成图。
具体实施方式:
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1所示,本发明洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其连接在上位机1、主电机2、排水泵3和风机4之间,三合一全直流变频驱动集成控制系统包括整流桥11、BUCK电源12、开关电源13、主MCU14、主电机IPM15、主电机电流采集16、水泵MCU17、水泵NPMOS功率模块18、水泵电流采集19、风机MCU20、风机IPM21以及风机电流采集22。整流桥11分别连接BUCK电源12、开关电源13、主电机IPM15和风机IPM21。主MCU14分别连接上位机1、主电机IPM15、主电机电流采样16、水泵MCU17和风机MCU20。BUCK电源12连接主MCU14、水泵MCU17、风机MCU20、主电机IPM15和风机IPM21。开关电源13分别连接水泵MCU17和水泵NPMOS功率模块18。水泵MCU17连接水泵NPMOS功率模块18和水泵电流采集19。风机MCU20连接风机IPM21和风机电流采集22。水泵NPMOS功率模块18连接排水泵3,风机IPM21连接风机4。
系统上电后,主MCU14通过UART通讯接收上位机1的命令,主电机电流采集16采集主电机运行状态信号并传递给主MCU14,主MCU14根据接收到的命令以及主电机电流采集的信号向主电机IPM15发送控制信号,从而控制主电机2运转。水泵MCU17通过UART通讯接收主MCU14的命令,水泵电流采集19采集排水泵运行状态信号并传递给水泵MCU17,水泵MCU17根据接收到的命令以及排水泵电流采集的信号向水泵NPMOS功率模块18发送控制信号,从而控制排水泵3运转。风机MCU20通过UART通讯接收主MCU14的命令,风机电流采集22采集风机运行状态信号并传递给风机MCU20,风机MCU20根据接收到的命令以及风机电流采集的信号向风机IPM21发送控制信号,从而控制风机4运转。
主电机IPM15采用智能功率模块IPM(Intelligent Powr Module)实现主电机驱动,IPM内含栅极驱动、短路保护、过流保护、过热保护和欠压锁定等功能,并可将检测信号送到MCU作中断处理。IPM需要通过贴装散热片进行散热,应采用具有良好热传导性能和长寿命的硅脂均匀地涂抹在IPM和散热器的接触面上,其厚度应为+100μm~+200μm。IPM采用外接的旁路电阻来检测电流。通过比较CIN端子上的来自于旁路电阻上的反馈电压和SC动作参考电压,控制IC内部的保护电路能够捕捉到超大电流,并自动启动保护功能。SC动作电压阈值Vsc(ref)为0.48V(典型值),应据此来选择合适的旁路电阻阻值。短路保护动作时,N侧三相IGBT的所有栅极都会被关断,并输出故障信号。
主MCU14和主电机电流采集16组成了主电机控制电路。本发明采用的是一款32位Arm Cortex M0+CPU,通过两路运放采集U、V两相电流进行位置观察和转速反馈,通过一路比较器检测总电流,输出Itrip信号到IPM的CIN端子,实现硬件过流保护。MCU依次输出3对互补的PWM驱动信号到IPM,依次交替打开上下桥,来驱动主电机转动。IPM故障信号送到MCU做中断处理。采用光耦隔离的方式与上位机进行通讯,实现人机交互,采用直连的方式与风机MCU进行通讯,控制风机的运行。
水泵MCU17、水泵NPMOS功率模块18和水泵电流采集19组成了水泵控制电路。采用一颗MCU和3路功率NPMOS驱动水泵运转。该MCU可为3相全波BLDC电机提供无传感器换向和PWM电流控制,可改变PWM占空比,从而控制转速。也可改变三相PWM先后输出顺序,实现电机正/反转,从而实现水泵排水或者水循环的不同功能。3路功率NPMOS组成一个人工搭建的逆变器,由3个PMOS作为上三桥,3个NMOS作为下三桥。水泵电流采集19实时监控水泵工作时的功率和电流情况,当水泵腔体内的水量发生变化时(有水状态、水汽混合态、空状态等)会自动调节水泵叶轮转速实现无极变速控制达到节能、降噪的效果。
风机MCU20、风机IPM21和风机电流采集22组成了风机控制电路。采用高度集成、高可靠性的三相无刷直流电机驱动IPM,主要应用于风扇类的小功率电机驱动。其内置了6个快恢复功率MOS管和3个半桥高压栅极驱动电路。内部集成了欠压保护功能,提供了优异的保护和失效保护操作。采用一款32位Arm Cortex M0+CPU和运算放大器IC,本设计对总电流进行采样,风机MCU通过SPI通讯可在用户模式下监控风机的运行情况,包括转速、电流、IPM温度等。MCU依次输出3对互补的PWM驱动信号到IPM,依次交替打开上下桥,来驱动风机转动。
本发明洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统改变了单一的主电机驱动方式,通过三合一的创新方式,实现了各个直流电机的全变频驱动功能,避免了资源的浪费与成本的上升,优化了洗衣机的性能,达到了极佳的静音体验。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,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的前提下还可以作出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其特征在于:包括整流桥(11)、BUCK电源(12)、开关电源(13)、主MCU(14)、主电机IPM(15)、主电机电流采集(16)、水泵MCU(17)、水泵NPMOS功率模块(18)、水泵电流采集(19)、风机MCU(20)、风机IPM(21)以及风机电流采集(22),所述整流桥(11)分别连接BUCK电源(12)、开关电源(13)、主电机IPM(15)和风机IPM(21),所述主MCU(14)分别连接上位机(1)、主电机IPM(15)、主电机电流采样(16)、水泵MCU(17)和风机MCU(20),所述BUCK电源(12)连接主MCU(14)、水泵MCU(17)、风机MCU(20)、主电机IPM(15)和风机IPM(21),所述开关电源(13)分别连接水泵MCU(17)和水泵NPMOS功率模块(18),所述水泵MCU(17)连接水泵NPMOS功率模块(18)和水泵电流采集(19),所述风机MCU(20)连接风机IPM(21)和风机电流采集(22),所述水泵NPMOS功率模块(18)连接排水泵(3),风机IPM(21)连接风机(4)。
2.如权利要求1所述的洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其特征在于:所述主电机IPM(15)采用智能功率模块IPM。
3.如权利要求2所述的洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其特征在于:所述主MCU(14)和主电机电流采集(16)组成了主电机控制电路。
4.如权利要求3所述的洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其特征在于:所述水泵MCU(17)、水泵NPMOS功率模块(18)和水泵电流采集(19)组成了水泵控制电路。
5.如权利要求4所述的洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统,其特征在于:所述风机MCU(20)、风机IPM(21)和风机电流采集(22)组成了风机控制电路。
6.一种洗衣机中的三合一全直流变频驱动集成控制系统的控制方法,其特征在于:步骤如下:
系统上电后,主MCU(14)通过UART通讯接收上位机(1)的命令,主电机电流采集(16)采集主电机运行状态信号并传递给主MCU(14),主MCU(14)根据接收到的命令以及主电机电流采集的信号向主电机IPM(15)发送控制信号,从而控制主电机(2)运转;
水泵MCU(17)通过UART通讯接收主MCU(14)的命令,水泵电流采集(19)采集排水泵运行状态信号并传递给水泵MCU(17),水泵MCU(17)根据接收到的命令以及排水泵电流采集的信号向水泵NPMOS功率模块(18)发送控制信号,从而控制排水泵(3)运转;
风机MCU(20)通过UART通讯接收主MCU(14)的命令,风机电流采集(22)采集风机运行状态信号并传递给风机MCU(20),风机MCU(20)根据接收到的命令以及风机电流采集的信号向风机IPM(21)发送控制信号,从而控制风机(4)运转。
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