CN1203609C - 交直流两用马达控制装置 - Google Patents

Abstract

一种交直流两用马达控制装置，包括交/直流转换单元、稳压单元、相位检知及控制单元及高压驱动单元。交/直流转换单元接收交流电源并将之转换为高压直流电压。稳压单元接收高压直流电压并将之转换为低压直流电压。相位检知及控制单元检知马达永久磁铁线圈的极性并据以输出第一检知信号与第二检知信号，并在马达锁住时自动断电。高压驱动单元接收第一检知信号与第二检知信号并据以驱动马达。本发明突破传统交流风扇的转速受限于交流电源的频率因素，转速无法提高的缺点，并可降低马达的启动电压，尤其当马达锁住时可提供断电保护及自动启动的功能。

Description

交直流两用马达控制装置

【技术领域】

本发明是涉及一种马达控制装置，特别是一种交直流两用马达控制装置。

【背景技术】

传统交流风扇是以交流电源作为工作电源，通过定子或转子线圈绕组形成感应磁场，使马达运转。然而，因马达转速与交流电源的频率成正比，故会受限于交流电源频率太低而无法提高交流马达的转速。在某些特定需高风量的场合，因上述风扇的马达使用交流电源而无法提高其转速。

传统上若要使用交流马达得到高风量的话，需使用多个马达组以达到较大风量输出。另一个作法是增加交流马达中的极数绕组，使得风扇转速提高而增加风量的输出。然而增加极数绕组的作法不仅增加线圈卷绕的困难，也会增加马达的制造成本，且马达的体积也会增大，因此并不符合经济效益。

又，交流马达除了上述的缺点，因其配合交流电源的使用，其线圈会依电源不断交变，而使风扇的线圈一直处于交流状态。而交流马达工作电流的公式为：

I＝V/Z                                         (1)

其中，I为交流马达工作电流，V为电源电压，Z为线圈阻抗。由公式(1)可知，线圈阻抗值Z为：

$Z=\sqrt{R^2+{\mathrm{XL}}^2}---\left(2\right)$

其中，XL为线圈交流感抗值。因此当马达线圈由静止至运转，需足够的电流才能使线圈产生足够的启动扭力，又电流与电压成正比，故马达的启动电压亦相当高，使得交流马达低压特性相当差。再者，传统马达锁住时，因并无断电保护装置，致温升过高而烧毁也常有所闻。

目前风扇采用交流马达不论是转速、启动方法、保护装置及制造成本皆受限于交流电源，无法突破上述的缺点。

【发明内容】

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种使用交流电源且能够有效提高风扇马达转速的马达控制装置。

该装置包括交/直流转换单元、稳压单元、相位检知、控制单元及高压驱动单元。交/直流转换单元接收交流电源，用以将交流电源转换为高压直流电压。稳压单元耦接至交/直流转换单元，用以接收高压直流电压并将之转换为低压直流电压。相位检知及控制单元与马达及稳压单元耦接，用以接收低压直流电压以作为工作电源，并检知永久磁铁的极性，据以输出第一检知信号与第二检知信号，在马达锁住时提供断电保护。高压驱动单元与交/直流转换单元、相位检知、控制单元及马达耦接，接收高压直流电压以作为工作电源，并接收第一检知信号与第二检知信号，据以输出第一驱动信号与第二驱动信号以驱动马达。

本发明的有益效果是：一、以直流马达结构取代风扇中的交流马达结构，并通过电路设计使马达在交流电源供电状态下高速运转，故交流电源频率的影响不能限制其转速。二、马达由静止至运转期间，线圈由直流电源供应其工作电源，故线圈阻抗相较于交流电源状态下运作时少了XL的阻抗值，所以可以顺利在低电压启动。三、从本实施例的电路可知本发明的控制单元可以在风扇锁住时使输出值O1为高电位，输出值O2为低电位，因此可使马达断电，防止温升过高，同时，若接收直流电源亦可正常运作，因此本发明为交直流两用的马达控制装置，增加使用的弹性。

为让本发明的上述目的、技术方案和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并结合附图，作详细说明如下。

【附图说明】

图1为本发明一较佳实施例的一种交直流两用马达控制装置的方块图

图2为交/直流转换单元的一个电路图

图3为稳压电路中的一个电路图

图4为相位检知及控制单元中的一个电路图

图5为高压驱动单元中的一个电路图

图中标号说明

100：交直流两用马达控制装置

110：交/直流转换单元

120：稳压单元

130：相位检知及控制单元

140：高压驱动单元

150：马达

410：霍尔检知组件

420：放大组件

430：反相器

440：控制单元

【具体实施方式】

请参照图1，是本发明一较佳实施例的一种交直流两用马达控制装置的方块图。交直流两用马达控制装置100接收交流电源AC并据以驱动马达150。马达150包括永久磁铁、线圈L1与线圈L2。交直流两用马达控制装置100包括交/直流转换单元110、稳压单元120、相位检知及控制单元130与高压驱动单元140。交/直流转换单元110接收交流电源AC，用以将交流电源AC转换为高压直流电压V1。稳压单元120耦接至交/直流转换单元110，用以接收高压直流电压V1并将之转换为低压直流电压V2。相位检知及控制单元130与马达150及稳压单元120耦接，用以接收低压直流电压V2以作为工作电源，并检知永久磁铁的极性信号P，并据以输出检知信号H1和检知信号H2。高压驱动单元140与交/直流转换单元110、相位检知及控制单元130和马达150耦接，接收高压直流电压V1以作为工作电源，且接收检知信号H1与检知信号H2并据以输出驱动信号以驱动转子线圈L1与L2。

交/直流转换单元110可为一全波整流器或一半波整流器，在此以全波整流器为例说明。请参照图2，为交/直流转换单元110的一实施例的电路图。交/直流转换单元110包括二极管D1、D2、D3、D4、电阻R1与电容C1，各组件连接关系如图中所示。节点A与B耦接至交流电源AC两端，节点N的电压即为输出的高压直流电压V1。交流电源AC经二极管D1、D2、D3、D4与电容C1整流后即转换为高压直流电压V1并输出。

请参照图3，为稳压单元120的一实施例的电路图。稳压单元120包括压降电阻R2、稳压二极管D5与稳压电容C2。压降电阻R2与交/直流转换单元110耦接，其一端接收高压直流电压V1，用以提供一压降。稳压电容C2与压降电阻R2的另一端耦接，稳压二极管D5与稳压电容C2并联。稳压电容C2的跨压即为低压直流电压V2。

请参照图4，为相位检知及控制单元130的一实施例的电路图。相位检知及控制单元130包括电阻R3、霍尔(Hall)检知组件410、放大组件420、控制单元440、反相器430、晶体管Q1与Q2。霍尔检知组件410接收极性信号P，用以检知永久磁铁的极性变化，并输出霍尔信号。放大组件420与霍尔检知组件410耦接，接收霍尔信号，放大后输出放大信号。控制单元440中包括马达死锁侦测及保护电路，当马达锁住时，控制单元440即输出暂停信号，当马达正常运转时，控制单元440即输出所接收的放大信号。反相器430、晶体管Q1及Q2组成一小功率驱动组件，小功率驱动组件与控制单元440耦接，输出检知信号H1与检知信号H2，当马达锁住时，检知信号H1与检知信号H2为低电位，即呈现断电状态。控制单元440更包括一马达转速控制电路，可接收外界输入的温度、电压、频率或脉波讯号，以调整马达转速。

请参照图5，为高压驱动单元140的一实施例的电路图。高压驱动单元140包括第一电流放大组件与第二电流放大组件，分别接收检知信号H1与检知信号H2并放大，以分别驱动线圈L1与线圈L2。第一电流放大组件包括电阻R6、晶体管Q3、压控晶体管Q4与电容C3；第二电流放大组件包括电阻R7、晶体管Q5、压控晶体管Q6与电容C4，其连接关系如图中所示。其中，压控晶体管Q4与Q6可为金属氧化半导体晶体管，电容C3与C4用以消除线圈L1与L2变换极性时所产生的反电动势。

以上所述为本发明的交直流两用马达控制装置的一较佳实施例的结构连接关系，现结合附图，进一步详细说明其电路的动作过程：交流电源AC经过交/直流转换单元110后转换为连波状的高压直流电压V1，并将高压直流电压V1馈入下一级的稳压单元120及高压驱动单元140。高压直流电压V1经过稳压单元120后即转换为低压直流电压V2，以作为相位检知及控制单元130的工作电压。相位检知及控制单元130的霍尔检知组件410在检知永久磁铁的极性变换时，输出的霍尔信号经放大组件420放大后即为放大信号。放大信号馈入控制单元440，当马达150正常运转时，控制单元440的输出值O1与O2等于控制单元440所接收的放大信号，当马达150锁住时，即输出暂停信号以切断马达的供电，也就是其输出值O1为高电位，输出值O2为低电位，所以正常状态下，即可使晶体管Q1与Q2轮流导通，进而导通晶体管Q3、Q5与压控晶体管Q4、Q6，以使线圈L1、L2得到足够的驱动功率，使得马达150产生扭力转动。

Claims (13)

1.一种交直流两用马达控制装置，用于一马达，其特征在于：该马达控制装置包括：

一交/直流转换单元，接收一交流电源，用以将该交流电源转换为一高压直流电压；

一稳压单元，耦接至该交/直流转换单元，用以接收该高压直流电压并将之转换为一低压直流电压；

一相位检知及控制单元，与该马达及该稳压单元耦接，用以接收该低压直流电压以作为工作电源，并检知该马达的永久磁铁的极性并据以输出一第一检知信号与一第二检知信号；以及

一高压驱动单元，与该交/直流转换单元、该相位检知及控制单元及该马达耦接，接收该高压直流电压以作为工作电源，且接收该第一检知信号与该第二检知信号并据以输出一第一驱动信号与一第二驱动信号以分别驱动该第一线圈与该第二线圈。

2.根据权利要求1所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该相位检知及控制单元包括：

一霍尔检知组件，与该马达耦接，用以检知该永久磁铁的极性变化，并输出一霍尔信号；

一放大组件，与该霍尔检知组件耦接，接收该霍尔信号，放大后输出一放大信号；以及

一小功率驱动组件，与该放大组件耦接，接收该放大信号并据以输出该第一检知信号与该第二检知信号。

3.根据权利要求2所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：该相位检知及控制单元还包括一控制单元，该控制单元位于该放大组件与该小功率驱动组件之间，该控制单元包括马达死锁侦测及保护电路，当该马达正常运转时，该控制单元输出该放大信号至该小功率驱动组件，当该马达锁住时，该控制单元输出一暂停信号至该小功率驱动组件，以停止驱动该马达。

4.根据权利要求3所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该控制单元输出一第一值与一第二值，当该马达正常运转时，该第一值与该第二值等于该放大信号，当该马达锁住时，该第一值为高电位，该第二值为低电位。

5.根据权利要求4所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：当该小功率驱动组件接收到该暂停信号时，该第一检知信号与该第二检知信号为低电位。

6.根据权利要求3所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：该控制单元还包括一马达转速控制电路，该马达转速控制电路可接受外界输入的温度、电压、频率或脉波讯号，用以调整马达转速。

7.根据权利要示2所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：该小功率驱动组件包括

一反相器，与该放大组件耦接，接收该放大信号并输出一反相信号；

一第一晶体管，其基极与该反相器耦接，以接收该反相信号，该第一晶体管的集电极输出该第一检知信号；以及

一第二晶体管，其基极与该放大组件耦接，其集电极输出该第二检知信号。

8.根据权利要求1所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该稳压单元包括

一压降电阻，与该交/直流转换单元耦接，该压降电阻的一端用以接收该高压直流电压，另一端的电压即为该低压直流电压；

一稳压电容，与该压降电阻的另一端耦接；以及

一稳压二极管，与该压降电阻的另一端耦接。

9.根据权利要求1所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该交/直流转换单元包括一全波整流器。

10.根据权利要求1所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该交/直流转换单元包括一半波整流器。

11.根据权利要求1所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该高压驱动单元包括

一第一电流放大组件，用以接收该第一检知信号，放大后输出该第一驱动信号以驱动该第一线圈；以及

一第二电流放大组件，用以接收该第二检知信号，放大后输出该第二驱动信号以驱动该第二线圈。

12.根据权利要求11所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该第一电流放大组件包括

一第三晶体管，接收该第一检知信号；以及

一压控晶体管，与该第三晶体管与该第一线圈耦接，用以输出该第一驱动信号。

13.根据权利要求11所述的交直流两用马达控制装置，其特征在于：其中该第二电流放大组件包括

一第四晶体管，接收该第二检知信号；以及

一压控晶体管，与该第四晶体管与该第二线圈耦接，用以输出该第二驱动信号。

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