CN1505253A - 单相电动机用驱动电路和单相电动机的驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种单相电动机用驱动电路，包括：控制部件，根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动单相电动机的控制信号，其中，检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，所述控制部件在作为所述比较结果，起动负载设定用电压比检测温度电压小的情况下，将负载设定电压作为起动负载设定用电压，另一方面，在起动负载设定用电压比检测温度电压大的情况下，将负载设定电压作为检测温度电压。

Description

单相电动机用驱动电路和单相电动机的驱动方法

技术领域

本发明涉及单相电动机用驱动电路和单相电动机的驱动方法

现有技术

例如在实开平3-74199号公报(特许文献1)中公开的电动机的驱动方式中，根据对应相位切换信号生成的锯齿状电压，比较器输出用于驱动电动机的“H”的脉冲信号(控制信号)。向该比较器中输入根据热敏电阻的检测温度的检测温度电压，作为对应锯齿状电压的比较输入。即，锯齿状电压在比检测温度电压大的期间，比较器输出“H”的脉冲电压。

该检测温度电压对应热敏电阻检测温度的变化，在一定范围内变动。因此，对应热敏电阻的温度变化，比较器输出的“H”脉冲信号的幅度也变宽或变窄。即，根据该脉冲信号的幅度的宽窄，电动机的旋转数也可变。

〔特许文献1〕

实开平3-74199号公报

在该检测温度电压的最小值比锯齿状电压的最小值大的情况下，如实开平3-74199号公报的第4图所示，不论热敏电阻检测温度的变化如何，出现比较器的输出总为“L”的期间。因此，电动机不能全速运转。

特别是假设热敏电阻检测的温度低，检测温度电压变大，比较器输出的“H”脉冲信号的幅度变为最窄的状况。在这种情况下，单相电动机的旋转数可以更小，即，为了使最低速的旋转数尽可能地小，先将检测温度电压的最大值较大地设定。或者，代替检测温度电压的设定，先将用于最低速下旋转的电压(最低速设定电压)较大地设定。这样，在使处于停止状态的单相电动机起动(包括再起动)的情况下，比较器的脉冲信号的幅度过窄，从而得不到必要的驱动负载，不能使电动机起动。因此，单相电动机的旋转数的最小值不能较低地设定。

发明内容

本发明涉及的主要发明是一种单相电动机用驱动电路，其特征在于，包括：控制部件，根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动所述单相电动机的控制信号，其中，检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比所述检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，所述控制部件在作为所述比较结果，所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压小的情况下，将所述负载设定电压作为所述起动负载设定用电压，另一方面，在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压大的情况下，将所述负载设定电压作为所述检测温度电压。

对于本发明的其他的特征，可根据附图和本说明书的记载加以明确。

附图说明

图1是表示本发明的一个实施例的单相电动机及其驱动电路的电路图。

图2是表示本发明的一个实施例的3输入比较器的具体的结构例的电路图。

图3是表示本发明的一个实施例的单相电动机的驱动电路中主要信号的波形图。

具体实施方式

公开的概要：

至少明确以下事项。

本实施例的单相电动机用驱动电路，其特征在于，包括：控制部件，根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动所述单相电动机的控制信号，其中，检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比所述检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，所述控制部件在作为所述比较结果，所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压小的情况下，将所述负载设定电压作为所述起动负载设定用电压，另一方面，在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压大的情况下，将所述负载设定电压作为所述检测温度电压。

另外，所述控制部件也可以由集成电路构成。

另外，也可以进一步包括产生所述检测温度电压的部件；产生所述起动负载设定用电压的部件；产生所述锯齿状电压的部件。

进一步，最好所述起动负载设定用电压的所述初始值比所述锯齿状电压的最小值小。

另外，所述产生起动负载设定用电压的部件，至少具有电容器，在所述电容器的一端连接电源，同时在该端连接切换元件，在所述单相电动机停止时，通过所述切换元件导通，所述电容器放电，在所述单相电动机起动时，通过所述切换元件截止，所述电容器开始从所述电源充电，在所述充电的过程中，在所述电容器所述一端表现的过渡的上升电压是所述起动负载设定用电压。

另外，可以进一步包括逻辑部件，根据所述控制信号生成驱动信号，输出到所述单相电动机。

本实施例涉及的单相电动机的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动所述单相电动机的控制信号，其中，检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比所述检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，作为所述比较结果，在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压小的情况下，将所述负载设定电压作为所述起动负载设定用电压，另一方面，在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压大的情况下，将所述负载设定电压作为所述检测温度电压。

单相电动机驱动电路的整体结构：

参照图1的电路方框图，说明本实施例的单相电动机驱动电路的整体结构。而且，在本实施例中，设单相电动机驱动电路被集成化，该电路中的单相线圈等周边电路元件被外部连接。

如图1所示，NPN型的双极性晶体管102、104通过提供驱动信号A、D，向单相线圈106的纸面右方向(a方向)提供驱动电流。因此，双极性晶体管102的集电极发射极通路、单相线圈106、双极性晶体管104的集电极发射极通路串联连接到电源VCC和接地端VSS之间。同样，NPN型的双极性晶体管108、110通过提供驱动信号C、B，向单相线圈106的纸面左方向(b方向)提供驱动电流。因此，双极性晶体管108的集电极发射极通路、单相线圈106、双极性晶体管110的集电极发射极通路串联连接到电源VCC和接地端VSS之间。

因此，双极性晶体管102、104和双极性晶体管108、110互补地导通截止，通过单相线圈106的驱动电流的方向的适当变化，单相电动机旋转。再生二极管112再生在单相线圈106的驱动电流的方向从a方向向b方向变化时的驱动电流，与双极性晶体管110的集电极发射极通路并联连接。同样，再生二极管114再生在单相线圈106的驱动电流的方向从b方向向a方向变化时的驱动电流，与双极性晶体管104的集电极发射极通路并联连接。

由此，双极性晶体管102、104和双极性晶体管108、110互补地导通截止，使单相电动机旋转，根据驱动负载决定用比较器CMP输出的控制信号，决定该旋转的驱动负载。即，在驱动负载决定用比较器CMP中，输入检测温度电压VTH、起动负载设定用电压RMI和三角波信号(锯齿状电压)PWM。驱动负载决定用比较器CMP输出的控制信号是以25kHz为基本频率的脉冲信号。即，在双极性晶体管102、104和双极性晶体管108、110导通截止驱动时，进行PWM(Pulse Width Modulation)控制。

由此，如图1所示，在单相线圈106中驱动电流按箭头记号a的方向流动期间，双极性晶体管104维持时常导通的状态，另一方面，双极性晶体管102以25kHz为基本频率导通截止。相反，在单相线圈106中驱动电流按箭头记号b的方向流动期间，双极性晶体管110维持时常导通的状态，另一方面，双极性晶体管108以25kHz为基本频率导通截止。

因此，本发明中，从驱动负载决定用比较器CMP输出的脉冲信号，以25kHz为基本频率，如后所述，对应检测温度电压VTH和起动负载设定用电压RMI的变化而变动。由于该变动，双极性晶体管102、104和双极性晶体管108、110的导通截止动作也变化，控制单相电动机的驱动负载。

霍尔元件116固定于与单相电动机的转子侧的磁铁相对的规定位置，同时以定电压偏置。这样，霍尔元件116对应单相电动机的旋转位置，即，对应相对的转子侧的磁极的变化，输出正弦波信号。

比较电路118具有防止振荡的磁滞特性，可将霍尔元件116输出的正弦波信号视为矩形波信号。而且，该矩形波信号是成为用于单相线圈106的驱动电流向a或b方向的任意一方切换的基础的转流信号。

旋转停止检测电路122包括电容器124、恒流源126、NPN型的双极性晶体管128、比较电路130和标准电压VREF，检测单相电动机的旋转或停止。在此，电容器124和恒流源126构成充电电路，并且，电容器124和双极性晶体管128构成放电电路。其结果是，在电容器124的非接地端表现出具有锯齿形状的充放电电压。比较电路130的-(反转输入)端子和基准电压VREF连接，+(非反转输入)端子于电容器124的非接地端连接。即，比较电路130通过比较电容器124的非接地端的电压和基准电压VREF的大小，在单相电动机旋转时输出成为“L”的检测信号，在单相电动机停止时输出成为“H”的检测信号。

该旋转停止检测电路122的输出，提供给起动负载设定用电压生成电路(生成起动负载设定用电压的部件)200。该起动负载设定用电压生成电路200由NPN型的双极性晶体管(切换元件)Tr1和外部连接的充放电电路构成。充放电电路由电源Vcc、电容器C1和分压电阻R1、R2构成。电容器C1与分压电阻R1并联连接。由该电容器C1和分压电阻R1构成的并联电路和分压电阻R2串联连接在电源VCC和接地端VSS之间。对双极性晶体管Tr1，在其基极施加旋转停止检测电路122的输出电压，同时其发射极接地。这样，该双极性晶体管Tr1的集电极连接在由电容器C1和分压电阻R1构成的并联电路和分压电阻R2的连接点。在该连接点生成起动负载设定用电压RMI。即，电容器C1的端子间电压成为起动负载设定用电压RMI。

热敏电阻Rs和电阻R3串联连接于电源VCC和接地端VSS之间，构成检测温度电压生成电路(产生检测温度电压的部件)300。该热敏电阻Rs为检测单相电动机驱动的风扇的周围温度，安装于风扇的罩内。该热敏电阻Rs和电阻R3的连接点中，产生反映风扇周围温度的检测温度电压VTH。而且，该热敏电阻Rs具有负的温度系数，当罩内部的温度上升时，检测温度电压VTH下降。

从检测温度电压生成电路300输出的输出电压VTH、从起动负载设定用电压生成电路200输出的输出电压RMI和从PWM电路(生成锯齿状电压的部件)输出的三角波信号(锯齿状电压)PWM输入到驱动负载决定用比较器CMP。该驱动负载决定用比较器(输出用于驱动单相电动机的控制信号的控制部件)CMP由3差动(3输入)比较器构成。而且，PWM电路(图1中的PWM)为了进行单相电动机的旋转速度的控制，输出作为PWM控制信号的三角波信号PWM。

作为具体的结构例，如图2的电路图所示，驱动负载决定用比较器CMP由3个PNP型的双极性晶体管Tr10，Tr20，Tr30、1个NPN型的双极性晶体管Tr40、偏置电阻R10和电阻R20构成。3个型的双极性晶体管Tr10，Tr20，Tr30的发射极连接到恒流源。2个双极性晶体管Tr10，Tr20的集电极接地。双极性晶体管Tr40的基极-发射极间连接偏置电阻R10，该发射极和偏置电阻R10的连接点接地。而且双极性晶体管Tr30的集电极与双极性晶体管Tr40的基极连接。双极性晶体管Tr40的集电极通过电阻20与电源VCC连接。

在这种结构的驱动负载决定用比较器CMP中，双极性晶体管Tr10的基极施加检测温度电压VTH。而且，在双极性晶体管Tr20的基极中，施加起动负载设定用电压RMI。另外，在双极性晶体管Tr30的基极中，施加三角波信号PWM。这样在双极性晶体管Tr40的集电极中，表现作为驱动负载的控制信号的驱动负载决定用比较器CMP的输出信号。

根据驱动负载决定用比较器CMP和比较电路118的输出，逻辑电路(根据控制信号生成驱动信号输出到单相电动机的逻辑部件)132实施信号处理。其结果入前所述，逻辑电路132输出用于双极性晶体管102、104和双极性晶体管108、110互补得导通截止的驱动信号A、B、C、D。

另外，如图1所示的电路，可以去掉检测温度电压生成电路300，由一个集成电路构成，也可以构成为在起动负载设定用电压生成电路200中外带前述的充放电电路的部分(或只是电容器C1)。

单相电动机驱动电路的工作：

参照图2的电路图和图3的波形图，对本实施例的单相电动机驱动电路的特征的工作加以说明。

首先，参照图3的波形图，对驱动负荷的控制原理加以说明。另外，图3的波形图是用于对工作简单分解说明的概念图。

如图3的期间T0，T0’所示，在作为驱动对象的单相电动机的起动时，起动负载设定用电压RMI，以比检测温度电压VTH小的电压作为初始值随经过时间变大。即，在起动初期(施加电源时)电容器C1的端子间的电压(起动负载设定用电压RMI)是零。另外，在再起动时，因为电容器124的非接地侧的电压比标准电压VREF大，所以比较电路130的输出为“H”，双极性晶体管Tr1导通。其结果，即使在再起动时，电容器C1的端子间电压(起动负载设定用电压RMI)为零。

驱动负载决定用比较器CMP比较起动负载设定用电压RMI和检测温度电压VTH。其比较结果，将起动负载设定用电压RMI或检测温度电压VTH中的某个小的一方设为负载设定电压。因此，如图3的比较器输出的波形图所示，驱动负载决定用比较器CMP仅在三角波信号PWM比负载设定电压大的期间输出“H”的控制信号。

即，在作为驱动对象的单相电动机的起动(图3的期间T0，T0’)中，起动负载设定用电压RMI比检测温度电压VTH小，在这种情况下，驱动负载决定用比较器CMP将起动负载设定用电压RMI设定为负载设定电压。其结果，驱动负载决定用比较器CMP仅在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI大的期间输出控制信号。因此，与现有的将最低速设定电压作为负载设定电压的情况比较，驱动负载决定用比较器CMP的输出的脉冲宽度可以变大。因此，在单相电动机起动时，可使驱动负载变大，单相电动机可以起动。

另外该起动负载设定用电压RMI的初始值(在图3中约为0V)如比三角波信号的最小值小，在图3的期间T0的起动初期，具有最大的驱动负载，可确实地起动单相电动机。

之后，随着经过时间，起动负载设定用电压RMI逐渐变大。这样，如图3的期间T1所示，起动负载设定用电压RMI达到固定的最大值(在图3中为本发明的最低速设定电压)，为使在低温时用的最低旋转数下单相电动机旋转，驱动负载决定用比较器CMP输出最窄脉冲宽度的控制信号。

该起动负载设定用电压RMI的固定的最大值，即，最低速设定电压，可通过变更图1中的起动负载设定用电压生成电路200内的电容器C1的电容值进行适当的设定。该最低速设定电压不参与起动时的驱动负载，所以可以与现有情况相比较小地设定，可使最低速旋转数更小。

这样，随着由于单相电动机的旋转造成的温度上升，检测温度电压VTH逐渐变小，其结果，起动负载设定用电压RMI在通过图3中的交叉点比检测温度电压VTH大时(图3的期间T2、PWM控制可变速区域)，驱动负载决定用比较器CMP切换到检测温度电压VTH。其结果，驱动负载决定用比较器CMP仅在三角波信号PWM比检测温度电压VTH大的期间输出控制信号。即，具有与热敏电阻Rs的检测温度VTH对应的驱动负载，单相电动机旋转。

由单相电动机的旋转造成温度继续升高，热敏电阻Rs的检测温度VTH达到高温时(在图3的期间T3，全速区域)，驱动负载决定用比较器CMP输出的控制信号成为负载为100％的满驱动。

下面，说明为实现此前说明的驱动负载的控制原理的电路元件的工作。

对于从起动(或再起动)停止状态的单相电动机开始，到以对应热敏电阻Rs的检测温度VTH的驱动负载驱动为止的过程(在图3中为期间T0，T1)加以说明。如图2所示，在驱动负载决定用比较器CMP中，输入从检测温度电压生成电路300输出的输出电压(检测温度电压)VTH和从PWM输出的三角波信号PWM。另外，该比较器CMP中，输入从起动负载设定用电压生成电路200输出的输出电压(起动负载设定用电压)RMI。

如图3所示，该起动负载设定用电压RMI在起动时经过时间地变化。即，图1的旋转停止检测电路122输出的检测信号，从表示单相电动机停止的“H”向表示单相电动机旋转的“L”变化。该检测信号“L”施加到图1的起动负载设定用电压生成电路200的双极性晶体管Tr1的基极，该双极性晶体管Tr1从导通状态切换到截止状态。

即，首先如图1所示，在单相电动机的截止状态中，双极性晶体管Tr1是导通状态，所以电容器C1是放电状态。因此，输入到比较器CMP中的起动负载设定用电压RMI只产生双极性晶体管Tr1的导通电阻部分的低电压(在图3中为0V)。该电压V1与起动负载设定用电压的初始值相当。

从该停止状态开始，三角波信号PWM施加到双极性晶体管Tr30的基极，在向起动状态移动的过程中，检测温度电压VTH施加到双极性晶体管Tr10的基极，同时起动负载设定用电压RMI施加到双极性晶体管Tr20的基极。这时，如图3所示，与检测温度电压VTH相比起动负载设定用电压RMI特别低。因此，检测温度电压VTH施加到基极的双极性晶体管Tr10截止，另一方面，起动负载设定用电压RMI施加到基极的双极性晶体管Tr20导通。这样，三角波信号PWM施加到基极的双极性晶体管Tr30，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI大的期间中截止。其结果，比较器CMP的输出在集电极中表现的双极性晶体管Tr40，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI大的期间中，输出“H”信号。如图3的波形图所示，在期间T0的起动初期，起动负载设定用电压RMI比三角波信号PWM的最小值小。因此，单相电动机以满负载开始驱动。

同时，随着图1的双极性晶体管Tr1切换到截止状态，在放电状态的电容器C1开始充电。这样，随着电容器C1的端子间电压的过渡地上升，如图3所示，比较器CMP中输入的起动负载设定用电压RMI逐渐上升。该上升的程度，可由构成充放电电路的电容器C1的电容量和分压电阻R1、R2的阻值设定。在该上升过程的期间T0，T0’，T1中，与检测温度电压VTH相比起动负载设定用电压RMI还是小。因此，检测温度电压VTH施加到基极的双极性晶体管Tr10维持截止的状态，另一方面，起动负载设定用电压RMI施加到基极的双极性晶体管Tr20维持导通状态。这样，三角波信号PWM施加到基极的双极性晶体管Tr30，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI大的期间截止，另一方面，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI小的期间导通。其结果，在集电极表现比较器CMP的输出的双极性晶体管Tr40，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI大的期间输出“H”信号，在三角波信号PWM比起动负载设定用电压RMI小的期间输出“L”信号。因此，比较器CMP随着起动负载设定用电压RMI的上升，输出“H”的期间变短的脉冲信号。

这样，如图3的期间T2，T3所示，在电容器C1的充电完成后，起动负载设定用电压RMI如比检测温度电压VTH大，则检测温度电压VTH施加到基极的双极性晶体管Tr10维持截止的状态，另一方面，起动负载设定用电压RMI施加到基极的双极性晶体管Tr20切换到截止。

这样，三角波信号PWM施加到基极的双极性晶体管Tr30在三角波信号PWM比检测温度电压VTH大的期间截止，另一方面，在三角波信号PWM比检测温度电压VTH小的期间导通。其结果，在集电极表现比较器CMP的输出的双极性晶体管Tr40，在三角波信号PWM比检测温度电压VTH大的期间输出“H”信号，在三角波信号PWM比检测温度电压VTH小的期间输出“L”信号。因此，比较器CMP输出与热敏电阻Rs的检测温度电压VTH对应的脉冲信号。

另外，在单相电动机的转子被锁定的情况下，因为不产生从逻辑电路132发出的放电脉冲，因此电容器124的端子间电压变得比标准电压VREF大。其结果，双极性晶体管Tr1变为截止，电容器C1的端子间电压(起动负载设定用电压RMI)变为零。因此，即使在再起动时，与接通电源时相同，单相电动机以满负载开始驱动。

以上，对于本发明的实施例，根据该实施例进行了具体说明，但并不限于此，在不脱离要旨的范围内可进行各种变更。

在单相电动机的起动时，根据起动负载设定用电压，可起动(再起动)单相电动机。因此，为了使与起动时的驱动负载无关，使起动后的单相电动机在最低速下旋转，可使驱动负载的最小值尽可能小地设定。

Claims (7)

1、一种单相电动机用驱动电路，其特征在于，包括：

控制部件，根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动所述单相电动机的控制信号，其中，所述检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比所述检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，

所述控制部件在作为所述比较结果，所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压小的情况下，将所述负载设定电压作为所述起动负载设定用电压，另一方面，

在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压大的情况下，将所述负载设定电压作为所述检测温度电压。

2、如权利要求1所述的单相电动机用驱动电路，其特征在于：

所述控制部件由集成电路构成。

3、如权利要求1或2所述的单相电动机用驱动电路，其特征在于，还包括：

产生所述检测温度电压的部件；

产生所述起动负载设定用电压的部件；

产生所述锯齿状电压的部件。

4、如权利要求1至3的任意一项所述的单相电动机用驱动电路，其特征在于：

所述起动负载设定用电压的所述初始值比所述锯齿状电压的最小值小。

5、如权利要求3或4所述的单相电动机用驱动电路，其特征在于：

所述产生起动负载设定用电压的部件，至少具有电容器，

在所述电容器的一端连接电源，同时在该端连接切换元件，

在所述单相电动机停止时，通过所述切换元件导通，所述电容器放电，

在所述单相电动机起动时，通过所述切换元件截止，所述电容器开始从所述电源充电，

在所述充电的过程中，在所述电容器所述一端表现的过渡的上升电压是所述起动负载设定用电压。

6、如权利要求1至5的任意一项所述的单相电动机用驱动电路，其特征在于，还具有：

逻辑部件，根据所述控制信号生成驱动信号，输出到所述单相电动机。

7、一种单相电动机的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：

根据检测温度电压和起动负载设定用电压的比较结果，输出用于在规定周期的锯齿状电压比起动负载设定用电压大的期间驱动所述单相电动机的控制信号，其中，检测温度电压根据温度检测元件检测的温度变化，起动负载设定用电压以在单相电动机起动时，比所述检测温度电压小的电压作为初始值，随经过时间变大，

作为所述比较结果，在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压小的情况下，将所述负载设定电压作为所述起动负载设定用电压，另一方面，

在所述起动负载设定用电压比所述检测温度电压大的情况下，将所述负载设定电压作为所述检测温度电压。

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