CN1638225A - 低成本浪涌保护装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于电机的电机驱动装置，包括带电线、第二线以及地线。浪涌保护器包括第一变阻器以及在低于触发电压时不导通而在高于触发电压时导通的气体放电管(GDT)。所述第一变阻器与所述GDT串联且被连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的一个位置。所述第二变阻器连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的另一位置。当所述带电线上的电压超过所述触发电压时，所述第一变阻器、所述第二变阻器以及所述GDT将限制输出到所述电机的电压并将过量电压传送到所述地线。
Description
技术领域
本发明涉及家用电器电机驱动装置，更具体地说，涉及包含低成本浪涌保护的家用电器电机驱动装置。
背景技术
诸如洗碗机、洗衣机、干衣机之类的家用电器通常由电机来驱动。电机驱动装置从诸如家用电源插座之类的电源为电机供电。家用电源插座通常在线电压(例如115V)和电网频率(例如60Hz)提供交流电。
由于雷击和其他原因可能会引起线电压瞬变或浪涌。电压浪涌最高可达6000V。家用电器被设计成可以经受这些电压浪涌。某些电机驱动装置包含了浪涌保护电路，其可以限制由于功率波动引起的损坏。一种浪涌保护电路在电机驱动装置电路系统中包括了与中性金属氧化物变阻器(MOV)相连的导线以及与接地MOV相连的中性线。MOV可以钳位浪涌电压。
家用电器通常要经受绝缘测试，这需要通过电机驱动装置对电机施加1200V至1800V的电压。这种高电压致使在电机驱动装置中包含的传统MOV型浪涌保护器导通，这会妨碍进行令人满意的测试。因此，在绝缘测试期间使用跳线电路以断开浪涌保护电路。连接和断开该跳线电路的需要使制造过程增加了额外的成本和时间。
另一种浪涌保护电路在电机驱动装置的电路板中采用火花隙。但是，污垢和湿度变化会对火花隙的击穿电压产生不利影响。火花隙还易于积碳并使金属从电极移动到火花隙区，这会限制火花隙的使用寿命。
发明内容
根据本发明的用于电机的电机驱动装置包括带电线、第二线以及地线。浪涌保护器包括第一变阻器以及在低于触发电压时不导通而在高于该触发电压时导通的气体放电管(GDT)。所述第一变阻器与所述GDT串联且被连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的一个位置。
在其他特点方面，所述第一变阻器具有小于高压测试电压以及所述触发电压的电压阈值。所述高压测试电压小于所述触发电压。所述触发电压小于浪涌电压。
仍在其他特点方面，所述浪涌保护器进一步包括连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的另一位置的第二变阻器。当所述带电线上的电压超过所述触发电压时，所述第一变阻器、所述第二变阻器以及所述GDT便发挥作用以限制电压。
仍在其他特点方面，所述浪涌保护器进一步包括与所述带电线串联的熔断器，并且当流过所述熔断器的电流超过所述熔断器的电流阈值时，所述熔断器产生开路。
仍在其他特点方面，整流器与所述带电线、所述第二线以及所述地线相连并将交流电输入转换为直流电输出。第一电容器的一端与所述整流器的第一输出端相连并且相对端与所述第二线相连。第二电容器的一端与所述整流器的第二输出端相连并且相对端与所述第二线相连。第一电阻器与所述第一电容器并联。第二电阻器与所述第二电容器并联。
仍在其他特点方面，所述第一和第二变阻器是金属氧化物变阻器(MOV)。
从下文提供的详细说明，本发明的更多应用领域将变得显而易见。应该理解，当简要地说明本发明的优选实施例时，详细说明和具体实例仅为示例目的且并非旨在限制本发明的范围。
附图说明
从详细说明和附图，可以更加完整地理解本发明，这些附图是：
图1示出了从电机驱动装置接收电能的电机；以及
图2是根据本发明的原理的电机驱动装置的电气示意图。
具体实施方式
以下对优选实施例的说明本质上只是示例性的并且决非旨在限制本发明、其应用或使用。为了清晰起见，将在附图中使用相同的标号来标识相同的元件。
现在参考图1，其中示意地示出了电机10。在一个实施例中，电机10是直流(DC)或交流(AC)的分数马力(Hp)电机。电机10由电压信号(交流或直流)供电并产生低于1马力的功率。虽然示出和描述了分数马力电机，但也可使用其他类型的电机。到电机10的电压信号由电机驱动装置12提供。与电机驱动装置12相联系的电机驱动装置连接器14被连接到与电机10相联系的电机连接器16。交流(AC)电源18通过电源输入端20将交流电压信号提供给电机驱动装置12。电机驱动装置12将该交流电压信号转换为直流电压信号以便为电机10供电(在直流电机的情况下)。
现在参考图2，其中示出了电机驱动装置12的电气示意图。电机驱动装置12包括电源输入端20和电源输出端或电压总线22。电源输入端20包括带电线24、第二线26以及地线28。在115V应用的情况下，第二线26是中性线。在230V应用的情况下，第二线26是第二带电线。电能通过带电线24和第二线26提供给电压总线22。地线28被连接到安全接地30。电压整流器32将来自电源输入端20的交流电压信号转换为直流电压信号。在某些应用中，电压整流器32可以是倍压型(doubler-type)电压整流器或者是标准的全波型电压整流器。
所述直流电压信号被提供给电压总线22。电压总线22包括电压输出端34和公共回流端36。电压总线22与电机驱动装置连接器14相连，以便通过电机连接器16将直流电压信号提供给电机10。电容器38和40存储电荷。电阻器42、44、46以及48平衡电容器38和40中存储的电荷。虽然示出了四个电阻器，但也可使用额外的或更少的电阻器。
电机壳体端50通过连接器14和16与电机10的电机壳体(未示出)相连。电容器52使得来自电机壳体的电压能够旁路电压总线22而到达公共回流端36。以这种方式，限制了来自电机壳体的电磁干扰(EMI)。在实现到地30的直流通路的同时，电阻器54和56允许电机壳体不接地。以这种方式，电荷不会在电机壳体中随时间而积累。
电机驱动装置12包括浪涌保护器58，其可防止过高的电压损坏电机驱动装置12和电机10的组件。浪涌保护器58包括位于带电线24中的熔断器60以及桥接带电线24与第二线26的金属氧化物变阻器(MOV)62。浪涌保护器58还包括串联并且桥接第二线26与地线28的MOV64和气体放电管(GDT)66。在保护电机驱动装置12和电机10免于电压浪涌的同时，浪涌保护器58使得能够进行绝缘测试而不修改电机驱动装置12，这将在下面进一步详细讨论。
如将描述的那样，MOV62和64通过钳位浪涌电压来对其进行限制。MOV62和64提供基于跨各自的电压的可变电阻。MOV62和64均具有相应的电压阈值或转折电压(break-over voltage)。MOV62和64的典型转折电压大约在600V与800V之间。当跨MOV的电压小于其转折电压时，MOV具有限制电流的高电阻。当跨MOV的电压高于其转折电压时，MOV具有限制电压的相对较低的电阻。
GDT66也可以限制电压。GDT66包含置于由电极封盖的陶瓷外壳内的惰性气体(未示出)。GDT66具有触发电压，在高于该电压时，GDT66将变成导通。典型的触发电压在3000V与3500V之间。例如，当跨GDT66的电压低于触发电压时，GDT66不导通(即，没有电流从中流过)。当跨GDT66的电压高于触发电压时，GDT66导通并且电流从中流过。一旦GDT66被触发，它会变得极易导通。这进一步限制了电压并减小了遭受电压浪涌损坏的可能性。
熔断器60也提供浪涌保护。当电流超过熔断器的额定电流时，熔断器会熔断并产生开路。开路阻止了能量流过电机驱动装置12并阻止电机10的运行。如果在第二线26上出现正常的持续电压，则串联的MOV64允许正常的电压而不进行钳位。
在正常状态下工作时，来自电源18的交流电压信号通过带电线24和第二线26被提供给电压整流器32。电压整流器32将交流电压信号转换为提供给电压总线22的直流电压信号。来自电压总线的直流信号通过连接器14和16驱动电机10。
在进入市场之前，电机驱动装置12可能经过绝缘测试或高压(hi-pot)测试以确保组件完整性。高压测试通常需要将大约为线电压的两倍再加上1000V的交流电压信号施加到电源输入端20。线电压可以为115V或其他电压级别。在包含倍压型电压整流器的应用中，线电压通常为115V。因此，在高压测试期间，可以通过电机驱动装置12提供1230V(2*115V+1000V)到高达1460V(2*230V+1000V)的电压。
在某一测试中，高压测试包括通过电机驱动装置12施加时间达60秒的放大的电压。但是，在高压测试中，可以通过增加所施加的电压来缩短测试时间。更具体地说，电压增加大约20％，可以使测试时间缩短到大约1秒。因此，在最轻度的情况下，通过电机驱动装置12施加1230V的电压(115V的应用使用60秒的测试时间)。在最重度的情况下，通过电机驱动装置12施加最高约1800V的电压(230V的应用使用1秒的测试时间)。
当进行高压测试时，通过跳线(未示出)使带电线24与第二线26相互连接。在相连的带电线24与第二线26以及地30之间施加放大的交流电压。如以上讨论的那样，取决于应用类型和测试时间，该放大的电压的范围在大约1230V与1800V之间。该放大的电压信号通过相连的带电线24与第二线26提供给电压整流器32。
在高压测试期间，MOV62或串联的MOV64与GDT66都不会影响放大电压的施加。因为带电线24与第二线26相连，MOV62的相对端处于相同的电势并且没有跨MOV62的压降。因此，不会达到MOV62的转折电压。尽管在高压测试期间将达到MOV64的转折电压，但是不会达到GDT66的触发电压。因此，GDT66保持不导通并且没有到地30的通路。
来自电源18的电压浪涌导致电机驱动装置12在浪涌状态下工作。雷击或其他事件可以感应最高约6000V的电压浪涌。此外，浪涌可以以两种模式之一发生：共通模式和差分模式。在共通模式中，经由带电线24和第二线26两者(即，带电线和第二线相连)施加通过电机驱动装置12的电压浪涌。在差分模式中，如正常运行期间将发生的那样，经由带电线24施加通过电机驱动装置12的电压浪涌。
在共通模式浪涌期间，MOV64和GDT66限制了通过电机驱动装置12的电压并将过量电压转向地30。更具体地说，当电压浪涌时，跨MOV64的电压超过转折电压，并且跨GDT66的电压超过触发电压。结果，GDT66导通并将过量电压转向地30。在差分模式浪涌期间，MOV62限制了到电机驱动装置12的电压，如前面所述的那样钳位过量电压。更具体地说，当电压浪涌时，跨MOV62的电压达到其转折电压。
虽然本说明和附图示出了MOV64与GDT66串联在第二线26与地线28之间，但可以预见MOV64与GDT66也可以串联在带电线24与第二线26之间。使用此结构，MOV62连接在第二线26与地线28之间。在此替代结构中，浪涌保护器58为电机驱动装置12提供相同的浪涌保护。
从以上说明，本领域的技术人员现在可以理解，可以以各种形式实施本发明的广泛教导。因此，虽然接合本发明的特定实例对本发明进行了描述，但本发明的真正范围不应仅限于此，因为通过对附图、说明书以及以下权利要求书的研究，其他修改对于本领域的技术人员将变得显而易见。
Claims (28)
1.一种用于电机的电机驱动装置，所述电机驱动装置包括：
带电线；
第二线；
地线；以及
浪涌保护器，所述浪涌保护器包括：
第一变阻器；以及
气体放电管(GDT)，所述气体放电管(GDT)在低于触发电压时不导通而在高于所述触发电压时导通，
其中所述第一变阻器与所述GDT串联且被连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的一个位置。
2权利要求1的电机驱动装置，其中所述第一变阻器具有小于高压测试电压以及所述触发电压的电压阈值，其中所述高压测试电压小于所述触发电压，并且其中所述触发电压小于浪涌电压。
3.权利要求1的电机驱动装置，其中所述浪涌保护器进一步包括连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的另一位置的第二变阻器。
4.权利要求3的电机驱动装置，其中当所述带电线上的电压超过所述触发电压时，所述第一变阻器、所述第二变阻器以及所述GDT钳位所述带电线与所述第二线之间的过量电压，并且钳位所述第二线与所述地线之间的过量电压。
5.权利要求1的电机驱动装置，其中所述浪涌保护器进一步包括与所述带电线串联的熔断器，并且当流过所述熔断器的电流超过所述熔断器的电流阈值时，所述熔断器产生开路。
6.权利要求1的电机驱动装置，进一步包括与所述带电线、所述第二线以及所述地线相连并且将交流电源输入转换为直流电源输出的整流器。
7.权利要求6的电机驱动装置，其中所述整流器是倍压型整流器。
8.权利要求1的电机驱动装置，其中所述第二线是中性线。
9.权利要求1的电机驱动装置，其中所述第二线是第二带电线。
10.权利要求6的电机驱动装置，进一步包括：
第一电容器，所述第一电容器一端与所述整流器的第一输出端相连，并且相对端与所述第二线相连；以及
第二电容器，所述第二电容器一端与所述整流器的第二输出端相连，并且相对端与所述第二线相连。
11.权利要求10的电机驱动装置，进一步包括：
与所述第一电容器并联的第一电阻器；
与所述第二电容器并联的第二电阻器。
12.权利要求3的电机驱动装置，其中所述第一和第二变阻器是金属氧化物变阻器(MOV)。
13.一种用于电机的电机驱动装置，所述电机驱动装置包括：
带电线；
第二线；
地线；以及
浪涌保护器，所述浪涌保护器包括：
第一变阻器；
气体放电管(GDT)，所述气体放电管(GDT)在低于触发电压时不导通而在高于所述触发电压时导通，其中所述第一变阻器与所述GDT串联且被连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的一个位置；以及
第二变阻器，所述第二变阻器连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的另一位置。
14.权利要求13的电机驱动装置，其中所述第一和第二变阻器具有小于高压测试电压以及所述触发电压的电压阈值，其中所述高压测试电压小于所述触发电压，并且其中所述触发电压小于浪涌电压。
15.权利要求13的电机驱动装置，其中当所述带电线上的电压超过所述触发电压时，所述第一变阻器、所述第二变阻器以及所述GDT钳位所述带电线与所述第二线之间的过量电压，并且钳位所述第二线与所述地线之间的过量电压。
16.权利要求13的电机驱动装置，其中所述浪涌保护器进一步包括与所述带电线串联的熔断器，并且当流过所述熔断器的电流超过所述熔断器的电流阈值时，所述熔断器产生开路。
17.权利要求13的电机驱动装置，进一步包括与所述带电线、所述第二线以及所述地线相连并且将交流电源输入转换为直流电源输出的整流器。
18.权利要求17的电机驱动装置，其中所述整流器是倍压型整流器。
19.权利要求18的电机驱动装置，进一步包括：
第一电容器，所述第一电容器一端与所述整流器的第一输出端相连，并且相对端与所述第二线相连；以及
第二电容器，所述第二电容器一端与所述整流器的第二输出端相连，并且相对端与所述第二线相连。
20.权利要求19的电机驱动装置，进一步包括：
一端与所述第一电容器并联的第一电阻器；
与所述第二电容器并联的第二电阻器。
21.权利要求13的电机驱动装置，其中所述第一和第二变阻器是金属氧化物变阻器(MOV)。
22.权利要求13的电机驱动装置，其中所述第二线是中性线。
23.权利要求13的电机驱动装置，其中所述第二线是第二带电线。
24.一种用于对带有浪涌保护电路的电机进行绝缘测试的方法，在所述绝缘测试期间不使用跳线电路来断开所述浪涌保护电路，所述方法包括：
提供具有带电线、地线以及第二线的电机；
将第一变阻器与气体放电管(GDT)串联并将其连接在带电线与第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的一个位置；以及
执行所述绝缘测试。
25.权利要求24的方法，进一步包括设置所述GDT的触发电压，其中所述GDT在高于所述触发电压时导通而在低于所述触发电压时不导通。
26.权利要求25的方法，进一步包括将所述第一变阻器的电压阈值设置为小于高压测试电压以及所述触发电压，所述高压测试电压小于所述触发电压，并且所述触发电压小于浪涌电压。
27.权利要求26的方法，其中所述浪涌保护器进一步包括连接在所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间中的另一位置的第二变阻器。
28.权利要求27的方法，进一步包括当所述带电线上的电压超过所述触发电压时，使用所述第一变阻器、所述第二变阻器以及所述GDT来钳位所述带电线与所述第二线之间以及所述第二线与所述地线之间的过量电压。
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