CN1976214A - 空调器交流电机驱动方法及电路 - Google Patents

Abstract

本发明属于电器领域，是一种空调器交流电机驱动方法及电路，在电源初始化时对过零检测脉冲宽度进行计算，保持风机驱动端口为低电平或等待电机转速反馈信号的外部中断发生，进入电机转速反馈中断后，计算电机的实际转速及驱动信号输出的占空比，在进入过零检测下降沿中断后，将电机驱动信号输出使能，电机驱动信号端口输出高电平或低电平。在空调器交流电机驱动电路的硬件控制板上装有具有独立性的硬件控制电路，可实现交流电机驱动具有通用性，本发明对于不同电源同一型号的交流电机能实现很好的控制，在电源发生波动时，也可以防止电机出现意想不到的动作，防止电机损坏。

Description

空调器交流电机驱动方法及电路

技术领域

本发明属于电器领域，具体的说是一种交流电机驱动方法及电路，特别是空调器交流电机驱动方法及电路。

背景技术

随着人们生活水平的提高，家用空调日益普及，现在的家用空调室内风机控制中通常使用可调速的交流电机。可调速的交流电机相对于转速恒定的抽头电机来说，具有很多的优点：噪音低，节能，速度调节范围广等。但也有其缺点，可调速的交流电机成本较高，控制方式也相对复杂。

在现有的空调器可调速交流电机驱动电路中，硬件电路和电源以及控制软件都是要相互匹配的，不具有通用性。硬件电路、电源、控制软件三者中只要有任何一者发生改变，整个交流电机就无法工作，特别对于电源来说，其变化是难免的，不同的使用者，对电源的要求是不一样的。空调产品面对的是全世界的客户，不同国家的不同客户对于电源的要求也是不一样的，如果没有一个具有通用性的交流电机驱动方法及电路，就要针对不同国家和地区制作不同的空调交流电机驱动电路，这将会使开发成本及开发难度大幅增加。

另外，即便在同一电源下使用，也有可能出现电源波动的情况，此时需要空调器交流电机驱动电路有较好的抗干扰能力，以防止电机出现意想不到的动作而使空调停止工作或是损坏。由此可见，现有的空调器交流电机驱动电路已不再适应当前全球化生产的需求，是有待改善的。

发明内容

本发明的目的就是针对现有的空调器交流电机驱动方法及电路存在的缺点，提出一种具有通用性的空调器交流电机驱动方法及电路。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种空调器交流电机驱动方法，其特征在于：按如下步骤重复进行：

(1)电源初始化时对过零检测脉冲宽度进行计算，并进行保存；

(2)判断是否需要对电机进行控制，若是，则保持风机驱动端口为低电平；若不是，则等待电机转速反馈信号的外部中断发生；

(3)在进入电机转速反馈中断后，计算当前电机的实际转速；

(4)以步骤(3)中计算的值和电机转速目标值的差进行PID计算，得到控制电机驱动信号输出的占空比；

(5)在进入过零检测下降沿中断后，将电机驱动信号输出使能；

(6)在总的延迟时间到达后发生定时器中断，电机驱动信号输出势能，控制电机驱动信号端口输出高电平；再延时到过零检测下降沿发生时，将电机驱动信号端口输出低电平。

一种可实现空调器交流电机驱动方法的空调器交流电机驱动电路，包括单相交流电源、过零检测电路、反向器电路、单片机，单相交流电源的输出接过零检测电路的输入，过零检测电路的输出接反向器电路的输入，反向器电路的输出接单片机的输入，过零检测电路由电阻电路、电容C201、光耦PC02组成，单相交流电源的输出通过电阻电路接电容C201，电容C201接光耦PC02，反向器电路由电容C202、电阻R209、电阻R210、电阻R211、三极管Q201、电容C203组成，电容C202接光耦PC02的输出，电容C202的一个接点接地，另一接点与三极管Q201的基极相接，这一接点也通过电阻R209、电阻R210与三极管Q201的集电极相接，电阻R209的输出接供电电压VCC，三极Q201的集电极通过电阻R211接单片机的输入，三极管Q201的发既接地，又通过电容C203接单片机的输入。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述的空调器交流电机驱动方法，其中所述步骤(1)中，过零检测脉冲宽度为过零检测信号的下降沿开始到下一个上升沿为止。

前述的空调器交流电机驱动方法，其中所述步骤(1)中，通过连续多次检测该脉冲宽度后求其平均值来获得需要的过零检测脉冲宽度。

前述的空调器交流电机驱动方法，其中所述步骤(6)中，将步骤(4)中计算得到的延迟时间和步骤(1)中计算得到的脉冲宽度的1/2作为总的延迟时间。

前述的空调器交流电机驱动电路，其中所述电阻电路为一条含有四条支路的并联电阻电路，由电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208组成，其中电阻R201与电阻R202串联，为第一条支路，电R203与电阻R204串联，为第二条支路，电阻R205与电阻R206串联，为第三条支路，电阻R207与电阻R208串联，为第四条支路。

以上具有独立性的过零检测硬件电路，对于不同的电源输入能产生极为类似的脉冲序列，只要配以具有通用性的软件控制即可使空调器交流电机驱动电路在不同电源中对同一型号的交流电机实现很好的控制。

由此可见本发明的优点为：由于使用了独立性的过零检测硬件电路，使本发明的空调器交流电机驱动电路具有通用性，对于不同电源同一型号的交流电机能实现很好的控制，在电源发生波动时，也可以路，使本发明的空调器交流电机驱动电路具有通用性，对于不同电源同一型号的交流电机能实现很好的控制，在电源发生波动时，也可以防止电机出现意想不到的动作，防止电机损坏，非常实用，同时也降低了空调器的生产成本。

附图说明

图1为本发明的流程图。

图2为本发明硬件电路的原理图。

图3是电源、过零检测信号、电机驱动信号以及电机转速反馈信

号在相同周期下对比的示意图。

图2中：①过零检测信号下降沿、②过零检测脉冲宽度、③过零

检测脉冲宽度的1/2。

具体实施方式

本发明的空调器交流电机驱动方法流程如图1所示，首先，在初始化过程中需要对过零检测脉冲的宽度进行计算，过零检测的脉冲宽度如图3中②所示。此后，电机驱动的开始位置与过零检测脉冲下降沿一致，如图3中①所示。并且在实际的计算中需要增加过零检测脉冲宽度的1/2，如图3中③所示。实际上，电机驱动的开始位置应该从实际电源过零点开始，但是对于不同的电源得到的过零检测脉冲宽度是不一样的，因此实际电源过零点和过零检测中断发生的点是存在误差的。如果都从实际过零点为基准，算法本身就有误差，并且使用不同的电源过零检测脉冲宽度是不一样的，这也造成误差的不稳定，对电机控制有很大影响。因此在以前的方案中通常是对不同的电源进行不同的补偿算法，这使得控制方案的通用性比较差。现在提出的方案中增加了1/2的过零检测脉冲宽度进行PID计算，在算法上以过零检测脉冲下降沿为基准，并且考虑了1/2的过零检测脉冲宽度，从最大程度上降低了误差值，并且具有通用性，在硬件上具有独立性，与交流电源类型无关。相同的硬件电路可以运用于多种交流电源中，只需要在软件上进行通用化的处理即可。

整个方案控制流程如下：

1、电源初始化时对过零检测脉冲宽度进行计算，并进行保存。过零检测脉冲宽度为过零检测信号的下降沿开始到下一个上升沿为止，如图3中②所示。在实际检测中，通过连续n次检测该脉冲宽度W1、W2……Wn后，求其平均值W＝(W1+W2+……+Wn)/n而获得需要的结果。

2、判断是否需要对电机进行控制，如为NO，则保持风机驱动端口为低电平(无输出状态)；如为YES，则等待电机转速反馈信号的外部中断发生。

3、在进入电机转速反馈中断后，计算当前电机的实际转速。若两次电机转速反馈中断间脉冲宽度FW，则实际转速V＝60/(6*FW)转/min。

4、以步骤3中计算的值和电机转速目标值的差(前后三次测量的偏差值)进行PID计算，

ΔU_k＝Kp(1+T/Ti+Td/T)e_k-Kp(1+2Td/T)e_k-1+Kp(Td/T)e_k-2得到控制电机驱动信号输出的占空比(延迟时间)。

5、在进入过零检测下降沿中断后，将电机驱动信号输出使能。此时将步骤4中计算得到的延迟时间和1阶段中计算得到的脉冲宽度的1/2作为总的延迟时间。增加这1/2时间可以保证电机驱动信号在电源实际过零点发生之后才有输出，即算法上以过零检测脉冲下降沿为基准，但是动作上以实际电源过零点作为基准进行控制。

6、在总的延迟时间到达后发生定时器中断，此时由于电机驱动的控制已经完成，以后的控制中只需重复上述步骤即可。

单相交流电源通过该电路后得到规则的脉冲序列输入单片机，其对比以及单片机实际发出的控制信号如图3所示。单片机输出的控制信号为弱电信号，之后通过放大可以对电机进行驱动。单片机的输出以高电平有效，即当单片机输出端口为高电平时电机运转，低电平时电机停止。通过控制一个电源周期中电机驱动端口电平状态的占空比，即可得到需要的斩波控制。通过斩波对交流电机进行控制，斩波控制发生在每一个交流电源的周期信号内，斩波控制算法以电源信号周期性的过零点为基准进行计算，而周期性的过零点检测由专门的过零检测硬件电路实现。

本发明的空调器交流电机驱动装置包括硬件控制板、控制软件、交流电源，控制软件被烧写在主控芯片中，硬件控制板与交流电源相接，交流电机与硬件控制板由两个接插件进行连接，其中一个是驱动控制接插件，另一个是电机转速反馈接插件，在硬件控制板上装有硬件电路。

本发明的空调器交流电机驱动电路的电路图如图2所示，包括单相交流电源、过零检测电路、反向器电路、单片机，过零检测电路是实现过零检测的核心部分，反向器电路主要是使过零检测输出信号反相，便于单片机的处理。单相交流电源的输出接过零检测电路的输入，过零检测电路的输出接反向器电路的输入，反向器电路的输出接单片机的输入，过零检测电路由电阻电路、电容C201、光耦PC02组成，单相交流电源的输出通过电阻电路接电容C201，电容C201接光耦PC02，反向器电路由电容C202、电阻R209、电阻R210、电阻R211、三极管Q201、电容C203组成，电容C202接光耦PC02的输出，电容C202的一个接点接地，另一接点与三极管Q201的基极相接，这一接点也通过电阻R209、电阻R210与三极管Q201的集电极相接，电阻R209的输出接供电电压VCC，三极管Q201的集电极通过电阻R211接单片机的输入，三极管Q201的发既接地，又通过电容C203接单片机的输入。

电阻电路为一条含有四条支路的并联电阻电路，由电阻R201、电阻R202、电阻R203、电阻R204、电阻R205、电阻R206、电阻R207、电阻R208组成，其中电阻R201与电阻R202串联，为第一条支路，电阻R203与电阻R204串联，为第二条支路，电阻R205与电阻R206串联，为第三条支路，电阻R207与电阻R208串联，为第四条支路。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种空调器交流电机驱动方法，其特征在于：按如下步骤重复进行：

(1)电源初始化时对过零检测脉冲宽度进行计算，并进行保存；

(2)判断是否需要对电机进行控制，若是，则保持风机驱动端口为低电平；若不是，则等待电机转速反馈信号的外部中断发生；

(3)在进入电机转速反馈中断后，计算当前电机的实际转速；

(4)以步骤(3)中计算的值和电机转速目标值的差进行PID计算，得到控制电机驱动信号输出的占空比；

(5)在进入过零检测下降沿中断后，将电机驱动信号输出使能；

(6)在总的延迟时间到达后发生定时器中断，电机驱动信号输出势能，控制电机驱动信号端口输出高电平；再延时到过零检测下降沿发生时，将电机驱动信号端口输出低电平。

2.如权利要求1所述的空调器交流电机驱动方法，其特征在于：所述步骤(1)中，过零检测脉冲宽度为过零检测信号的下降沿开始到下一个上升沿为止。

3.如权利要求1所述的空调器交流电机驱动方法，其特征在于：所述步骤(1)中，通过连续多次检测该脉冲宽度后求其平均值来获得需要的过零检测脉冲宽度。

4.如权利要求1所述的空调器交流电机驱动方法，其特征在于：所述步骤(6)中，将步骤(4)中计算得到的延迟时间和步骤(1)中计算得到的脉冲宽度的1/2作为总的延迟时间。

5.一种可实现权利要求1所述的空调器交流电机驱动方法的空调器交流电机驱动电路，包括单相交流电源、过零检测电路、反向器电路、单片机，其特片在于：所述单相交流电源的输出接过零检测电路的输入，过零检测电路的输出接反向器电路的输入，反向器电路的输出接单片机的输入，所述过零检测电路由电阻电路、电容(C201)、光耦(PC02)组成，单相交流电源的输出通过电阻电路接电容(C201)，电容(C201)接光耦(PC02)，所述反向器电路由电容(C202)、电阻(R209)、电阻(R210)、电阻(R211)、三极管(Q201)、电容(C203)组成，电容(C202)接光耦(PC02)的输出，电容(C202)的一个接点接地，另一接点与三极管(Q201)的基极相接，这一接点也通过电阻(R209)、电阻(R210)与三极管(Q201)的集电极相接，电阻(R209)的输出接供电电压(VCC)，三极管(Q201)的集电极通过电阻(R211)接单片机的输入，三极管(Q201)的发既接地，又通过电容(C203)接单片机的输入。

6.如权利要求5所述的空调器交流电机驱动电路，其特征在于：所述电阻电路为一条含有四条支路的并联电阻电路，由电阻(R201)、电阻(R202)、电阻(R203)、电阻(R204)、电阻(R205)、电阻(R206)、电阻(R207)、电阻(R208)组成，其中电阻(R201)与电阻(R202)串联，为第一条支路，电阻(R203)与电阻(R204)串联，为第二条支路，电阻(R205)与电阻(R206)串联，为第三条支路，电阻(R207)与电阻(R208)串联，为第四条支路。