CN201238279Y

CN201238279Y - 一种直流变频冰箱驱动模块

Info

Publication number: CN201238279Y
Application number: CNU2008201500404U
Authority: CN
Inventors: 汪辉; 何丽华
Original assignee: Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
Current assignee: Shanghai Hitachi Household Appliance Co Ltd
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2018-06-26

Abstract

本实用新型涉及一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机，包括逆变单元、位置检测单元和中央控制单元，其中：逆变单元，包括六个IGBT，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压缩机电机的三相绕组供电；位置检测单元，用于接收所述压缩机电机的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；中央控制单元，分别与所述的逆变单元、位置检测单元连接。本实用新型旨在提供一种集成度高，低成本、可靠稳定的直流变频冰箱驱动模块，用以针对变频冰箱压缩机电机为直流无刷电机时控制的需要，另外本实用新型还具有电流保护、温度保护、过欠电压保护等功能。

Description

一种直流变频冰箱驱动模块

技术领域

本实用新型涉及变频冰箱，尤其涉及一种用于变频冰箱压缩机电机的直流变频冰箱驱动模块。

背景技术

现有的冰箱压缩机一般为定速压缩机，即把交流220V输入压缩机线圈，频率为50HZ。压缩机在以略低于3000RPM的转速运转，因此冰箱系统的冷量控制粗糙，温度波动大，造成能源的浪费。另外，由于异步电机在转子中感应电流，因此转子上有铜损、铁损、涡流损等损耗，冰箱效率低。

直流无刷电机的出现，为以上问题提供了可能。直流无刷电机作为变频冰箱压缩机电机，其转子为永磁体，没有感应电流，因此电机损耗小；然而只有通过针对此种压缩机电机的驱动模块的控制，直流无刷电机才可在很宽的转速范围内实现较为精确的转速控制。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种集成度高，低成本、可靠稳定的直流变频冰箱驱动模块，用以针对变频冰箱压缩机电机为直流无刷电机时的控制需要，另外本实用新型还具有电流保护、温度保护、过欠电压保护等功能。

本实用新型所述的一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机，其特征在于：它包括逆变单元、位置检测单元和中央控制单元，其中：

逆变单元，包括六个IGBT(Insulated-gate bipolar transistor，绝缘栅双极晶体管)，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压缩机电机的三相绕组供电；

位置检测单元，用于接收所述压缩机电机的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；

中央控制单元，分别与所述的逆变单元、位置检测单元连接，包括设置在该中央控制单元内部的反电动势电压比较器、电流运放器、与该电流运放器连接的电流比较器以及寄存器，一方面用于接收从所述位置检测单元输出的三相相位信号，通过所述的反电动势电压比较器，检测所述压缩机电机的三相反电动势过零点；同时用于向所述逆变单元输出驱动信号，控制所述六个IGBT的通断；另一方面通过所述的电流运放器将从所述逆变单元接收到的电流测量信号放大，并输送到所述电流比较器，用于与设定的电流保护值比较，实现所述压缩机电机的电流保护功能。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，在所述逆变单元的下述引脚，即第一引脚和第二引脚之间、第四引脚和第五引脚之间、第七引脚和第八引脚之间各连接一电容；第十四引脚与一电源连接，用于为所述的三个电容充电。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，所述压缩机电机的三相反电动势各相分别通过所述位置检测单元的接口与一电阻的一端连接，且所述的每个电阻的另一端分别与参考零电位间反向接入一二极管。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，在所述中央控制单元的第十四引脚和第十五引脚之间、第十四引脚和参考零电位之间分别连接一电阻，用于确定所述电流运放器的放大倍数。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，通过所述中央控制单元的第二十四引脚输入方波信号作为所述压缩机电机的转速，第二十二引脚用于输出一PWM脉冲(Pulse-width modulation，脉宽调制脉冲)，且该第二十二引脚与一电阻以及与该电阻串联连接的电容连接，用于对所述PWM脉冲进行滤波，且该电容的另一端与参考零电位连接，并向第十六引脚输送所述电阻与电容之间的电位信号，用于决定所述的电流保护值。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，所述逆变单元的第二十一引脚与所述中央控制单元的第四引脚连接，当所述第四引脚为低电平时，触发所述中央控制单元中断，中断服务程序做相应处理。

在上述直流变频冰箱驱动模块中，所述的逆变单元的第十引脚与直流母线电压连接，第二十三引脚和第十二引脚与参考零电位连接。

由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型为变频冰箱提供了一种高效、低成本、高集成度的驱动模块，利用该驱动模块，可以可靠检测到过零位信号，实现变频冰箱压缩机电机的较精确的转速控制(误差小于3％)，以及实现宽电压范围(170V-250V)，宽调速范围(1200RPM-4500RPM)的可靠驱动，并提供电流保护、过欠电压保护、防抖动、强制切换等功能。

附图说明

图1是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块的最佳实施例框图；

图2是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块的逆变单元的最佳实施例示意图；

图3是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块的位置检测单元的最佳实施例示意图；

图4是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块的中央控制单元的最佳实施例示意图。

具体实施方式

请参阅图1，并结合图2.、图3、图4所示，本实用新型，即一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机4，包括逆变单元1、位置检测单元2和中央控制单元3，其中：

逆变单元1，包括六个IGBT(图中未示)，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向压缩机电机4三相绕组供电；

位置检测单元2，用于接收压缩机电机4的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；

中央控制单元3，分别与逆变单元1、位置检测单元2连接，包括设置在中央控制单元3内部的反电动势电压比较器31、电流运放器32、与电流运放器32连接的电流比较器33以及寄存器34，一方面用于接收从位置检测单元2输出的三相相位信号，通过反电动势电压比较器31，检测压缩机电机4的三相反电动势过零点；同时用于向逆变单元1输出驱动信号，控制六个IGBT的通断；另一方面通过电流运放器32将从逆变单元1接收到的电流测量信号放大，并输送到电流比较器33，用于与设定的电流保护值比较，实现压缩机电机4的电流保护功能。

逆变单元1可以采用IR公司的IPM模块IRMS06UP60B(U1)，其中：

第十四引脚VDD与一15V电源连接，通过内部电路，用于为接在第一引脚VB3和第二引脚W之间的自举电容E402、接在第四引脚VB2和第五引脚V之间的自举电容E403以及接在第七引脚VB1和第八引脚U之间的自举电容E404充电；

第十引脚V+与直流母线电压HV连接，通过分别与压缩机电机4的三相端线连接的第二引脚U、第五引脚V、第八引脚W，将直流母线电压HV输出到压缩机电机4的三相绕组上；第二十三引脚VSS和第十二引脚V-分别与参考零电位连接；

第二十一引脚FAULT与中央控制单元3的第四引脚MCES连接，当第四引脚MCES为低电平时，触发中央控制单元3中断，中断服务程序做相应处理。

在位置检测单元2中，压缩机电机4的三相反电动势U’、V’、W’各相分别通过接口CN201与限流用电阻R222、电阻R221、电阻R219的一端连接，电阻R222、电阻R221、电阻R219的另一端分别输出用于过零检测的三相相位信号U_Phase、V_Phase、W_Phase，并分别与参考零电位间反向接入二极管D301、二极管D302、二极管D303，起钳位作用，以保护中央控制单元3。

中央控制单元3可采用ST专用的电机控制MCU(单片机)ST7MC1K2TC(IC1)，其中：

第三十引脚MC00、第三十一引脚MC01、第三十二引脚MC02、第一引脚MC03、第二引脚MC04、第三引脚MC05分别将六路驱动信号HSIC3、HSIC5、HSIC8、LSIC3、LSIC5、LSIC8输送到逆变单元1的第十五引脚HIN1、第十六引脚HIN2、第十七引脚HIN3、第十八引脚LIN1、第十九引脚LIN2、第二十引脚LIN3上，以控制逆变单元1内六个IGBT的通断，当需要驱动上桥臂IGBT导通时，上桥臂IGBT的门极电压大于栅极电压15V，即使得该IGBT顺利导通；

以0V电压作为过零点的基准，第十引脚MCIA、第十一引脚MCIB、第十二引脚MCIC分别接收位置检测单元2输出的三相相位信号U_Phase、V_Phase、W_Phase，通过反电动势电压比较器31与该基准相比较，测压缩机电机4的三相反电动势U’、V’、W’过零点；中央控制单元3在PWM_OFF，即脉宽调制脉冲的低电平期间检测反电动势电压比较器31输出电平，电平由低变高或由高变低时为三相反电动势电压过零时机，以过零时机以及当前压缩机电机4转速为依据确定换相时机。通过设置中央控制单元3的寄存器34调整过零点基准，对换相角度进行硬件补偿，以达到最佳驱动效果；

第十三引脚OAP接收从逆变单元1的第二十二引脚ITRIP上输出的直流母线电流测量信号I_sense，并输入到电流运放器32进行放大，且在第十四引脚OAN和第十五引脚OAZ之间连接电阻R307、第十四引脚OAN和参考零电位之间连接电阻R306，电阻R307、电阻R306用于确定该电流运放器32的放大倍数；电流运放器32将放大后的电流测量信号输送到电流比较器33的一个输入端，另一个输入端则由第十六引脚MCCREF上的电压决定；

通过第二十四引脚PD3输入方波信号作为压缩机电机4的转速，第二十二引脚MCPWMV用于输出一PWM脉冲(其频率及占空比由中央控制单元3设定)，且第二十二引脚MCPWMV与电阻R315以及与电阻R315串联连接的电容C302连接，用于对该PWM脉冲进行滤波，且电容C302的另一端与参考零电位连接，电阻R315的另一端与第二十二引脚MCPWMV连接；在电阻R315与电容C302之间的电位为直流电，该直流电平输入到第十六引脚MCCREF，其电压大小用于决定设定的电流保护值；当压缩机电机4的直流母线电流大于设定的电流保护值时，复位六路PWM输出，结合位置检测单元2，在低转速下可采用电压模式限流，即压缩机电机4的直流母线电流为设定的电流保护值，保证了很高的启动成功率；在高转速下可采用电流模式，即压缩机电机4的直流母线电流为输出的转速值，获得平稳的输出电流。

综上所述，本实用新型可以可靠检测到过零位信号，实现变频冰箱压缩机电机的较精确的转速控制(误差小于3％)，以及实现宽电压范围(170V-250V)，宽调速范围(1200RPM-4500RPM)的可靠驱动，并提供电流保护、过欠电压保护、防抖动、强制切换等功能。本实用新型应用在直流变频冰箱压缩机电机上，其最大输出功率为240W。经冷量试验、噪音测试及短寿命试验，在恶劣工况下，冰箱压缩机电机可长时间连续低速(1400RPM)、高速(4500RPM)、高低速(1400RPM到4500RPM)往返运行1000小时，无故障，且振动噪音和能效均达到国标要求，从而有效解决定速冰箱存在的问题，可以实现提高效率、快速冷冻、食品保鲜等目标。

以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机，其特征在于：它包括逆变单元、位置检测单元和中央控制单元，其中：

逆变单元，包括六个IGBT，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压缩机电机的三相绕组供电；

2.根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：在所述逆变单元的下述引脚，即第一引脚(VB3)和第二引脚(W)之间、第四引脚(VB2)和第五引脚(V)之间、第七引脚(VB1)和第八引脚(U)之间各连接一电容(E402、E403、E404)；第十四引脚(VDD)与一电源连接，用于为所述的三个电容充电。

3.根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：所述压缩机电机的三相反电动势各相(U’、V’、W’)分别通过所述位置检测单元的接口与一电阻(R223、R221、R219)的一端连接，且所述的每个电阻的另一端分别与参考零电位间反向接入一二极管(D301、D302、D303)。

4.根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：在所述中央控制单元的第十四引脚(OAN)和第十五引脚(OAZ)之间、第十四引脚(OAN)和参考零电位之间分别连接一电阻(R307、R306)，用于确定所述电流运放器的放大倍数。

5.根据权利要求1或4所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：通过所述中央控制单元的第二十四引脚(PD3)输入方波信号作为所述压缩机电机的转速，第二十二引脚(MCPWMV)用于输出一PWM脉冲，且该第二十二引脚与一电阻(R315)以及与该电阻串联连接的电容(C302)连接，用于对所述PWM脉冲进行滤波，且该电容的另一端与参考零电位连接，并向第十六引脚(MCCREF)输送所述电阻与电容之间的电位信号，用于决定所述的电流保护值。

6.根据权利要求1或2或4所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：所述逆变单元的第二十一引脚(FAULT)与所述中央控制单元的第四引脚(MCES)连接，当所述第四引脚为低电平时，触发所述中央控制单元中断，中断服务程序做相应处理。

7.根据权利要求1或2所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于：所述的逆变单元的第十引脚(V+)与直流母线电压连接，第二十三引脚(VSS)和第十二引脚(V-)与参考零电位连接。