CN202261133U

CN202261133U - 一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器

Info

Publication number: CN202261133U
Application number: CN2011203597603U
Authority: CN
Inventors: 侯毅; 孙文锋; 徐玮
Original assignee: SHENZHEN I-CHIPSTECH TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN I-CHIPSTECH TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2011-09-23
Filing date: 2011-09-23
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2021-09-23

Abstract

本实用新型涉及一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，包括用于将交流电压输入转成直流电压的整流电路模块；与永磁无刷电机相连并用于将整流电路模块输出的直流电转成三相电压来驱动永磁无刷电机的逆变器；用于驱动逆变器的微控制器单片机电路模块，微控制器单片机电路模块与逆变器相连；微控制单片机电路模块进一步包括用于检测电机转子位置的霍尔信号检测电路，还包括与微控制器单片机电路模块连接并用于获取外部控制信号以实现无极调速的接口电路模块。本实用新型采用霍尔信号检测电路，获取永磁无刷电机转子的位置，控制器通过给定信号和反馈回来的霍尔信号，调节永磁无刷电机的转速、转向、转矩，使换相换速更加准确，实现恒风量调节。

Description

一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器

技术领域

本实用新型涉及电机驱动及控制领域，更具体地说，涉及一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器。

背景技术

目前，节能已经成为未来家电的发展方向，在人们的日常生活中所使用的吸油烟机，排烟风扇所使用的电机一般都是交流电机，抽油烟机在家庭里是属于每天都要使用的电器，虽然每次使用时间不长，但由于目前使用的交流电机效率太低，能耗还是很大。即使有的已经将变频技术引入吸油烟机，现有产品的电机转速一般分为两档或三档，转速调速档位过少，由于不能做到无极调速，满足不了用户对转速的随意选择要求，在使用中不够方便舒适。另外，现有的抽油烟机的电机控制器对电机换相不准，严重影响电机的工作质量，不能很好的抽取油烟。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够对电机转速实现无极调速控制和恒风量控制，且结构相对简单，具有更高可靠性和准确性的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，包括：用于将交流电压输入转成直流电压的整流电路模块；与永磁无刷电机相连并用于将所述整流电路模块输出的直流电转成三相电压来驱动所述永磁无刷电机的逆变器；用于驱动所述逆变器的微控制器单片机电路模块，所述微控制器单片机电路模块与所述逆变器相连；所述微控制单片机电路模块进一步包括用于检测电机转子位置的霍尔信号检测电路，还包括与所述微控制器单片机电路模块连接并用于获取外部控制信号以实现无极调速的接口电路模块。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述微控制器单片机电路模块还进一步包括用于控制所述逆变器及所述永磁无刷电机的单片机及其周边电路，所述霍尔信号检测电路位于所述单片机中，所述霍尔信号检测电路通过霍尔传感器与所述永磁无刷电机相连。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述整流电路模块进一步包括用于将交流电压输入转化为直流电压的转换器和与所述单片机相连并对所述部分直流电压进行降压处理用以为电路中的芯片提供工作电压的降压电路。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述逆变器进一步包括通过三个功率驱动芯片与所述单片机连接用以控制所述永磁无刷电机的转速、转向、转矩的的六个功率晶体管，所述功率晶体管连接所述永磁无刷电机作为控制流经电机线圈的开关。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述直流无刷电机控制器通过连接器经三相线与电机的三相线圈连接。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述直流无刷电机控制器通过连接器经三个HALL线与所述永磁无刷电机的霍尔传感器连接。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述单片机中还包括一过流保护电路。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述过流保护电路包括放大器电路。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述直流无刷电机控制器是采用矢量控制的控制方式的电机控制器。

在本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，所述直流无刷电机控制器还包括无极调速开关，与所述接口电路模块连接。

实施本实用新型的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，具有以下有益效果：其通过检测永磁无刷电机里霍尔信号，将转子的位置信号转为电信号，从而提供换相信号以控制逆变器的功率器件的导通与关断，从而控制转子的旋转。控制器综合给定信号和霍尔反馈信号后，向逆变器输出运转频率指令，调节电机转速，实现恒风量控制。且采用了PWM控制方式实现了无极调速。结合上述设计的电路，性能更加稳定可靠、位置检测更准确简单、控制永磁无刷电机运行范围更宽。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的原理框图；

图2是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的接口电路模块的电路图；

图3是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的整流电路模块的电路图；

图4是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的微控制器单片机电路模块的电路图；

图5本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的逆变器的电路图；

图6是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的霍尔信号采集电路图；

图7是本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的直流无刷电机三相相电流采集电路图；

图8本实用新型一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的过流保护保护电路。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器的原理框图。如图1所示，用于抽油烟机的直流无刷电机控制器包括整流电路模块1、微控制器单片机电路模块3、逆变器2、接口电路模块4。整流电路模块1接受交流电压输入，并为逆变器2和微控制器单片机电路模块3提供直流输出，逆变器2将整流电路模块1输出的一部分直流电压转换成三相电压来驱动永磁无刷电机5，微控制器单片机电路模块3由整流电路模块1输出的经过降压处理的一部分直流电压提供工作电压，通过三个相同的功率驱动芯片来驱动逆变器2工作，通过检测永磁无刷电机5的霍尔信号获取永磁无刷电机5转子的位置和旋转速度，微控制器单片机电路模块3根据测量的永磁无刷电机5的三相相电流和反馈回来的霍尔信号，向逆变器2输出运转指令，调节永磁无刷电机5的转速转向，实现恒风量控制。接口电路模块4将用户通过按键输入的设定风速的信号转换为具有一定占空比的PWM信号，微控制器单片机电路模块3接收接口电路模块4的脉冲宽度调制PWM信号，实现对永磁无刷电机5的无极调速控制。

图2是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的接口电路模块的电路图。如图2所示，接口电路模块4向微控制器单片机电路模块3的单片机提供外部控制信号PWM_IN。接口电路模块将外部信号转换为控制永磁无刷电机5运行的PWM信号，然后通过PB7接口输入单片机，从而使永磁无刷电机5控制器通过单片机实现对永磁无刷电机5速度从零到最大电机转速的控制。连接器CN1接口IN K和IN A接收外部信号，经过电阻R1、C1，连接到光耦隔离器U12，光耦隔离器输出端一端接地，另一端连接单片机的PWM_IN信号输入端PB7，并经上拉电阻R3连接+3.3V直流电源，另两个输出端之前连接一个电容C24。

图3是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的整流滤波电路模块，交流220V市电通过经由四个二极管组成的桥式电路整流后生成直流电，在电容C10的滤波作用下输出高压直流电VIN+到逆变器中。通过逆变器将直流电逆变成三相交流电驱动永磁无刷电机5旋转，抽出油烟。高压直流电VIN+经过包括芯片U1的降压电路后，输出15V直流电压为逆变电路中的高压驱动芯片U3、U4、U5提供工作电源。所述+15V直流电压经过包括芯片U2的降压电路后输出+5V直流电压，由其输出端Vout输出，向永磁无刷电机5三相电流采集电路提供所需的+5V直流供电。所述+5V经过包括芯片U15的降压电路后输出+3.3V直流电压，并经过滤波电容C57处理后作为工作电压提供给控制器中的芯片单片机U7、永磁直流无刷电机三相电流采集电路等。

图4是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的微控制器单片机电路模块的电路图，如图4所示，该单片机U7采用ST公司的STM32F103C6T6(TQFP)，为控制器电路的核心，实现控制的变频速度控制，控制永磁无刷电机5的转动，实现无极调速和恒风量控制。单片机U7通过端口PA8、PA9、PA10、PB13、PB14、PB15输出六路PWM信号PWM1H、PWM1L、PWM2H、PWM2L、PWM3H、PWM3L、(其中，PWM1H和PWM1L一组；PWM2H和PWM2L一组；PWM3H和PWM3L一组；每组互为反相，即当本组中的一个PWM信号为高电平时，另外一个PWM信号为低电平，并且三组PWM信号高电平出现的时序互差120度，相对于电机转角来说)。将这三组PWM信号分别连接到逆变器电路中，控制功率晶体管开关频度及逆变器换相的时间。单片机U7通过端口PA0-WKUP、PA1、PA2获取永磁直流无刷电机的霍尔信号和端口PA4、PA5、PA6获取永磁直流无刷电机的三相电流以获取永磁直流无刷电机转子的位置，经过矢量变换后可以达到对电机转矩转速的控制，实现恒风量控制。同时，单片机U7通过端口PB12从信号反馈电路接收的信号CURRENT_PROTECT判断电机是正常运行还是异常状态，控制电机停转，对电路起到过流保护作用。该电路还包括晶振电路，复位电路，通信电路已经烧写程序电路。

图5是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的逆变器的电路图，如图5所示，逆变器电路模块包括三个驱动芯片U3、U4、U5和六个功率晶体管(IGBT)Q3～Q8及周边电路。具体连接如下：驱动芯片的U3的第一输入端通过电阻R28连接到单片机的PWM信号输出端口PA10、第二输入端通过电阻R29连接到单片机的PWM信号输出端PB15、第一输出端通过电阻R35连接到功率晶体管Q3的栅极、第二输出端通过电阻R36连接到晶体管Q4的栅极，驱动芯片U4的第一输入端通过电阻R30连接到单片机的PWM信号输出端口PA9、第二输入端通过电阻R31连接到单片机的PWM信号输出端PB14、第一输出端通过电阻R37连接到功率晶体管Q5的栅极、第二输出端通过电阻R38连接到晶体管Q6的栅极，驱动芯片U5的第一输入端通过电阻R32连接到单片机的PWM信号输出端口PA8、第二输入端通过电阻R33连接到单片机的PWM信号输出端PB13、第一输出端通过电阻R39连接到功率晶体管Q7的栅极、第二输出端通过电阻R40连接到晶体管Q8的栅极，控制六个功率晶体管(IGBT)Q3～Q8的导通或截至。这六个IGBT管Q3～Q8共分成三组：Q3和Q4为一组、Q5和Q6为一组、Q7和Q8为一组。其中Q3、Q5、Q7的漏极连接整流滤波电路模块输出的直流高压VIN+，源极一方面通过接口CN3分别连接永磁无刷电机5的其中一相输入端U、V、W，另一方面与本组中的第二个IGBT管Q4、Q6、Q8的漏极对应连接，Q4、Q6、Q8的源极分别经电阻R77、R76、R75接地。

图6是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的霍尔信号采集电路图，如图6所示，连接器CN4的两个端口分别连接5V直流电源和接地，另外3个端口连接永磁无刷电机5的三根HALL线，即HALL A、HALLB、HALL C、，采集永磁直流无刷电机的HALL信号，该HALL信号分别经过逻辑或门U8A、U8B、U8C整形，再经过两级RC低通滤波器后连接到单片机的三个HALL采样引脚PA0-WKUP、PA1、PA2。具体连接如下：HALLA通过电阻R5，在滤波电容C29的作用下输入到逻辑或门U8A的输入端，在经过R49和C32、R52和C35组成的低通滤波器后进入单片机的霍尔信号采集端口PA0-WKUP；HALL B通过电阻R13，在滤波电容C30的作用下输入到逻辑或门U8B的输入端，在经过R50和C33、R53和C36组成的低通滤波器后进入单片机的霍尔信号采集端口PA1；HALL C通过电阻R12，在滤波电容C31的作用下输入到逻辑或门U8C的输入端，在经过R51和C34、R54和C37组成的低通滤波器后进入单片机的霍尔信号采集端口PA2；U8A、U8B、U8C的输入端还分别通过上拉电阻R46、R47、R48连接+3.3V直流电压。通过此方法采集的HALL信号没有杂波，采集的霍尔信号用于计算转子的位置以及转子的旋转速度。

图7是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的永磁直流无刷电机三相相电流采集电路图，如图7所示，永磁无刷电机5的三相相电流U_CURRENT、V_CURRENT、W_CURRENT分别经过采样电阻R74、R72、R73后再经过运算放大器U9A、U9B、U9C放大后输入单片机的电流取样引脚PA4、PA5、PA6。具体连接如下：采集的U_CURRENT通过采样电阻R74连接到运算放大器U9A的正向输入端，该正向输入端通过C38接地、还通过R60连接+5V直流电源，运算放大器U9A的反向输入端通过电阻R81接地，且该反向输入端与输出端通过并联的R78和C46连接，运算放大器U9A的输出端通过一电阻R9输出连接到单片机的输入端PA4；采集的V_CURRENT通过R72连接到运算放大器U9B的正向输入端，该正向输入端通过C39接地、还通过R61连接+5V直流电源，运算放大器U9B的反向输入端通过电阻R82接地，且该反向输入端与输出端通过并联的R79和C47连接，运算放大器U9B的输出端通过一电阻R10输出连接到单片机的输入端PA5；采集的W_CURRENT通过R73连接到运算放大器U9C的正向输入端，该正向输入端通过C40接地、还通过R62连接+5V直流电源，运算放大器U9C的反向输入端通过电阻R83接地，且该反向输入端与输出端通过并联的R80和C48连接，运算放大器U9C的输出端通过一电阻R11输出连接到单片机的输入端PA6。

图8是本实用新型用于抽油烟机的直流无刷电机控制器实施例的过流保护电路，如图8所示，永磁直流无刷电机的三相相电流U_CURRENT、V_CURRENT、W_CURRENT分别经过取样电阻R8、R7、R6后和设定的比较电压通过比较器U10A、U10B、U10C比较，当采集的电流超过设定值时，比较器U10A、U10B、U10C就会输出低电平，该信号输入到单片机端口PB12后，单片机会立即关掉PWM驱动信号，进而控制电机停转，对永磁无刷电机5起到过流保护作用。具体连接如下：U_CURRENT通过R8连接到比较器U10A的第二输入端，该第二端通过R71接地，第一输入端分别通过R68连接+3.3V直流电压、通过并联的R65和C45接地。比较器U10A的输出端连接到单片机的过流保护控制信号端口PB12，该输出端还分别通过R25连接+3.3V直流电压、通过C41接地。V_CURRENT通过R7连接到比较器U10B的第二输入端，该第二端通过R70接地，第一输入端分别通过R67连接+3.3V直流电压、通过并联的R64和C44接地。比较器U10B的输出端连接到单片机的过流保护控制信号端口PB12，该输出端还分别通过R25连接+3.3V直流电压、通过C41接地。W_CURRENT通过R6连接到比较器U10C的第二输入端，该第二端通过R69接地，第一输入端分别通过R66连接+3.3V直流电压、通过并联的R63和C42接地。比较器U10C的输出端连接到单片机的过流保护控制信号端口PB12，该输出端还分别通过R25连接+3.3V直流电压、通过C41接地。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，包括：用于将交流电压输入转成直流电压的整流电路模块(1)；与永磁无刷电机(5)相连并用于将所述整流电路模块(1)输出的直流电转成三相电压来驱动所述永磁无刷电机(5)的逆变器(2)；用于驱动所述逆变器(2)的微控制器单片机电路模块(3)，所述微控制器单片机电路模块(3)与所述逆变器(2)相连；所述微控制单片机电路模块(3)进一步包括用于检测电机转子位置的霍尔信号检测电路，还包括与所述微控制器单片机电路模块(3)连接并用于获取外部控制信号以实现无极调速的接口电路模块(4)。

2.根据权利要求1所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述微控制器单片机电路模块(3)还进一步包括用于控制所述逆变器(2)及所述永磁无刷电机(5)的单片机及其周边电路，所述霍尔信号检测电路位于所述单片机中，所述霍尔信号检测电路通过霍尔传感器与所述永磁无刷电机(5)相连。

3.根据权利要求2所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述整流电路模块(1)进一步包括用于将交流电压输入转化为直流电压的转换器和与所述单片机相连并对所述部分直流电压进行降压处理用以为电路中的芯片提供工作电压的降压电路。

4.根据权利要求3所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述逆变器(2)进一步包括通过三个功率驱动芯片与所述单片机连接用以控制所述永磁无刷电机(5)的转速、转向、转矩的的六个功率晶体管，所述功率晶体管连接所述永磁无刷电机(5)作为控制流经电机线圈的开关。

5.根据权利要求4所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述直流无刷电机控制器通过连接器经三相线与电机的三相线圈连接。

6.根据权利要求5所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述直流无刷电机控制器通过连接器经三个HALL线与所述永磁无刷电机的霍尔传感器连接。

7.根据权利要求6所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述单片机中还包括一过流保护电路。

8.根据权利要求7所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述过流保护电路包括放大器电路。

9.根据权利要求1所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述直流无刷电机控制器是采用矢量控制的控制方式的电机控制器。

10.根据权利要求1所述的用于抽油烟机的直流无刷电机控制器，其特征在于，所述直流无刷电机控制器还包括无极调速开关，与所述接口电路模块连接。