CN203289364U - 单相直流无刷电机及其控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种单相直流无刷电机及其控制电路，该控制电路具有微控制器，其向驱动电路输出驱动信号，驱动电路具有四个功率管，四个功率管与电机桥式连接，其中，控制电路还设有端电压检测电路，端电压检测电路具有一个电压比较器，电压比较器的两个输入端分别接收电机两个输出端的端电压信号，电压比较器的输出端向微控制器输出信号。单相直流无刷电机具有定子与转子，并设有上述的控制电路。本实用新型能避免电机换向时出现死点现象，提高电机运行的稳定性，且降低电机的生产成本。

Description

单相直流无刷电机及其控制电路

技术领域

本实用新型涉及电机领域，尤其是涉及一种单相直流无刷电机以及这种电机的控制电路。

背景技术

无刷直流电机因其具备连续调速的优点，越来越受到人们的青睐，已经广泛应用在各种电器设备中。对无刷直流电机的调速、换向，往往需要使用控制电路来实现，现在一种无刷直流电机的控制电路框图如图1所示。

现有的驱动电路具有微控制器11，接收外部输入的调速电压信号。调速电压信号为直流电压信号，微控制器11接收调速电压信号后，生成对应的调制波形，并与微控制器11产生的载波进行比较，从而生成脉冲调制信号，即PWM信号。PWM信号可以等效于180°的正弦波信号，也可以是等效于方波的信号，微控制器11根据电机运行的不同情况输出不同的PWM信号。

微控制器11将PWM信号输出至驱动电路12，驱动电路12具有四个功率管，通常是场效应管，四个功率管的通断均由微控制器11控制，用于将向电机M的定子线圈输出电流信号，由此驱动电机M的转子旋转，向外输出动力。

电机M上还安装有一个霍尔传感器13，用于检测转子的转动速度，并将检测的信号传输至微控制器11，微控制器11根据霍尔传感器13输出的信号判断电机M的转速，并控制输出的PWM波形。

由于单相直流无刷直流电机仅设置一个霍尔传感器13，用于检测转子的磁极位置，并将检测的位置信号输出至微控制器11，微控制器11根据检测的信号来控制电机M的换向。因此，单相直流无刷电机对霍尔传感器13的安装位置有很严格的要求，且电机M的控制对霍尔传感器13有很强的依赖性。

但是，单相直流无刷电机生产过程中，霍尔传感器13的安装又有很大的随意性，因而导致霍尔传感器13在转子转动至特定角度时无法检测磁极的位置，导致电机在换向时出现死点的现象，严重影响了单相直流无刷电机运行的稳定性。

此外，一旦将霍尔传感器安装到单相直流无刷电机后，其位置固定，霍尔传感器检测磁极的角度就很难调整。即使发现霍尔传感器安装位置不正确，也难以调整其安装位置，影响单相直流无刷电机的运行。

若在单相直流无刷电机中安装两个以上的霍尔传感器，则大大增加单相直流无刷电机的生产成本。

发明内容

本实用新型的主要目的是提供一种提高单相直流无刷电机运行稳定性的控制电路。

本实用新型的另一目的是提供一种生产成本低且运行稳定的单相直流无刷电机。

为实现本实用新型的主要目的，本实用新型提供的单相直流无刷电机控制电路具有微控制器，其向驱动电路输出驱动信号，驱动电路具有四个功率管，四个功率管与电机桥式连接，其中，控制电路还设有端电压检测电路，端电压检测电路具有一个电压比较器，电压比较器的两个输入端分别接收电机两个输出端的端电压信号，电压比较器的输出端向微控制器输出信号。

由上述方案可见，端电压检测电路将电机的两个输出端的端电压信号输出至电压比较器，电压比较器通过比较两个输出端的端电压信号来确定电机的换向时间，电压比较器输出的信号反相是向微控制器输出信号，微控制器即控制电机换向。这样，单相直流无刷电机不设置霍尔传感器，降低生产成本的同时，还避免因使用霍尔传感器而造成的换向时出现的死点的情况，确保电机稳定地运行。

一个优选的方案是，电压比较器的两个输入端分别与一个滤波电容电连接。

由此可见，电机的两个输出端的端电压信号经过滤波电容的深度滤波后输出至电压比较器，减少了干扰信号对电压比较器的干扰，控制电路的抗干扰能力较强。

进一步的方案是，电压比较器的第一输入端与电机的第一输出端之间连接有第一隔离电容，电压比较器的第二输入端与电机的第二输出端之间连接有第二隔离电容。

可见，电机两个输出端的端电压信号分别经过隔离电容的隔离处理，将端电压信号中的直流分量隔离、过滤，避免直流分量对电压比较器工作的影响。

为实现本实用新型的另一目的，本实用新型提供的单相直流无刷电机具有定子以及转子，并设有控制电路，控制电路具有微控制器，其向驱动电路输出驱动信号，驱动电路具有四个功率管，四个功率管与电机桥式连接，其中，控制电路还设有端电压检测电路，端电压检测电路具有一个电压比较器，电压比较器的两个输入端分别接收电机两个输出端的端电压信号，电压比较器的输出端向微控制器输出信号。

由上述方案可见，单相直流无刷电机采用端电压比较电路检测电机两个输出端的端电压，并通过比较两个输出端的端电压信号确定电机的换向时间，不需要使用霍尔传感器检测磁极的位置，避免在电机换向时出现死点的问题，确保单相无刷直流电机的稳定运行。此外，电压比较强的生产成本远低于霍尔传感器的生产成本，本实用新型的单相直流无刷电机的生产成本较低。

附图说明

图1是现有单相直流无刷电机的控制电路的电原理框图。

图2是本实用新型单相直流无刷电机实施例控制电路的电原理框图。

图3是本实用新型控制电路实施例中电源电路的电路图。

图4是本实用新型控制电路实施例中驱动电路的电路图。

图5是本实用新型控制电路实施例中端电压检测电路的电路图。

以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

具体实施方式

本实施例的单相直流无刷电机具有一个壳体，在壳体内安装有定子以及转子，在电机上还设有用于控制单相直流无刷电机运行的控制电路，本实施例的控制电路如图2所示。

控制电路具有微控制器21、驱动电路22端电压检测电路23以及电源电路24。微控制器21为单片机，其接收外部输入的控制信号，并根据控制信号生成驱动信号，如PWM信号，并将生成的驱动信号输出至驱动电路22。

驱动电路22具有四个功率管，如场效应管等，四个功率管在微控制器21输出的驱动信号下导通或关断。并且，四个功率管与电机M桥式连接，即构成一个H桥，四个功率管的导通或关断使电流在电机M流动，使电机M的定子线圈上形成交变的磁场，推动转子转动，转子轴随转子转动并向外输出动力。

端电压检测电路23检测电机M的两个输出端的端电压，并将检测的信号输出至电压比较器，电压比较器向微控制器21输出比较结果的信号，微控制器11根据接收的信号控制电机M的换向。

电源电路24用于将交流电转换成稳定的直流电，并向微控制器21、驱动电路22以及端电压检测电路23输出直流电。

参见图3，电源电路24具有四个桥式连接的二极管D1、D2、D3、D4，四个二极管D1、D2、D3、D4构成整流电路，交流电从L端子与N端子流经后经过整流电路整流后，在电容C5的两端形成直流电VCC，直流电VCC经过变压芯片D0后，流经稳压二极管D7、DY，形成直流电源VD，直流电源VD与直流电VCC之间连接有稳压芯片U20。直流电源VD与直流电VCC向微控制器21、驱动电路22以及端电压检测电路23供电。

参见图4，驱动电路22具有四个输入端子T00、T01、T02、T03，分别接收微控制器21输出的驱动信号，且驱动电路22设有四个功率管，分别是场效应管Q1、Q2、Q3、Q4，四个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4与电机M桥式连接，构成H桥。从图4可见，场效应管Q1与场效应管Q2串联在直流电VCC与PE之间，且场效应管Q1与场效应管Q2的连接处与电机M的一个输出端INA电连接。场效应管Q3与场效应管Q4串联连接在直流电VCC与地之间，且场效应管Q3与场效应管Q4的连接处与电机M的另一个输出端INB连接。

由于微控制器21输出的驱动信号幅值较小，因此驱动电路22设置放大电路，用于将微控制器21输出的驱动信号放大，将放大后的驱动信号输出至四个场效应管Q1、Q2、Q3、Q4。

驱动电路22具有第一驱动电路与第二驱动电路，第一驱动电路包括两个输入端子T00、T02，分别接收微控制器21的驱动信号。第一驱动电路的放大电路包括四个三极管U5、U6、U7、U8，用于将输入端子T00、T02的驱动信号放大后，输出至场效应管Q1、Q2。

当输入端子T00接收的信号为高电平时，输入端子T02接收的信号为低电平，此时三极管U5导通，且三极管U8关断，因此三极管U6导通，此时场效应管Q1导通，但场效应管Q2关断。

当输入端子T02的信号为高电平时，输入端子T00的信号为低电平，此时三极管Q8导通但三极管Q5关断，此时场效应管Q2导通，但场效应管Q1关断。通过控制向输入端子T00、T02输出的高低电平的变化，可以控制场效应管Q1、Q2的轮流导通。

同理，第二驱动电路的两个输入端子T01、T03分别接收微控制器21的驱动信号，第二驱动电路设有放大电路，包括三极管U1、U2、U3、U4，用于将驱动信号放大。当输入端子T01接收的信号为高电平，且输入端子T03接收的信号为低电平时，场效应管Q3导通，但场效应管Q4关断，当输入端子T01接收的信号为低电平，且输入端子T03接收的信号为高电平时，场效应管Q3关断，但场效应管Q4导通。

场效应管Q1与场效应管Q2之间为第一驱动电路的电流输出端，向电机M输出电流，其为电机M的第一输出端INA。场效应管Q3与场效应管Q4之间为第二驱动电路的电流输出端，向电机M输出电流，其为电机M的第二输出端INB。

参见图5，电机M的两个输出端INA与INB分别向端电压检测电路23输出端电压信号，端电压检测电路23具有电压比较器OPA，电压比较器OPA的两个输入端分别接收电机M的两个输出端INA、INB的端电压信号，其输出端OUT与微控制器21电连接。因此，电压比较器OPA将电机M的两个输出端的端电压信号比较后，向微控制器21输出比较结果。

电压比较器OPA的两个输入端分别与滤波电容C13、C14连接，电容C13连接在电压比较器OPA的一个输入端与地之间，电容C14连接在电压比较器OPA的另一个输入端与地之间。

另外，电机M的输出端INA与电压比较器OPA的第一输入端之间连接有隔直电容C10与电阻R9，电机M的输出端INB与电压比较器OPA的第二输入端之间连接有隔直电容C12与电阻R10。并且，滤波电容C13连接在与电机M的输出端INA连接的支路上，滤波电容C14连接在与电机M的输出端INB连接的支路上。

这样，电机M输出端INA的端电压信号经过隔直电容C10后，将直流分量隔离，并经过滤波电容C13深度滤波，将端电压中的干扰信号，如高频分量过滤后，输出至电压比较器OPA的一个输入端。电机M输出端INB的端电压信号经过隔直电容C12后，将直流分量隔离，并经过滤波电容C14深度滤波，将端电压中的干扰信号过滤后，输出至电压比较器OPA的另一个输入端。可见，输入到电压比较器OPA的端电压信号经过隔直、滤波处理，提高控制电路的抗干扰能力。

当输出端INA的端电压值低于输出端INB的端电压值时，电压比较器OPA输出高电平信号，当输出端INA的端电压值高于输出端INB的端电压值时，电压比较器OPA输出低电平信号。电压比较器OPA对电机M的两个输出端的端电压信号经过比较后，向微控制器21输出信号。微控制器21根据电压比较器OPA输出的信号的高电平与低电平的转换来控制电机M的换向。

由于单相直流无刷电机无需设置霍尔传感器实现电机的换向，使用端电压检测电路对电机M两个输出端的电压检测、比较实现对电机换向的控制，避免电机换向时出现死点的情况，确保电机稳定运行，且降低电机的生产成本。

当然，上述实施例仅是本实用新型优选的实施方式，实际应用时还可以有更多的改变，例如，电压比较器的两个输入端反接，即第二输入端接收电机的输出端INA的端电压信号，而第一输入端接收电机的输出端INB的端电压信号；或者，使用其他的开关器件，如晶闸管等替代场效应管作为功率管，这些改变并不会影响本实用新型的实施。

最后需要强调的是，本实用新型不限于上述实施方式，如放大电路具体结构的改变、电源电路结构的改变等变化也应该包括在本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.单相直流无刷电机的控制电路，包括

微控制器，向驱动电路输出驱动信号，所述驱动电路具有四个功率管，四个所述功率管与电机桥式连接；

其特征在于：

所述控制电路还设有端电压检测电路，所述端电压检测电路具有一电压比较器，所述电压比较器的两个输入端分别接收电机两个输出端的端电压信号，所述电压比较器的输出端向所述微控制器输出信号。

2.根据权利要求1所述的单相直流无刷电机的控制电路，其特征在于：

所述电压比较器的两个输入端分别与一个滤波电容电连接。

3.根据权利要求1或2所述的单相直流无刷电机的控制电路，其特征在于：

所述电压比较器的第一输入端与所述电机的第一输出端之间连接有第一隔离电容，所述电压比较器的第二输入端与所述电机的第二输出端之间连接有第二隔离电容。

4.根据权利要求1或2所述的单相直流无刷电机的控制电路，其特征在于：

所述驱动电路设有将所述微控制器输出的驱动信号放大的放大电路，所述放大电路向四个所述功率管输出放大后的驱动信号。

5.根据权利要求1或2所述的单相直流无刷电机的控制电路，其特征在于：

所述控制电路还设有向所述驱动电路及所述端电压检测电路供电的电源电路。

6.单相直流无刷电机，包括

定子以及转子，并设有控制电路，所述控制电路具有

微控制器，向驱动电路输出驱动信号，所述驱动电路具有四个功率管，四个所述功率管与电机桥式连接；

其特征在于：

所述控制电路还设有端电压检测电路，所述端电压检测电路具有一电压比较器，所述电压比较器的两个输入端分别接收电机两个输出端的端电压信号，所述电压比较器的输出端向所述微控制器输出信号。

7.根据权利要求6所述的单相直流无刷电机，其特征在于：

所述电压比较器的两个输入端分别与一个滤波电容电连接。

8.根据权利要求6或7所述的单相直流无刷电机，其特征在于：

所述电压比较器的第一输入端与所述电机的第一输出端之间连接有第一隔离电容，所述电压比较器的第二输入端与所述电机的第二输出端之间连接有第二隔离电容。

9.根据权利要求6或7所述的单相直流无刷电机，其特征在于：

所述驱动电路设有将所述微控制器输出的驱动信号放大的放大电路，所述放大电路向四个所述功率管输出放大后的驱动信号。

10.根据权利要求6或7所述的单相直流无刷电机，其特征在于：

所述控制电路还设有向所述驱动电路及所述端电压检测电路供电的电源电路。

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