CN203423642U - 无刷直流电机的控制电路、无刷直流电机及空调 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种无刷直流电机的控制电路、无刷直流电机及空调，无刷直流电机的控制电路包括：控制芯片、功率逆变电路，以及包含分压电阻和热敏电阻的保护电路。保护电路可以依据功率逆变电路输出的电流信号和温度信号的变化，输出相应变化的电压信号并提供给控制芯片，控制芯片将接收到的电压信号与预设电压信号进行比较，当电压信号的数值高于预设电压信号的数值时，控制芯片停止对功率逆变电路的驱动，从而降低电机本体的转速，进而减慢空调扇叶的运转。本实用新型提供的无刷直流电机的控制电路中的保护电路，可以同时对功率逆变电路中功率开关管的电流值和温度值进行采集，因此，有效降低了无刷直流电机的电路的复杂程度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路保护技术领域，更具体地说，涉及一种无刷直流电机的控制电路、无刷直流电机及空调。
背景技术
无刷直流电机是伴随着高频电力电子器件而迅速成熟起来的一种新型机电一体化电动机，它克服了有刷直流电机由于机械转向所带来的缺点，又保持了有刷直流电机易于调压调速的优良特性。参见图1提供的无刷直流电机的结构示意图，无刷直流电机包括：控制芯片1、功率逆变电路2和电机本体3，控制芯片1的信号输出端与功率逆变电路2的信号输入端连接，功率逆变电路2的信号输出端与电机本体3的信号输入端连接，电机本体3的信号输出端与控制芯片1的信号输入端连接，其中，功率逆变电路2中设置有多个功率开关管。无刷直流电机工作时，控制芯片1依据获得的电机本体3的转子的位置，有序的触发功率逆变电路2中各个功率开关管，实现功率逆变电路2的有序换流，进而驱动电机本体3。
功率逆变电路2中各个功率开关管的温度和电流均有一定的范围要求，当功率开关管的温度或电流超过要求的范围时，功率开关管将会被烧毁，使无刷直流电机无法正常工作。现有技术采用电流传感器将检测的功率开关管的电流传送给控制芯片1，采用温度传感器将检测的功率开关管的温度传送给控制芯片1，控制芯片1将获得的功率开关管的电流值和温度值与相应的预设值进行比较，当超过功率开关管的预设电流值或是预设温度值时，控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动。
可以看出，现有技术获得功率开关管的电流值和温度值需分别采用电流传感器和温度传感器，即需要采用两个电气元器件，因此增加了无刷直流电机的电路的复杂程度，进而增加了无刷直流电机的制造成本。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供一种无刷直流电机的控制电路、无刷直流电机及空调，无刷直流电机的控制电路中的保护电路，可以同时对功率逆变电路中功率开关管的电流值和温度值进行采集，因此，有效降低了无刷直流电机的电路的复杂程度，而保护电路中采用的电气元器件相对于电流传感器和温度传感器成本低很多，从而降低了无刷直流电机的制造成本。
一种无刷直流电机的控制电路，应用于无刷直流电机，包括：控制芯片、功率逆变电路，以及包含分压电阻和热敏电阻的保护电路；
所述保护电路的一端连接所述功率逆变电路的第一信号输出端，所述保护电路的另一端与所述控制芯片的第一信号输入端连接，所述保护电路依据所述功率逆变电路输出的电流信号和温度信号的变化，输出相应变化的电压信号并提供给所述控制芯片；
所述控制芯片的信号输出端与所述功率逆变电路的信号输入端连接，所述控制芯片将接收到的所述电压信号与预设电压信号进行比较，当所述电压信号的数值高于所述预设电压信号的数值时，所述控制芯片停止驱动所述功率逆变电路。
优选的，所述保护电路具体包括：第一分压电阻、热敏电阻和第二分压电阻；
所述第一分压电阻、所述热敏电阻和所述第二分压电阻串联于直流电源和接地端之间；
所述第一分压电阻和所述热敏电阻的公共端作为所述保护电路的另一端，与所述控制芯片的第一信号输入端连接；
所述热敏电阻和所述第二分压电阻的公共端作为所述保护电路的一端，与所述功率逆变电路的信号输出端连接。
优选的，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻。
一种无刷直流电机，包括：电机本体，以及权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机的控制电路，其中，所述无刷直流电机的控制电路的所述功率逆变电路中，设置有多个功率开关管；
所述功率逆变电路的第二信号输出端与所述电机本体的信号输入端连接，所述电机本体的信号输出端与所述无刷直流电机的控制电路的所述控制芯片的第二信号输入端连接。
优选的，还包括：
设置在所述控制芯片和所述电机本体之间的转子位置检测电路；
其中，所述转子位置检测电路的输入端与所述电机本体的信号输出端连接，输出端与所述控制芯片的所述第二信号输入端连接，所述转子位置检测电路检测所述电机本体的转子的位置信息，并将所述位置信息传送给所述控制芯片。
优选的，所述转子位置检测电路为位置传感器。
优选的，所述功率开关管为MOS管。
优选的，还包括：
为所述控制芯片提供工作电压的第一直流电源；
和，为所述电机本体提供工作电压的第二直流电源。
一种空调，包括：权利要求4至8任一项所述的无刷直流电机。
从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供了一种无刷直流电机的控制电路、无刷直流电机及空调，无刷直流电机的控制电路包括：控制芯片、功率逆变电路，以及包含分压电阻和热敏电阻的保护电路。保护电路可以依据功率逆变电路输出的电流信号和温度信号的变化，输出相应变化的电压信号并提供给控制芯片，控制芯片将接收到的电压信号与预设电压信号进行比较，当电压信号的数值高于预设电压信号的数值时，控制芯片停止对功率逆变电路的驱动，从而降低电机本体的转速，进而减慢空调扇叶的运转。与现有的分别采用温度传感器采集温度信号，采用电流互感器采集电流信号的方式相比，本实用新型提供的无刷直流电机的控制电路中的保护电路，可以同时对功率逆变电路中功率开关管的电流值和温度值进行采集，降低了无刷直流电机的控制电路的复杂程度，而且，所述保护电路通过分压电阻和热敏电阻即可实现对功率开关管的电流信号及温度信号的采集，由于保护电路中采用的电气元器件的成本相对于电流传感器和温度传感器成本低很多，因此降低了无刷直流电机的制造成本。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术中无刷直流电机的结构示意图；
图2为本实用新型实施例公开的一种无刷直流电机的控制电路的结构示意图；
图3为本实用新型实施例公开的另一种无刷直流电机的控制电路的结构示意图；
图4为本实用新型实施例公开的一种无刷直流电机的结构示意图；
图5为本实用新型实施例公开的另一种无刷直流电机的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参见图2本实用新型实施例公开了一种无刷直流电机的控制电路的结构示意图，所述无刷直流电机的控制电路应用于无刷直流电机，无刷直流电机的控制电路包括：控制芯片1、功率逆变电路2，以及包含分压电阻和热敏电阻的保护电路4。
其中，
保护电路4的一端连接功率逆变电路2的第一信号输出端，保护电路4的另一端与控制芯片1的第一信号输入端连接，保护电路4依据功率逆变电路2输出的电流信号和温度信号的变化，输出相应变化的电压信号并提供给控制芯片1；
控制芯片1的信号输出端与功率逆变电路2的信号输入端连接，控制芯片1将接收到的所述电压信号与预设电压信号进行比较，当所述电压信号的数值高于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动。
综上可以看出，本实用新型提供的无刷直流电机的控制电路的保护电路4，可以同时对功率逆变电路2输出的电流信号和温度信号进行采集，与现有的分别采用温度传感器采集温度信号，采用电流互感器采集电流信号的方式相比，本实用新型提供的无刷直流电机的控制电路中的保护电路，可以同时对功率逆变电路中功率开关管的电流值和温度值进行采集，降低了无刷直流电机的控制电路的复杂程度，而且，所述保护电路通过分压电阻和热敏电阻即可实现对功率开关管的电流信号及温度信号的采集，由于保护电路中采用的电气元器件的成本相对于电流传感器和温度传感器成本低很多，因此降低了无刷直流电机的制造成本。
与上述实施例相对应，参见图3本实用新型实施例公开了另一种无刷直流电机的控制电路的结构示意图，将图2所示的无刷直流电机的控制电路进行具体化，无刷直流电机的控制电路包括：控制芯片1、功率逆变电路2和保护电路4。
具体的，控制芯片1的电压输入端连接第一直流电源Vcc，由第一直流电源Vcc为控制芯片1提供工作电压，控制芯片1的输出端连接接地端，其中，第一直流电源Vcc一般为15V。
本领域技术人员可以理解的是，功率逆变电路2可以采用多种接线方式，例如：三相全桥式、三相半桥式、四开关式，等等。其中，每种接线方式的功率逆变电路2含有的功率开关管的数目各不相同。
例如：当功率逆变电路2为三相全桥式功率逆变电路时，功率逆变电路2中有六个功率开关管；当功率逆变电路2为三相半桥式功率逆变电路时，功率逆变电路2中有三个功率开关管；当功率逆变电路2为四开关式功率逆变电路时，功率逆变电路2中有四个功率开关管。
功率逆变电路2接收控制芯片1输出的控制信号，依据控制信号进行相应功率开关管的导通和关断。
以功率逆变电路2为三相全桥式功率逆变电路为例，三相全桥式功率逆变电路的具体结构参见图3，功率逆变电路2包括：第一功率开关管T1、第二功率开关管T2、第三功率开关管T3、第四功率开关管T4、第五功率开关管T5和第六功率开关管T6。
第一功率开关管T1和第二功率开关管T2串联连接构成第一支路；第三功率开关管T3和第四功率开关管T4串联连接构成第二支路；第五功率开关管T5和第六功率开关管T6串联构成连接第三支路；所述第一支路、所述第二支路和所述第三支路并联连接。
其中，第一功率开关管T1、第三功率开关管T3和第五功率开关管T5构成三相全桥式功率逆变电路的上桥臂，第一功率开关管T1、第三功率开关管T3和第五功率开关管T5的公共端作为功率逆变电路2的电压输入端，与第二直流电源VDC连接，由第二直流电源VDC为功率逆变电路2提供工作电压。第二直流电源VDC一般为280V～310V，当然，按照实际情况的不同，第二直流电源VDC电压的大小也会相应不同；
第二功率开关管T2、第四功率开关管T4和第六功率开关管T6构成三相全桥式功率逆变电路的下桥臂，第二功率开关管T2、第四功率开关管T4和第六功率开关管T6的公共端作为功率逆变电路2的信号输出端。
功率逆变电路2可以依据接收的控制芯片1输出的不同的控制信号，进行相应功率开关管的导通和关断。本领域技术人员可以理解的是，功率逆变电路2工作时，六个功率开关管，每次只有两个功率开关管导通，其中，导通的两个功率开关管在不同的支路，且一个位于三相全桥式功率逆变电路的上桥臂，一个位于三相全桥式功率逆变电路的下桥臂。例如，导通的功率开关管可以为：第一功率开关管T1和第四功率开关管T4，或，第一功率开关管T1和第六功率开关管T6，等等。
优选的，上述功率开关管可以为MOS管。
参见图3，保护电路4具体可以包括：第一分压电阻R1、热敏电阻RT和第二分压电阻R2；
其中，第一分压电阻R1、热敏电阻RT和第二分压电阻R2串联在第一直流电源Vcc和接地端之间；
第一分压电阻R1和热敏电阻RT的公共端A作为保护电路4的另一端（即输出端），与控制芯片1的第一信号输入端连接；
热敏电阻RT和第二分压电阻R2的公共端B作为保护电路4的一端（即输入端），与功率逆变电路2的信号输出端连接。
需要说明的一点是，上述热敏电阻RT为正温度系数的热敏电阻，即温度升高时，电阻增大。
热敏电阻RT的位置与功率逆变电路2相邻，以便依据功率逆变电路2中功率开关管温度的变化，电阻值发生相应的变化。
其中，第二分压电阻R2可以对功率逆变电路2输出的电流进行采样。
假设，第一直流电源Vcc在第一分压电阻R1、热敏电阻RT及第二分压电阻R2上产生的电流为I1，功率逆变电路2输出的电流为I2，此时，通过第二分压电阻R2的电流为（I1+I2）。
保护电路4具体的工作原理如下：
当无刷直流电机过载运行、堵转运行，或，无刷直流电机的供电电压过高时，电流I2增大，第二分压电阻R2两端的电压增大，即B点的电压增大，此时，热敏电阻RT的电阻增大。因为A点电压为热敏电阻RT和第二分压电阻R2的电压和，故A点电压增大。
控制芯片1将接收到的A点电压信号与预设电压信号进行比较，当A点电压信号的数值高于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动。
当控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动时，无刷直流电机的运行电流I2迅速下降，功率逆变电路2中B点的电压降低，A点电压随着降低，当控制芯片1检测到A点电压信号的数值低于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1恢复对功率逆变电路2的驱动。由于功率逆变电路2停止和恢复的动作频率很快，因此，无刷直流电机处于限流状态下运行。
同理，当无刷直流电机的单相绕组内、相间绕组间电流增加，使无刷直流电机的温度急剧上升时，或，无刷直流电机的散热器件接触不良，或，无刷直流电机工作的周围环境温度过高时，都会使热敏电阻RT的电阻增大。
由于第一分压电阻R1、热敏电阻RT和第二分压电阻R2串联在第一直流电源Vcc和接地端之间，当热敏电阻RT的电阻增大时，电流I1减小，第一分压电阻R1两端的电压减小，A点的电压为（Vcc-I1R1），由于R1两端的电压减小，因此，热敏电阻RT和第二分压电阻R2两端的电压增大，即A点电压增大。
控制芯片1将接收到的A点电压信号与预设电压信号进行比较，当A点电压信号的数值高于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动。
当控制芯片1停止对功率逆变电路2的驱动时，功率逆变电路2中的功率开关管的温度下降，热敏电阻RT的阻值下降，从而A点电压逐渐降低。当控制芯片1检测到A点电压信号的数值低于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1恢复对功率逆变电路2的驱动。由于功率逆变电路2停止和恢复的动作频率很快，因此，无刷直流电机处于限温状态下运行。
与上述无刷直流电机的控制电路相对应，参见图4，本实用新型实施例公开了一种无刷直流电机的结构示意图，无刷直流电机包括：电机本体3，以及上述实施例提供的无刷直流电机的控制电路，其中，无刷直流电机的控制电路的功率逆变电路2中，设置有多个功率开关管，具体参见图3实施例中所述，此处不再赘述。
功率逆变电路2的第二信号输出端与电机本体3的信号输入端连接，电机本体3的信号输出端与无刷直流电机的控制电路的控制芯片1的第二信号输入端连接。
其中，图4所示实施例中，功率逆变电路2的第二信号输出端具体为第一功率开关管T1何第二功率开关管T2的公共端；第三功率开关管T3和第四功率开关管T4的公共端；以及第五功率开关管T5和第六功率开关管T6的公共端。
本领域技术人员可以理解的是，控制芯片1可以依据获得的电机本体3的转子位置信息，有序的触发功率逆变电路2中各个功率开关管，实现功率逆变电路2中的有序环流，进而驱动电机本体3。
具体的，控制芯片1将接收到的A点电压信号与预设电压信号进行比较，当A点电压信号的数值低于所述预设电压信号的数值时，控制芯片1对功率逆变电路2进行驱动，并依据获得的电机本体3的转子位置信息，有序的触发功率逆变电路2中各个功率开关管，实现功率逆变电路2中的有序环流，进而驱动电机本体3。此时，控制芯片1、功率逆变电路2和电机本体3构成一个闭合回路。
为进一步优化上述实施例，参见图5，无刷直流电机还可以包括：转子位置检测电路5，转子位置检测电路5设置在控制芯片1和电机本体3之间。
其中，转子位置检测电路5的输入端与电机本体3的信号输出端连接，转子位置检测电路5的输出端与控制芯片1的第二信号输入端连接，转子位置检测电路5可以检测电机本体3的转子位置信息，并将所述位置信息传送给控制芯片1。
其中，转子位置检测电路5可以为位置传感器。
具体的，位置传感器可以将电机本体3的转子位置信息转换成电信号，传送给控制芯片1，控制芯片1依据接收的电信号，通过有序的控制功率逆变电路2中功率开关管的导通和关断，实现功率逆变电路2换相与转子同步，从而使电机本体3持续运转。
无刷直流电机的工作原理，同上述无刷直流电机的控制电路的工作原理，此处不再赘述。
与上述本实用新型提供的无刷直流电机的实施例相对应，本实用新型还提供了一种空调，所述空调包括上述实施例中的无刷直流电机；
其中，空调控制电路的输出端连接无刷直流电机的输入端，无刷直流电机的输出端连接空调扇叶的输入端。
空调控制电路可以控制无刷直流电机的启动和停止，无刷直流电机启动时可以带动空调扇叶的运转。
需要说明的是，本实施例提供的空调包括无刷直流电机，以及空调应有的其他部分，且所述其他部分与现有的空调的其他部分相同，此处不再赘述。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种无刷直流电机的控制电路，应用于无刷直流电机，其特征在于，包括：控制芯片、功率逆变电路，以及包含分压电阻和热敏电阻的保护电路；
所述保护电路的一端连接所述功率逆变电路的第一信号输出端，所述保护电路的另一端与所述控制芯片的第一信号输入端连接，所述保护电路依据所述功率逆变电路输出的电流信号和温度信号的变化，输出相应变化的电压信号并提供给所述控制芯片；
所述控制芯片的信号输出端与所述功率逆变电路的信号输入端连接，所述控制芯片将接收到的所述电压信号与预设电压信号进行比较，当所述电压信号的数值高于所述预设电压信号的数值时，所述控制芯片停止驱动所述功率逆变电路。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的控制电路，其特征在于，所述保护电路具体包括：第一分压电阻、热敏电阻和第二分压电阻；
所述第一分压电阻、所述热敏电阻和所述第二分压电阻串联于直流电源和接地端之间；
所述第一分压电阻和所述热敏电阻的公共端作为所述保护电路的另一端，与所述控制芯片的第一信号输入端连接；
所述热敏电阻和所述第二分压电阻的公共端作为所述保护电路的一端，与所述功率逆变电路的信号输出端连接。
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机的控制电路，其特征在于，所述热敏电阻为正温度系数的热敏电阻。
4.一种无刷直流电机，其特征在于，包括：电机本体，以及权利要求1至3任一项所述的无刷直流电机的控制电路，其中，所述无刷直流电机的控制电路的所述功率逆变电路中，设置有多个功率开关管；
所述功率逆变电路的第二信号输出端与所述电机本体的信号输入端连接，所述电机本体的信号输出端与所述无刷直流电机的控制电路的所述控制芯片的第二信号输入端连接。
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机，其特征在于，还包括：
设置在所述控制芯片和所述电机本体之间的转子位置检测电路；
其中，所述转子位置检测电路的输入端与所述电机本体的信号输出端连接，输出端与所述控制芯片的所述第二信号输入端连接，所述转子位置检测电路检测所述电机本体的转子的位置信息，并将所述位置信息传送给所述控制芯片。
6.根据权利要求5所述的无刷直流电机，其特征在于，所述转子位置检测电路为位置传感器。
7.根据权利要求4所述的无刷直流电机，其特征在于，所述功率开关管为MOS管。
8.根据权利要求4所述的无刷直流电机，其特征在于，还包括：
为所述控制芯片提供工作电压的第一直流电源；
和，为所述电机本体提供工作电压的第二直流电源。
9.一种空调，其特征在于，包括：权利要求4至8任一项所述的无刷直流电机。
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Cited By (2)
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| CN108625109B (zh) * | 2017-03-24 | 2020-11-06 | 东芝生活电器株式会社 | 洗衣机 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20140205 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |