CN205545053U - 一种集成变频电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种集成变频电机控制器，集成于变频电机外壳上，且设于霍尔转子位置传感器与变频电机之间，用于根据变频电机旋转方向的要求和来自霍尔转子位置传感器的位置信号输出指令以驱动变频电机运转，包括逻辑发生器、PWM处理模块、功率驱动单元、逆变电路和辅助电路。所述集成变频电机控制器通过逻辑发生器实现PWM脉宽调制信号用来控制功率器件的导通与截止，从而改变加在电机绕组上的平均电压和电流，达到控制电动机转速的目的；且其内部集成了PWM发生器、逻辑发生器、霍尔接口等硬件模块，适用于家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、多环伺服驱动系统等复杂应用。

Description

一种集成变频电机控制器

技术领域

本实用新型涉及变频电机领域，尤其涉及一种集成变频电机控制器。

背景技术

在家电领域的变频空调、冰箱、洗衣机、吸油烟机、风扇，洗碗机等家电中都需要电机的变频驱动控制。现在变频驱动主要使用PWM合成驱动方式，这要求其控制器有很强的PWM生成能力。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种集成变频电机控制器，内部集成了PWM发生器、逻辑发生器、霍尔接口等硬件模块，适用于家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、多环伺服驱动系统等复杂应用。

为此，本实用新型提供了一种集成变频电机控制器，集成于变频电机外壳上，且设于霍尔转子位置传感器与变频电机之间，用于根据变频电机旋转方向的要求和来自霍尔转子位置传感器的位置信号输出指令以驱动变频电机运转，包括逻辑发生器、PWM处理模块、功率驱动单元和逆变电路。

所述逻辑发生器内置霍尔接口，与所述霍尔转子位置传感器电连接，用于接收所述霍尔转子位置传感器的位置信号并进行信号处理和运算后输出PWM信号至所述PWM处理模块。

所述PWM处理模块设于所述逻辑发生器与所述功率驱动单元之间，用于接收PWM信号并进行逻辑处理以控制所述功率驱动单元中各功率开关的导通与关断以控制所述变频电机的运转。

所述逆变电路设于电源单元和变频电机之间，用于将电源单元的直流电源 转换为变频电机用的交流电源。

所述功率驱动单元包括T1～T6共6个功率MOS开关和R01、R02两个功率检流电阻，T1、T3、T5为上桥臂T4、T6、T2为下桥臂，T1和T4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；T3和T6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关；T5和T2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关。功率检流电阻R01和R02用于测量电机相电流。

进一步地，所述逻辑发生器包括AD变换单元、时钟单元和运算单元。

进一步地，所述PWM处理模块包括电连接的比较单元和PWM电路，PWM信号由比较单元产生六路信号经PWM电路驱动后控制所述功率驱动单元各功率开关的导通与关断。

进一步地，还包括辅助电路，所述辅助电路包括电流采样电路、电压比较电路、过电流保护电路、调速电路和制动电路，所述电流采样电路、电压比较电路、过电流保护电路、调速电路和制动电路分别作为所述逻辑发生器的输入电路连接于所述逻辑发生器，所述逻辑发生器根据电流、电压、转速以及调速或制动信号经AD变换和运算后经时钟单元产生一个带各种信息的PWM信号输出至所述PWM处理模块。

本实用新型提供的所述集成变频电机控制器通过逻辑发生器实现PWM脉宽调制信号用来控制功率器件的导通与截止，从而改变加在电机绕组上的平均电压和电流，达到控制电动机转速的目的；且其内部集成了PWM发生器、逻辑发生器、霍尔接口等硬件模块，适用于家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、多环伺服驱动系统等复杂应用。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种集成变频电机控制器的结构框图；

图2为图1中功率驱动单元的结构示意图；

图3为PWM处理模块中比较单元和PWM电路产生对称的PWM波形图；

图4为电机位置检测及功率MOS开关的驱动信号图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详述。

请参阅图1，本实用新型提供了一种集成变频电机控制器，集成于变频电机30外壳上，且设于霍尔转子位置传感器20与变频电机30之间，用于根据变频电机30旋转方向的要求和来自霍尔转子位置传感器20的位置信号输出指令以驱动变频电机30运转，包括逻辑发生器11、PWM处理模块12、功率驱动单元13、逆变电路14和辅助电路。

所述逻辑发生器11内置霍尔接口，与所述霍尔转子位置传感器20电连接，用于接收所述霍尔转子位置传感器20的位置信号并进行信号处理和运算后输出PWM信号至所述PWM处理模块12。

所述PWM处理模块12设于所述逻辑发生器11与所述功率驱动单元13之间，用于接收PWM信号并进行逻辑处理以控制所述功率驱动单元13中各功率开关的导通与关断以控制所述变频电机30的运转。

所述逆变电路14设于电源单元和变频电机30之间，用于将电源单元的直流电源转换为变频电机30用的交流电源。

请参阅图2，所述功率驱动单元13包括T1～T6共6个功率MOS开关和R01、R02两个功率检流电阻，T1、T3、T5为上桥臂T4、T6、T2为下桥臂，T1和T4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；T3和T6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机 B相线圈的开关；T5和T2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关。功率检流电阻R01、R02用于测量电机相电流。

所述逻辑发生器11包括AD变换单元111、时钟单元112和运算单元113。

所述PWM处理模块12包括电连接的比较单元和PWM电路，PWM信号由比较单元产生六路信号经PWM电路驱动后控制所述功率驱动单元13各功率开关的导通与关断。

在初始化时，强制PWM1～PWM6输出高电平，电机开始运转时可改变PWM波形的载波周期，并改变PWM波形的占空比。所述比较单元和PWM电路产生对称的PWM波形如图3所示。

图3中的死区时间用于保证在任何情况下，每个比较单元相关的2路PWM输出控制已对正向导通和负向导通设备时没有重叠，即一个器件在没有完全关断时，另一个器件不能导通。如果比较单元的死区被使能，则周期结束时与这个比较单元相关的PWM输出不会复位到一个无效状态。死区时间插入到一个器件的关断和另一个器件的开启之间。这种延时使得一个功率器件在开启前，另一个功率器件已完全关断。所需的死区延时时间由功率器件的开启和关断特性以及具体应用中的负载特性来设定。

霍尔转子位置传感器20是磁敏式位置传感器20的一种，它是一种半导体器件，是利用霍尔效应制成的。当霍尔元件按要求通以电流并置于外磁场中，即输出霍尔电势信号，当其不受外磁场作用时，其输出端无信号。用霍尔元件作转子位置传感器20通常有两种方式。

第一种方式是将霍尔元件粘贴于电机端盖内表面，靠近霍尔元件并与之有一小间隙处，安装在与电机轴同轴的永磁体。对于两相导通星形三相六状态无刷直流电机，三个霍尔元件在空间彼此相隔120°电角度，永磁体的极弧宽度为180°电角度。这样，当电机转子旋转时，三个霍尔元件便交替输出三个宽度为 180°电角、相位互差120°电角的矩形波信号。

第二种方式是直接将霍尔元件敷贴在定子电枢铁芯气隙表面或绕组端部紧靠铁芯处，利用电机转子上的永磁体主极作为传感器的永磁体，根据霍尔元件的输出信号即可判断转子磁极位置，将信号放大处理后便可驱动逆变电路14工作。

该霍尔转子位置传感器20结构简单、体积小、价格低、可靠，但对工作温度有一定要求，同时霍尔元件应靠近传感器的永磁体，否则输出信号电平太低，不能正常工作。

所述辅助电路包括电流采样电路15、电压比较电路17、过电流保护电路16、调速电路18和制动电路19，所述电流采样电路15、电压比较电路17、过电流保护电路16、调速电路18和制动电路19分别作为所述逻辑发生器11的输入电路连接于所述逻辑发生器11，所述逻辑发生器11根据电流、电压、转速以及调速或制动信号经AD变换和运算后经时钟单元112产生一个带各种信息的PWM信号输出至所述PWM处理模块12。

工作时，当位于霍尔转子位置传感器20位置处的磁场极性发生变化时，霍尔转子位置传感器20的输出电平将发生改变，由于三个霍尔转子位置传感器20的检测元件的位置在空间上各差120电角度，因此从这三个检测元件输出端可以获得，分别用A、B、C来表示，如图4所示，以信号A为例，A相位置宽度为180电导角：在0-60度，T1必须导通，故T1状态为1，而C相还剩下60度通电宽度，所以此段时间为T1和T6等于1，(此时下部可供导通的管子为T4、T6和T2，而为避免桥臂直通，T4不能导通；T2的导通时间未到，故只能是T6导通)；而在60度—120度，此时只有A相通电，B和C相处于非导电期，故导通的开关管为T1和T2(T1和T2等于1)，其中T2是为B相导电作准备；而在 120度—180度时，由于每一相只有120电导角导电时间，故此时T1关断(T1＝0)，T2仍然导通(B相开始进入导电期)，此时可知，T1关断，T5不能开通(防止桥臂直通)，则此时只能开通T3，所以T3信号此时间段为1。其他时间段的开关管导通情况与此类似。

综上，本实用新型提供的所述集成变频电机控制器通过逻辑发生器11实现PWM脉宽调制信号用来控制功率器件的导通与截止，从而改变加在电机绕组上的平均电压和电流，达到控制电动机转速的目的；且其内部集成了PWM发生器、逻辑发生器11、霍尔接口等硬件模块，适用于家电用变频驱动器、标准工业变频驱动器、多环伺服驱动系统等复杂应用。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种集成变频电机控制器，集成于变频电机外壳上，且设于霍尔转子位置传感器与变频电机之间，用于根据变频电机旋转方向的要求和来自霍尔转子位置传感器的位置信号输出指令以驱动变频电机运转，其特征在于，包括逻辑发生器、PWM处理模块、功率驱动单元和逆变电路，其中：

所述逻辑发生器内置霍尔接口，与所述霍尔转子位置传感器电连接，用于接收所述霍尔转子位置传感器的位置信号并进行信号处理和运算后输出PWM信号至所述PWM处理模块；

所述PWM处理模块设于所述逻辑发生器与所述功率驱动单元之间，用于接收PWM信号并进行逻辑处理以控制所述功率驱动单元中各功率开关的导通与关断以控制所述变频电机的运转；

所述逆变电路设于电源单元和变频电机之间，用于将电源单元的直流电源转换为变频电机用的交流电源；

所述功率驱动单元包括T1～T6共6个功率MOS开关，T1、T3、T5为上桥臂T4、T6、T2为下桥臂，T1和T4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；T3和T6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关；T5和T2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关。

2.根据权利要求1所述的一种集成变频电机控制器，其特征在于，所述逻辑发生器包括AD变换单元、时钟单元和运算单元。

3.根据权利要求1所述的一种集成变频电机控制器，其特征在于，所述PWM处理模块包括电连接的比较单元和PWM电路，PWM信号由比较单元产生六路信号经PWM电路驱动后控制所述功率驱动单元各功率开关的导通与关断。

4.根据权利要求1所述的一种集成变频电机控制器，其特征在于，还包括辅助电路，所述辅助电路包括电流采样电路、电压比较电路、过电流保护电路、调速电路和制动电路，所述电流采样电路、电压比较电路、过电流保护电路、调速电路和制动电路分别作为所述逻辑发生器的输入电路连接于所述逻辑发生器，所述逻辑发生器根据电流、电压、转速以及调速或制动信号经AD变换和运算后经时钟单元产生一个带各种信息的PWM信号输出至所述PWM处理模块。