CN217563563U - 一种无级调速控制器及使用该调速控制器的吸油烟机 - Google Patents

Abstract

本实用新型的一种无级调速控制器，包括用于从市电取电并将市电的交流电压整流为100Hz的直流脉动信号的整流电路；用于采集100Hz的直流脉动信号零点提取电路并将100Hz的直流脉动信号依次经过电阻R17、R18、R19至三极管Q5的b极，三极管Q5的导通电压经电阻R13至其c极来将100Hz的直流脉动信号转换成过零脉冲信号；用于与零点提取电路连接采集过零脉冲信号的控制器，控制器将过零脉冲信号传输至信号调制电路，信号调制电路输出H桥控制信号；H桥控制电路，其与信号调制电路连接，H桥控制电路用于将H桥控制信号转换成驱动信号并输出至电机。本实用新型用于提高无级调速控制器的可靠性。

Description

一种无级调速控制器及使用该调速控制器的吸油烟机

技术领域

本实用新型涉及电机无级调速控制器的技术领域，具体涉及一种无级调速控制器及使用该调速控制器的吸油烟机。

背景技术

现有的无级调速控制器，如专利申请号为CN202010266087的一种交流风机调速器，该无级调速控制器与交流风机连接，其包括：过零检测模块，用于当检测到接入的交流电源的零位，输出脉冲信号；续流模块，用于根据脉冲信号，对风机进行续流放电；控制模块，用于根据脉冲信号及外部的输入信号输出控制波形；斩波调制模块，用于根据控制波形，接通或关断风机的电源；其中，风机电源的一端接交流电源的一路，另一端接斩波调制模块。该无级调速控制器通过采用高频斩波式控制机制无级调速，根据外部调速信号要求，输出宽度不同的调制信号，通过斩波管对输入电源进行斩波调制，可用于替换传统的交流风机调速器。

上述无级调速控制器的零点信号提取方式为：零检测模块直接从市电正负周波中通过过获得过零信号，而市电正负周波需要经过多个滤波电容才能被过零检测模块采集到，由于滤波电容具有会对信号提取造成时延的充放电特性，那么市电经过多个滤波电容后被过零检测模块采集，过零检测模块将转换后的脉冲信号输出，而在这个过程中，延时的脉冲信号容易造成驱动电路输出波形的失真。

同时，由于现有吸油烟机中风机系统的无级调速控制器的载波频率不高，因此导致负载电动机的噪声明显，降低用户的使用体验。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有无级调速控制器的不足，提供一种可靠性高的无级调速控制器。

为实现上述目的，本实用新型提供的一种无级调速控制器，包括：

整流电路，其用于从市电取电并将市电的交流电压整流为100Hz的直流脉动信号；

零点提取电路，其用于与整流电路连接采集100Hz的直流脉动信号，100Hz 的直流脉动信号依次经过串联的电阻R17、电阻R18、电阻R19至三极管Q5 的b极，三极管Q5的e极与其b极之间连接有电阻R24后接地，三极管Q5 的导通电压经电阻R13至其c极，电阻R13、三极管Q5将100Hz的直流脉动信号转换成过零脉冲信号；

控制器，其用于与零点提取电路连接采集过零脉冲信号，控制器连接有信号调制电路，控制器将过零脉冲信号传输至信号调制电路，信号调制电路用于输出H桥控制信号；

H桥控制电路，其与信号调制电路连接，H桥控制电路用于将H桥控制信号转换成驱动信号并输出至电机。

进一步地，还包括PWM生成电路，其用于生成占空比连续可调的PWM信号，PWM生成电路与所述信号调制电路连接传输PWM信号，所述信号调制电路将过零脉冲信号和PWM信号转换成脉宽可调的50Hz的H桥控制信号。

进一步地，所述PWM生成电路包括电位器R12、三极管Q6、运放比较器 U4，所述控制器与运放比较器U4连接，运放比较器U4与三极管Q6的b极连接，三级管Q6的e极接地，其c极为PWM生成电路的输出端与所述信号调制电路连接。

进一步地，所述H桥控制电路包括相互连接的H桥驱动电路和H桥交流调压电路，H桥驱动电路用于放大H桥控制信号并传输至H桥交流调压电路， H桥交流调压电路用于根据100Hz的直流脉动信号和H桥控制信号输出电机的驱动信号。

进一步地，所述信号调制电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8、二极管D3、二极管D4，所述控制器的不同输出引脚分别经电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8连接，电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8分别用于传输控制器的不同控制信号至所述H桥控制电路，所述PWM生成电路的输出端分出两条支路，其中一条支路经二极管D3连接至电阻R6与H桥控制电路的连接节点处，另外一条支路经二极管D4连接至电阻R3与H桥控制电路的连接节点处。

进一步地，所述H桥驱动电路包括驱动芯片U2、驱动芯片U3，所述H桥交流调压电路包括MOSFET开关管Q1至MOSFET开关管Q4，所述控制器不同的输出引脚分别与驱动芯片U2、驱动芯片U3连接，驱动芯片U2的两个分时发送的驱动信号分别经MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2传输至电机，驱动芯片U3的的两个分时发送的驱动信号分别经MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q4传输至电机。

进一步地，在其中一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q1、MOSFET 开关管Q4导通，所述MOSFET开关管Q3、驱动MOSFET开关管Q2关闭；在另外一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通，所述 MOSFET开关管Q1、驱动MOSFET开关管Q4关闭。

进一步地，在MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4导通的状态下，MOSFET 开关管Q4为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q1 根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波正半周驱动信号的幅值；MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通的状态下，MOSFET开关管Q2为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q3根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波负半周驱动信号的幅值。

进一步地，所述整流电路包括依次连接的一级电源滤波电路、二级电源滤波电路、整流桥堆DG，所述一级电源滤波电路包括相互并联的电感T1、电容C7，所述二级电源滤波电路包括并联的电感T2、电容C8。

一种使用上述调速控制器的吸油烟机，所述吸油烟机包括：机壳、进烟口和排烟口、设置在机壳中的腔体、设置在腔体中的风机系统和无级调速控制器，所述风机系统中的风机与所述无级调速控制器电连接，所述无级调速控制器设置在风机的上方。

本实用新型的有益效果：

本实用新型的一种无级调速控制器，其中的零点提取电路从市电整流电路100Hz脉动直流电中直接提取过零脉冲，零点提取电路中不需要搭建信号滤波电容来实现过零点脉冲，因此，不存在过零脉冲提取的时延问题，驱动电路输出的波形也不会失真，进而提高了系统的可靠性。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本实用新型的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的台件。

在附图中：

图1示出了本实用新型的实施流程图；

图2为本实用新型的其中一部分电路图；

图3为本实用新型的另外一部分电路图。

标号说明：

1-整流电路；2-零点提取电路；3-控制器；4-PWM生成电路；5-信号调制电路；6-H桥驱动电路；7-H桥交流调压电路。

具体实施方式

为了使本实用新型所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。然而应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

见图1至图3，本实施例的一种无级调速控制器，包括：

整流电路1，其用于从市电取电并将市电输入的220V的交流电压整流为 100Hz的直流脉动信号；

零点提取电路2，其用于与整流电路1连接采集100Hz的直流脉动信号， 100Hz的直流脉动信号依次经过串联的电阻R17、电阻R18、电阻R19至三极管Q5的b极，三极管Q5的e极与其b极之间连接有电阻R24后接地，三极管Q5的导通电压经电阻R13至其c极，电阻R13、三极管Q5将100Hz的直流脉动信号转换成过零脉冲信号，零点提取电路2提取整流电路1产生的100Hz 脉动直流电的过零脉冲信号，通过电阻R13、三极管Q5组成电平转换，产生控制器3输入/输出兼容的过零脉冲信号；

控制器3为带数模转换功能普通IO端口的单片机。(例如PIC10F204、 SN8P2501B等)其用于与零点提取电路2连接采集过零脉冲信号，控制器3将过零脉冲信号传输至信号调制电路5，信号调制电路5输出H桥控制信号；

H桥控制电路，其与信号调制电路连接，H桥控制电路用于将H桥控制信号转换成驱动信号并输出至电机。

进一步地，还包括PWM生成电路，其用于生成占空比连续可调的PWM信号，PWM生成电路与所述信号调制电路连接传输PWM信号，所述信号调制电路将过零脉冲信号和PWM信号转换成脉宽可调的16-18KHz的H桥控制信号。

进一步地，所述PWM生成电路包括电位器R12、三极管Q6、运放比较器 U4，所述控制器与运放比较器U4连接，运放比较器U4与三极管Q6的b极连接，三级管Q6的e极接地，其c极为PWM生成电路的输出端与所述信号调制电路连接。

PWM生成电路4包括电阻R11、电阻R14、电阻R15、电阻R10、电阻R20、电阻R21、电阻R23、电阻R22、电阻R16、三极管Q6、电位器R12、运放比较器U4，用于调节PWM信号的脉冲高电平宽度的电位器R12。PWM生成电路4 用于生成占空比连续可调的PWM信号，通过改变电位器R12来调节PWM脉冲的高电平宽度，然后得到幅值不同的正弦波电压(PWM信号)，PWM信号为等占空比的信号，PWM生成电路4与信号调制电路5连接传输PWM信号，所述信号调制电路5将过零脉冲信号和PWM信号转换成脉宽可调的16-18KHz的H桥控制信号，进而实现斩波同比调压的过程。

进一步地，所述H桥控制电路包括H桥驱动电路6和H桥交流调压电路7， H桥驱动电路6用于放大H桥控制信号并传输至H桥交流调压电路7，H桥交流调压电路7根据100Hz的直流脉动信号和H桥控制信号输出电机的驱动信号。

进一步地，所述信号调制电路5包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻 R8、二极管D3、二极管D4，所述H桥驱动电路6包括驱动芯片U2、驱动芯片 U3、二极管D1、二极管D2、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5，所述H桥交流调压电路7包括MOSFET开关管Q1至MOSFET开关管Q4、电阻R1、电阻 R5、电阻R7、电阻R9，所述控制器3的RC0引脚经电阻R3与驱动芯片U2的上臂连接，所述控制器3的RC1引脚经电阻R4与驱动芯片U2的下臂连接，所述控制器3的RC2引脚经电阻R6与驱动芯片U3的上臂连接，所述控制器3 的RC3引脚经电阻R8与驱动芯片U3的下臂连接，所述PWM生成电路4的输出端分出两条支路，其中一条支路经二极管D3与驱动芯片U3的上臂连接，另外一条支路经二极管D4与驱动芯片U2的上臂连接，驱动芯片U2的高端输出通道经电阻R1驱动MOSFET开关管Q1，其低端输出通道经电阻R5驱动 MOSFET开关管Q2，驱动芯片U3的高端输出通道经电阻R7驱动MOSFET开关管Q3，其低端输出通道经电阻R9驱动MOSFET开关管Q4，驱动芯片U2和驱动芯片U3均为常规的IR2304，此处不作赘述。连接好的PWM生成电路与信号调制电路5生成直流斩波信号，通过H桥驱动电路驱动H桥交流调压电路的斩波管Q1、Q3实现斩波调压，使得最终驱动电机的斩波频率达到16-18KHz，电流波形趋近正弦波。

进一步地，在其中一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q1、MOSFET 开关管Q4导通，所述MOSFET开关管Q3、驱动MOSFET开关管Q2关闭；在另外一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通，所述 MOSFET开关管Q1、驱动MOSFET开关管Q4关闭。

进一步地，在MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4导通的状态下，MOSFET 开关管Q4为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q1 根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波正半周驱动信号的幅值，导通时间越长，输出至电机的正弦波电压幅值越高，电机转速越快；MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通的状态下，MOSFET开关管Q2 为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q3根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波负半周驱动信号的幅值，导通时间越长，输出至电机的正弦波电压幅值越高，电机转速越快。

进一步地，所述整流电路1包括依次连接的一级电源滤波电路、二级电源滤波电路、整流桥堆DG，所述一级电源滤波电路包括并联的电感T1、电容 C7，所述二级电源滤波电路包括并联的电感T2、电容C8。整流桥堆DG将调速控制器3的输入交流电转化为100Hz的脉动直流电，使得本实施例的整流电路1不需要电容滤波，不使用电容滤波既可以降低电路的生产成本，也可以解决电容所存在的信号延时的问题，同时，后续将脉动直流电还原为50Hz电压可调的交流电的情况下，由于调压后因负载电流还是正弦波所以功率因数不会降低。

一种使用上述调速控制器3的吸油烟机，所述吸油烟机包括：机壳、进烟口和排烟口、设置在机壳中的腔体、设置在腔体中的风机系统和无级调速控制器3，所述风机系统中的风机与所述无级调速控制器3电连接，所述无级调速控制器3设置在风机的上方。本实施例中在吸油烟机中设置有上述的无级调速控制器3，通过无级调速控制器3实现风机转速的连续调节，更适应用户的需求。同时本实用新型采用H桥架构可以解决PWM脉冲关断时交流电动机的电流续流问题，在市电周期中交流电动机的电流为连续的，不会增加电动机的涡流损耗，从而降低电动机的温升，提高整机效率。在壳体的面框内设置有人机操控板，所述电位器R12的受控端设置在该人机控制板上。以便用户输入需要的脉冲宽度。

随着调速控制器的载波频率的提高，实验得到在提至16KHZ或更高的情况下，由于运行频率越高，电压波的占空比越大，电流高次谐波成分越小，即载波频率越高，电流波形的平滑性越好。本实施例的电路高次谐波成分就很小，同时，电机运作在高频率的载波驱动信号时，其振动频率提高了非常多，使得电机振动时的金属鸣响声明显减小至超过了人耳可感知的程度因而“消失”，人耳无法听到电机的振动声音，进而实现低噪声传动。通过提高载波频率使电机的电流(特别是电机低速时电机的电流)波形更加趋于正弦波，因而减小了电机转矩的脉动及损耗。

具体工作过程如下：

PWM生成电路4生成脉宽调制载波信号，与控制器3采集到的过零脉冲信号合成生成H桥控制信号。控制器4的第7脚(B2-L)产生正弦波正半周接通、负半周断开的开关信号，用于驱动MOS管Q4的开、关；控制器4的第10 脚(B1-H)与第7脚(B2-L)同步，经与PWM生成电路的三极管Q6输出的脉宽调制载波信号逻辑相“与”之后产生正弦波正半周的脉宽调压信号，用于驱动MOS管Q1的脉宽调压用。

控制器4的第9脚(B1-L)产生正弦波负半周接通、正半周断开的开关信号，用于驱动MOS管Q2的开、关；控制器4的第8脚(B2-H)与第9脚(B1-L) 同步，经与PWM生成电路的三极管Q6输出的脉宽调制载波信号逻辑相“与”之后产生正弦波负半周的脉宽调压信号，用于驱动MOS管Q3的脉宽调压用。

H桥交流调压电路中：(1)MOS管Q4作为第一主开关，负责正弦波正半周接通、负半周断开用；MOS管Q1作为第一斩波调压开关，在正弦波正半周时，由PWM脉宽调制信号进行调压调节电压幅值。(2)MOS管Q2作为第二主开关，负责正弦波负半周接通、正半周断开用；MOS管Q3作为第二斩波调压开关，在正弦波负半周时，由PWM脉宽调制信号进行调压调节电压幅值。

在控制器的整个工作周期中，二个斩波管正负半周交替工作，其可靠性提高了一倍。

本实施例具有以下有益效果：

通过整流电路1产生100Hz的脉动的直流电，然后通过零点提取电路2 来提取过零脉冲信号，零点提取电路2中不需要电容滤波，因而降低了电路组成的复杂程度，同时避免电容的充放电延时特性所导致的H桥控制电路输出的波形失真问题，本实施例通过H桥交流调压电路7中同一脉动周期内仅导通四个MOSFET开关管中两个的特性，同一桥臂的开关管在市电的过零点切换，此时母线电压接近0V，可以降低同一桥臂共态导通的风险，使100Hz的脉动直流还原为50Hz电压可调的交流电，调压后因负载电流还是正弦波所以功率因数不会降低，保证调速控制器3安全可靠地工作；而在一个直流脉动周期中只有2个MOSFET管处于工作状态，另2个处于关闭状态，并且处于工作状态中的2个MOSFET管的1个为全导通，另1个则为脉冲开关方式，这样能够将整个H桥的功耗降低至约50％，更加节能环保。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种无级调速控制器，其特征在于，包括：

整流电路，其用于从市电取电并将市电的交流电压整流为100Hz的直流脉动信号；

零点提取电路，其用于与整流电路连接采集100Hz的直流脉动信号，100Hz的直流脉动信号依次经过串联的电阻R17、电阻R18、电阻R19至三极管Q5的b极，三极管Q5的e极与其b极之间连接有电阻R24后接地，三极管Q5的导通电压经电阻R13至其c极，电阻R13、三极管Q5将100Hz的直流脉动信号转换成过零脉冲信号；

控制器，其用于与零点提取电路连接采集过零脉冲信号，控制器连接有信号调制电路，控制器将过零脉冲信号传输至信号调制电路，信号调制电路用于输出H桥控制信号；

H桥控制电路，其与信号调制电路连接，H桥控制电路用于将H桥控制信号转换成驱动信号并输出至电机。

2.根据权利要求1所述的无级调速控制器，其特征在于，还包括PWM生成电路，其用于生成占空比连续可调的PWM信号，PWM生成电路与所述信号调制电路连接传输PWM信号，所述信号调制电路将过零脉冲信号和PWM信号转换成脉宽可调的16-18KHz的H桥控制信号。

3.根据权利要求2所述的无级调速控制器，其特征在于，所述PWM生成电路包括电位器R12、三极管Q6、运放比较器U4，所述控制器与运放比较器U4连接，运放比较器U4与三极管Q6的b极连接，三级管Q6的e极接地，其c极为PWM生成电路的输出端与所述信号调制电路连接。

4.根据权利要求2所述的无级调速控制器，其特征在于，所述H桥控制电路包括相互连接的H桥驱动电路和H桥交流调压电路，H桥驱动电路用于放大H桥控制信号并传输至H桥交流调压电路，H桥交流调压电路用于根据100Hz的直流脉动信号和H桥控制信号输出电机的驱动信号。

5.根据权利要求4所述的无级调速控制器，其特征在于，所述信号调制电路包括电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8、二极管D3、二极管D4，所述控制器的不同输出引脚分别经电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8连接，电阻R3、电阻R4、电阻R6、电阻R8分别用于传输控制器的不同控制信号至所述H桥控制电路，所述PWM生成电路的输出端分出两条支路，其中一条支路经二极管D3连接至电阻R6与H桥控制电路的连接节点处，另外一条支路经二极管D4连接至电阻R3与H桥控制电路的连接节点处。

6.根据权利要求5所述的无级调速控制器，其特征在于，所述H桥驱动电路包括驱动芯片U2、驱动芯片U3，所述H桥交流调压电路包括MOSFET开关管Q1至MOSFET开关管Q4，所述控制器不同的输出引脚分别与驱动芯片U2、驱动芯片U3连接，驱动芯片U2的两个分时发送的驱动信号分别经MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q2传输至电机，驱动芯片U3的两个分时发送的驱动信号分别经MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q4传输至电机。

7.根据权利要求6所述的无级调速控制器，其特征在于：在其中一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4导通，所述MOSFET开关管Q3、驱动MOSFET开关管Q2关闭；在另外一个直流脉动周期内所述MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通，所述MOSFET开关管Q1、驱动MOSFET开关管Q4关闭。

8.根据权利要求7所述的无级调速控制器，其特征在于：在MOSFET开关管Q1、MOSFET开关管Q4导通的状态下，MOSFET开关管Q4为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q1根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波正半周驱动信号的幅值；MOSFET开关管Q3、MOSFET开关管Q2导通的状态下，MOSFET开关管Q2为全导通，其用于传输电机的驱动信号，所述MOSFET开关管Q 3根据所述H桥控制信号导通或断开，其用于控制电机的正弦波负半周驱动信号的幅值。

9.根据权利要求1所述的无级调速控制器，其特征在于：所述整流电路包括依次连接的一级电源滤波电路、二级电源滤波电路、整流桥堆DG，所述一级电源滤波电路包括相互并联的电感T1、电容C7，所述二级电源滤波电路包括并联的电感T2、电容C8。

10.一种使用如权利要求1至9中任一项所述调速控制器的吸油烟机，其特征在于，所述吸油烟机包括：机壳、进烟口和排烟口、设置在机壳中的腔体、设置在腔体中的风机系统和无级调速控制器，所述风机系统中的风机与所述无级调速控制器电连接，所述无级调速控制器设置在风机的上方。

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