CN218124552U - 直流风机控制装置、直流风机及空调设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了一种直流风机控制装置、直流风机及空调设备，本申请涉及空调设备技术领域，直流风机控制装置包括包括滤波模块、整流模块、PFC模块、电容器模块、电机控制模块、MCU模块和电流采样模块，其中，滤波模块、整流模块、PFC模块、电容器模块和电机控制模块依次连接，MCU模块与电机控制模块的控制端连接，电流采样模块的输入端与直流电机连接，电流采样模块的输出端与MCU模块连接。本方案能够有效地实现对直流风机的控制，为直流风机提供稳定的运行电压，提高了对直流风机控制的可靠性。

Description

直流风机控制装置、直流风机及空调设备

技术领域

本申请实施例涉及空调设备技术领域，尤其涉及一种直流风机控制装置、直流风机及空调设备。

背景技术

为响应节能减排，家用电器需要节能减排的同时，还需要提升能效，相较于交流风机，直流风机的能效较高，因此，直流风机得到广泛地应用。

目前市场上绝大多数的单相电直流风机都是采取控制板内置形式的直流电机，由于它对外围设备的要求比较简单，无需另外的专门驱动器，所以它的使用技术门槛相对比较低。但是在一些要求高风量，风机负载比较大的应用场合，很多商用的产品设备采用控制板内置的直流风机，由于受到体积的限制，控制板的散热受到影响，使得直流风机的可靠性降低；同时内置形式对电机的生产工艺要求随着功率的增加会越来越高，导致成本的提高。

实用新型内容

本申请实施例提供了一种直流风机控制装置、直流风机及空调设备，能够有效地实现对直流风机的控制，为直流风机的运行提供稳定的运行电压，提高了对直流风机控制的可靠性。

第一方面，本申请实施例提供了一种直流风机控制装置，该装置包括滤波模块、整流模块、PFC模块、电容器模块、电机控制模块、MCU模块和电流采样模块；

滤波模块与市电连接，滤波模块用于滤除外围干扰和杂乱信号；整流模块与滤波模块连接，整流模块用于对滤波模块输出的交流电进行整流，以生成直流电；PFC模块与整流模块连接，PFC模块用于提升直流电机的工作电压；电容器模块与PFC模块连接，电容器模块用于存储电能；电机控制模块与电容器模块连接，且电机控制模块还与直流电机连接，电机控制模块用于控制直流电机；MCU模块与电机控制模块的控制端连接，MCU模块用于向电机控制模块输出控制信号；电流采样模块的输入端与直流电机连接，电流采样模块的输出端与MCU模块连接，电流采样模块用于采样直流电机的电流。

在本申请一些实施例中，滤波模块包括第一共模电感、第二共模电感、第一压敏电阻、第二压敏电阻、放电管、多个差模滤波电容和多个共模滤波电容；

第一压敏电阻和一个差模滤波电容并联设置在第一共模电感的第一输入端和第二输入端之间，且第一共模电感的第一输入端和第二输入端之间还连接有两个串联连接的共模滤波电容；

第一共模电感的第一输出端与第二共模电感的第一输入端连接，和第一共模电感的第二输出端与第二共模电感的第二输入端连接；

第二共模电感的第一输入端和第二输入端之间连接有一个差模滤波电容，第二共模电感的第一输出端和第二输出端之间连接有一个差模滤波电容，第二共模电感的第一输出端和第二输出端之间还连接有两个串联连接的共模滤波电容；

第二压敏电阻和放电管串联，第二压敏电阻还与第一压敏电阻连接，放电管还与地线连接。

在本申请一些实施例中，整流模块包括第三压敏电阻、桥式整流单元和滤波电容，桥式整流单元的正负输入端之间连接有第三压敏电阻，且桥式整流单元的正负输出端之间连接有滤波电容。

在本申请一些实施例中，PFC模块包括储能电感、场效应管、输出二极管、RC吸收单元、稳压二极管和PWM控制单元；

储能电感的一端为PFC模块的输入端，储能电感的另一端连接二极管的阳极端；

二极管的阴极端为PFC模块的输出端，二极管的两端还连接有RC吸收单元，RC吸收单元包括串联连接的电阻和电容；

场效应管的输入端连接二极管的阳极端，场效应管的输出端接地，场效应管的控制端与PWM控制单元连接，且场效应管的控制端还通过反接的稳压二极管接地；

PWM控制单元用于输出控制场效应管的方波信号。

在本申请一些实施例中，输出二极管为快恢复二极管或SiC二极管。

在本申请一些实施例中，电容器模块包括一个电解电容或多个并联连接的电解电容。

在本申请一些实施例中，电机控制模块包括智能功率器件，智能功率器件用于控制直流电机。

在本申请一些实施例中，电流采样模块包括多个电流采样单元，多个电流采样单元用于对直流电机的电流进行采样，电流采样单元包括运算放大器、输入电阻、输出电阻、反馈电阻、滤波电容、抗干扰电容和补偿电容；

运算放大器的同相输入端和反相输入端均串联有输入电阻，且在同相输入端的输入电阻和反相输入端的输入电阻之间连接有所述抗干扰电容；

运算放大器的输出端连接有输出电阻，输出电阻通过滤波电容接地；

运算放大器的反相输入端和输出端之间还设置有并联连接的反馈电阻和补偿电容。

第二方面，本申请实施例提供一种直流风机，包括直流电机和如上述实施例所述的直流风机控制装置，直流风机控制装置用于控制直流电机。

第二方面，本申请实施例提供一种空调设备，包括室内机和室外机，室外机内设置有如上述实施例所述的直流风机。

本申请的直流风机控制装置能够通过其上的滤波模块和整流模块，滤除市电中的干扰并将市电整流为直流点，再由PFC模块提升对直流电机的直流电压，并提供稳定的运行电压，并且还通过电流采样模块不断地采样直流电机的电流，在MCU模块获悉直流电机的电流后能够对直流电机进行反馈调节，使得直流电机能够更加稳定地运行，提升其可靠程度。

附图说明

图1为本申请实施例提供的直流风机控制装置的原理框图；

图2为本申请实施例提供的滤波模块的电路示意图；

图3为本申请实施例提供的整流模块的电路示意图；

图4为本申请实施例提供的PFC模块的电路示意图；

图5为本申请实施例提供的电流采样单元的电路示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部内容。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，在本申请的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个及两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。

本申请实施例提供的直流风机控制装置能够外置于直流风机的直流电机，避免了在直流电机内部安装的高工艺要求，且相较于传统的内置方案，本申请提供的直流风机控制装置不仅散热性能更加良好，其可靠性也得到提升，能够为直流电机的运行提供更加稳定的运行电压。

图1为本申请实施例提供的直流风机控制装置的原理框图，如图所示，该装置包括滤波模块110、整流模块120、PFC模块130、电容器模块140、电机控制模块150、MCU模块160和电流采样模块170。直流风机控制装置外置于直流风机，并与直流风机连接，且能够对直流电机进行控制。

其中，直流风机控制装置通过滤波模块110接入市电，滤波模块110对市电电网上的外围干扰和杂乱信号进行滤除，以确保输入市电干净且平稳。整流模块120作为直流风机控制装置中滤波模块110的后一级模块，滤波模块110的输出进入整流模块120中，整流模块120对过滤后的市电(交流电)进行整流，从而生成直流电。

PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)模块的输入端与整流模块120的输出端连接，对接入的直流电进行功率因数校正，提高电网功率因素，以提升对电力的有效利用率，使得接入直流电机的直流电压得到提升，从而为直流电机提供更加稳定的运行电压。电容器模块140连接在PFC模块130的输出端，电容器模块140则作为储能的模块，其用于存储电能。

可以想到的是，电容器模块140内设置有接地的电解电容，其通过电解电容储能，因此，连接电容器模块140的电机控制模块150相当于连接在PFC模块130的输出端，而且电机控制模块150还连接直流电机，根据设定的转速要求，实时控制直流电机。

MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)模块作为电机控制模块150的控制单元，其连接在电机控制模块150的控制端，用于向电机控制模块150输出控制信号，如控制直流电机转速的信号、控制直流电机启停的信号等控制信号。MCU模块160还通过电流采样模块170对直流电机进行电流的采样，其中，电流采样模块170的输入端连接直流电机，电流采样模块170的输出端连接MCU模块160，电流采样模块170采样直流电机的电流并送入MCU模块160，由MCU模块160处理。

因此，直流风机控制装置能够通过其上的滤波模块110和整流模块120，滤除市电中的干扰并将市电整流为直流点，再由PFC模块130提升对直流电机的直流电压，并提供稳定的运行电压，并且还通过电流采样模块170不断地采样直流电机的电流，在MCU模块160获悉直流电机的电流后能够对直流电机进行反馈调节，使得直流电机能够更加稳定地运行，提升其可靠程度。

图2为本申请实施例提供的滤波模块的电路示意图，如图所示，滤波模块包括第一共模电感L101、第二共模电感L102、第一压敏电阻RV101、第二压敏电阻RV102、放电管DSA101、多个差模滤波电容和多个共模滤波电容。

第一压敏电阻RV101和差模滤波电容C101并联在第一共模电感L101的第一输入端和第二输入端之间，且在第一共模电感L101的第一输入端和第二输入端之间还设置有串联连接的共模滤波电容C105和共模滤波电容C106。

第一共模电感L101和第二共模电感L102连接，在第一共模电感L101的两个输出端之间连接有差模滤波电容C102，即第二共模电感L102的两个输入端之间连接有差模滤波电容C102。此外，在第二共模电感L102的两个输出端之间连接差模滤波电容C103，且第二共模电感L102的两个输出端之间还连接有并联连接的共模滤波电容C107和共模滤波电容C108。

可以理解的是，共模电感中包括两个绕组，因此，其上具有四个引脚，但同一绕组的两个引脚不能接于正负极。

在第一压敏电阻RV101的一端(连接第一共模电感L101的第二输入端的一端)，第二压敏电阻RV102和放电管DSA101串联且通过第二压敏电阻RV102的一端连接第一压敏电阻RV101。第二压敏电阻RV102和放电管DSA101形成浪涌吸收网络，该网络可以对雷击、市电电力系统内部运行方式改变等情况引起的电网的尖峰电压进行释放。

滤波模块能够通过其上的共模电感抑制市电的差模干扰信号，并通过差模滤波电容滤除市电电网中的差模干扰信号，以及通过共模滤波电容滤除市电电网中的共模干扰信号，有效地滤除市电电网对直流电机的干扰，使得输入直流电机的电流更平稳。且滤波模块还能够通过压敏电阻来对超过安全阈值的电压释放，以保护设备的安全。

需要说明的是，在滤波模块的输入端还可以设置保险丝(如图1中的F101)，在输入电流过大时，保险丝熔断，以避免输入的电流过大而导致直流风机控制装置损坏。

图3为本申请实施例提供的整流模块的电路示意图，整流模块用于将接入的交流电输出为直流电。如图所示，整流模块包括第三压敏电阻RV103、桥式整流单元和滤波电容C109。

在整流模块中，在桥式整流单元的第一输入端和第二输入端之间连接有第三压敏电阻RV103；在桥式整流单元的第一输出端和第二输出端之间连接有滤波电容C109；桥式整流单元包括四个二极管，二极管D1的阴极端连接二极管D2的阳极端，二极管D2的阴极端连接二极管D3的阴极端，二极管D3的阳极端连接二极管D4的阴极端，二极管D4的阳极端连接二极管D1的阳极端。其中，桥式整流单元以二极管D1的阴极端和二极管D4的阴极端为第一输入端和第二输入端，桥式整流单元以二极管D2的阴极端和二极管D4的阳极端作为第一输出端和第二输出端。

整流模块通过桥式整流单元对输入的交流电进行整流，且整流模块还通过在桥式整流单元的输入端连接压敏电阻，以吸收市电电网的尖峰电压，并在桥式整流单元的输出端连接滤波电容，以滤除整流后的市电电网的高频成分，从而为直流电机提供直流电。

需要说明的是，一些实施例中整流模块还可以以全波整流单元替换桥式整流单元，实现将交流电整流为直流电的效果。

图4为本申请实施例提供的PFC模块的电路示意图，如图所示，PFC模块包括储能电感L120、场效应管Q501、输出二极管D501、RC吸收单元、稳压二极管D120和PWM控制单元。其中，储能电感L120一端连接滤波模块的输出端，且储能电感L120的另一端连接输出二极管D501的阳极端，输出二极管D501的阴极端为PFC模块的输出端。需要说明的是，输出二极管D501可以是快恢复二极管或SiC二极管，用于将电流传输至后一级的电容器模块中。

在输出二极管D501的阳极端连接有场效应管Q501的输入端，场效应管Q501的输出端接地，场效应管Q501的控制端连接PWM控制单元。PFC模块通过PWM控制单元输出的方波信号，控制场效应管Q501的开启或关闭，从而控制储能电感L120的电流波形。需要说明的是，PWM控制单元可以包括PWM控制芯片，如SG3525、KA3511等，用于输出方波信号。

场效应管Q501可以是MOS管或者IGBT(绝缘栅双极型晶体管)，以场效应管Q501为MOS管进行说明，如该MOS管为NMOS管，NMOS管的漏极端为输入端，其源极端为输出端，其栅极端为控制端；NMOS管的栅极端接入PWM控制单元输出的方波信号，从而控制NMOS管的开启或关闭，实现对储能电感L120的电流波形的控制。

在输出二极管D501的阳极端和阴极端之间还连接有RC吸收单元，该RC吸收单元包括串联连接的电阻R105和电容C110，电阻R105还连接输出二极管D501的阳极端，电容C110输出二极管D501的阴极端。并联在输出二极管D501两端的RC吸收单元用于吸收过电压产生的额外能量，避免过电压损坏输出二极管D501。

在直流风机控制装置中增加上述的PFC模块，不仅能够为直流电机的运行提供更加稳定的运行电压，还能够提升电网的功率因素，节省电力资源。

在一些实施例中，电容器模块包括电解电容，电解电容的正极端连接PFC模块的输出端，而电解电容的负极端接地，可以想到的是，电容器模块还可以包括多个并联连接的电解电容，电解电容的数量可以是6、7个等，根据储能要求设置即可。

在一些实施例中，电机控制模块包括智能功率器件，智能功率器件用于输出控制直流电机的控制信息。例如，智能功率器件可以是高压功率开关调节器，如MC33370；或采用智能功率模块IPM，在MCU模块向智能功率器件发出控制信号后，智能功率器件能够控制直流风机的启停、转速等。且电机控制模块是外置于直流电机的，能够更好地散热，降低对安装工艺的要求。

图5为本申请实施例提供的电流采样单元的电路示意图，在一些实施例中，电流采样模块包括多个电流采样单元，每一个电流采样单元均用于对直流电机的电流进行采样，例如，直流电机为三相直流电极时，电流采样模块可以设置至少三个，以采样该电机的电流。每一电流采样单元包括运算放大器、输入电阻、输出电阻、反馈电阻、滤波电容和补偿电容。

如图5所示，其中，运算放大器U114A的同相输入端和反相输入端均连接有输入电阻，如在同相输入端连接有输入电阻R280和输入电阻R281，在反相输入端连接有输入电阻R282和输入电阻R283，在输入电阻R280和输入电阻R281之间还连接有抗干扰电容C239的一端，抗干扰电容C239的另一端连接在输入电阻R282和输入电阻R283之间。输入电阻R280、抗干扰电容C239和输入电阻R282起到差分滤波的作用，且输入电阻R280、输入电阻R281、反馈电阻R292和反馈电阻R293还可以确定运算放大器U114A的放大倍数，通过调节输入电阻和反馈电阻的阻值，可以实现对运算放大器U114A的放大倍数的调节。

在运算放大器U114A的反相输入端和输出端之间还设置有并联连接的反馈电阻R292、反馈电阻R293和补偿电容C236，可以想到的是，在运算放大器U114A的反相输入端和输出端之间设置的反馈电阻还可以设置的反馈电阻的数量可以根据所设计的运算放大器U114的放大倍数设置。运算放大器U114A的输出端连接有输出电阻R303，输出电阻R303通过滤波电容C243接地，且输出电阻R303连接滤波电容C243的一端为电流采样单元的输出端。需要说明的是，运算放大器U114A的同相输入端还通过补偿电阻R298接入补偿电压。

电流采样单元通过运算放大器U1114A及其外围电路采样直流电机的电流，包括多个电流采样单元的电流采样模块获取到直流电机的多相的电流，并发送至MCU模块，以便于MCU模块根据采样的电流向电机控制模块发送控制信息，实现对直流电机的控制。

本申请实施例还提供一种直流风机，直流风机包括直流电机和上述实施例提供的直流风机控制装置，该直流风机通过直流风机控制装置控制直流电机。因此，用户可以通过MCU模块对直流风机的电机控制模块进行控制，从而实现对直流风机的启停、转速等控制。

本申请实施例还提供一种空调设备，该空调设备包括室内机和室外机，室外机包括上述实施例提供的直流风机。室外机的直流风机通过直流风机控制装置可以获取到稳定的运行电压，提高其运行的可靠性。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

注意，上述仅为本申请的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本申请不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明，但是本申请不仅仅限于以上实施例，在不脱离本申请构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本申请的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种直流风机控制装置，其特征在于，所述直流风机控制装置与直流风机对应的直流电机连接并外置于所述直流电机，所述直流风机控制装置包括：

滤波模块，与市电连接，所述滤波模块用于滤除外围干扰和杂乱信号；

整流模块，与所述滤波模块连接，所述整流模块用于对所述滤波模块输出的交流电进行整流，以生成直流电；

PFC模块，与所述整流模块连接，所述PFC模块用于提升所述直流电机的工作电压；

电容器模块，与所述PFC模块连接，所述电容器模块用于存储电能；

电机控制模块，与所述电容器模块连接，且所述电机控制模块还与所述直流电机连接，所述电机控制模块用于控制所述直流电机；

MCU模块，所述MCU模块与所述电机控制模块的控制端连接，所述MCU模块用于向所述电机控制模块输出控制信号；

电流采样模块，电流采样模块的输入端与所述直流电机连接，所述电流采样模块的输出端与所述MCU模块连接，所述电流采样模块用于采样所述直流电机的电流。

2.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述滤波模块包括第一共模电感、第二共模电感、第一压敏电阻、第二压敏电阻、放电管、多个差模滤波电容和多个共模滤波电容；

所述第一压敏电阻和一个差模滤波电容并联设置在所述第一共模电感的第一输入端和第二输入端之间，且所述第一共模电感的第一输入端和第二输入端之间还连接有两个串联连接的共模滤波电容；

所述第一共模电感的第一输出端与所述第二共模电感的第一输入端连接，和所述第一共模电感的第二输出端与所述第二共模电感的第二输入端连接；

所述第二共模电感的第一输入端和第二输入端之间连接有一个差模滤波电容，所述第二共模电感的第一输出端和第二输出端之间连接有一个差模滤波电容，所述第二共模电感的第一输出端和第二输出端之间还连接有两个串联连接的共模滤波电容；

所述第二压敏电阻和所述放电管串联，所述第二压敏电阻还与所述第一压敏电阻连接，所述放电管还与地线连接。

3.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述整流模块包括第三压敏电阻、桥式整流单元和滤波电容，所述桥式整流单元的正负输入端之间连接有所述第三压敏电阻，且所述桥式整流单元的正负输出端之间连接有所述滤波电容。

4.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述PFC模块包括储能电感、场效应管、输出二极管、RC吸收单元、稳压二极管和PWM控制单元；

所述储能电感的一端为所述PFC模块的输入端，所述储能电感的另一端连接所述二极管的阳极端；

所述二极管的阴极端为所述PFC模块的输出端，所述二极管的两端还连接有RC吸收单元，所述RC吸收单元包括串联连接的电阻和电容；

所述场效应管的输入端连接所述二极管的阳极端，所述场效应管的输出端接地，所述场效应管的控制端与所述PWM控制单元连接，且所述场效应管的控制端还通过反接的稳压二极管接地；

所述PWM控制单元用于输出控制所述场效应管的方波信号。

5.根据权利要求4所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述输出二极管为快恢复二极管或SiC二极管。

6.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述电容器模块包括一个电解电容或多个并联连接的电解电容。

7.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述电机控制模块包括智能功率器件，所述智能功率器件用于控制所述直流电机。

8.根据权利要求1所述的直流风机控制装置，其特征在于，所述电流采样模块包括多个电流采样单元，多个所述电流采样单元用于对所述直流电机的电流进行采样，所述电流采样单元包括运算放大器、输入电阻、输出电阻、反馈电阻、滤波电容、抗干扰电容和补偿电容；

所述运算放大器的同相输入端和反相输入端均串联有输入电阻，且在同相输入端的输入电阻和反相输入端的输入电阻之间连接有所述抗干扰电容；

所述运算放大器的输出端连接有输出电阻，所述输出电阻通过滤波电容接地；

所述运算放大器的反相输入端和输出端之间还设置有并联连接的反馈电阻和补偿电容。

9.一种直流风机，其特征在于，包括直流电机和如权利要求1-8任一项所述的直流风机控制装置，所述直流风机控制装置用于控制所述直流电机。

10.一种空调设备，包括室内机和室外机，其特征在于，所述室外机内设置有如权利要求9所述的直流风机。

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