CN218386795U - 保护电路以及应用该保护电路的洗衣机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种保护电路以及应用该保护电路的洗衣机，该保护电路包括检测单元、控制器、驱动单元和电机，检测单元包括整流电路、分压电路和电容滤波电路，整流电路的输入端与市电连接，整流电路的输出端与分压电路的输入端电性连接，分压电路的输出端与电容滤波电路的输入端连接，电容滤波电路的输出端输出检测电压；控制器与电容滤波电路的输出端连接，用于检测检测电压；驱动单元与控制器电性连接；电机与驱动单元连接，市电断开时，控制器检测到检测电压衰减至预设断电电压范围，控制器输出电信号至驱动单元，以使电机停止。本申请能够提前检测交流断电时间点，以便于给电机作出刹车的反应时间。

Description

保护电路以及应用该保护电路的洗衣机

技术领域

本申请涉及洗衣机技术领域，尤其涉及一种保护电路以及应用该保护电路的洗衣机。

背景技术

在洗衣机等其他家用电器的使用过程中，当发生突然断电，会导致电机无法快速停止而产生一个反向感应电动势，反向感应电动势会反馈到母线上，造成IPM(Intelligent Power Module)或者IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)因高压导致损坏，给用户体验和市场造成不良的反馈。

有鉴于此，提出本实用新型。

实用新型内容

本申请提供了一种保护电路以及应用该保护电路的洗衣机，该保护电路通过设置检测单元，并利用检测单元的电容滤波电路将交流电转换为直流电，以便于提前检测交流断电时间，使电机尽早做出刹车动作，防止IPM或IGBT损坏。

第一方面，提供一种保护电路，包括：

检测单元，检测单元包括整流电路、分压电路和电容滤波电路，整流电路的输入端与市电连接，整流电路的输出端与分压电路的输入端电性连接，分压电路的输出端与电容滤波电路的输入端连接，电容滤波电路的输出端输出检测电压；

控制器，控制器与电容滤波电路的输出端连接，用于检测检测电压；

驱动单元，驱动单元与控制器电性连接；

电机，电机与驱动单元连接，市电断开时，控制器检测到检测电压衰减至预设断电电压范围，控制器输出电信号至驱动单元，以使电机停止。

在一些实施例中，电容滤波电路用于将交流电压转换为带有幅度变化的直流电压，电容滤波电路进一步包括：

第一电容，第一电容的第一端连接控制器的检测端，第一电容的第二端接地；

第一电阻，第一电阻的第一端连接分压电路，第一电阻的第二端连接第一电容的第一端。

在一些实施例中，分压电路包括：

第二电阻，第二电阻的第一端与整流电路的输出端连接；

第三电阻，第三电阻的第一端与第二电阻的第二端连接；

第四电阻，第四电阻的第一端与第三电阻的第二端连接，第四电阻的第二端接地，第三电阻和第四电阻的中间点与第一电阻的第一端连接。

在一些实施例中，整流电路包括第一二极管，第一二极管的正极连接市电，第一二极管的负极连接第二电阻的第一端。

在一些实施例中，还包括降噪电路，降噪电路包括第二电容，第二电容的第一端与第四电阻的第一端连接，第二电容的第二端与第四电阻的第二端连接。

在一些实施例中，还包括供电单元，供电单元的输入端与市电连接，供电单元的输出端与驱动单元连接。

在一些实施例中，供电单元至少包括整流桥和第三电容，整流桥与第三电容电性连接，第三电容的第一端输出驱动电压，第三电容的第二端接地，市电断开后，第三电容输出的驱动电压维持一端时间后衰减为零，以为电机的刹车动作供电。

在一些实施例中，驱动单元包括：

IGBT功率器件或/和IPM功率器件，IGBT功率器件、IPM功率器件与电机电性连接。

在一些实施例中，IGBT功率器件或IPM功率器件包括上桥臂和下桥臂，当市电断开后，上桥臂断开，下桥臂连通，电机转动产生的感应电动势消耗在电机的内部线圈中。

第二方面，提供一种洗衣机，包括第一方面所提出的保护电路。

在上述实施例中，一种保护电路以及应用该保护电路的洗衣机，该保护电路在交流断电时发挥作用，利用检测单元可以尽早得到断电信息，以驱动电机尽早做出刹车动作，防止由于突然断电，电机产生反相感应电动势击穿IPM或IGBT。

附图说明

图1示出了根据一些实施方式的保护电路的结构框图；

图2示出了根据一些实施方式的检测电路的结构框图；

图3示出了根据一些实施方式的保护电路的电路图；

图4示出了根据一些实施方式的电容滤波电路的相关电路图；

图5示出了根据一些实施方式的保护电路的工作流程；

图6示出了根据一些实施方式的断电时，ACP端口的电压变化示意图

图7示出了根据一些实施例的又一保护电路的结构框图；

图8示出了根据一些实施方式的在工作过程中突然断电，市电输入电压、电机转速和母线电压的变化情况示意图；

图9示出了根据一些实施方式的供电单元的电路图；

图10示出了根据一些实施方式的驱动单元的示意图；

图11示出了根据一些实施方式的控制器的示意图；

以上图中：

保护电路1；检测单元11；控制器12；驱动单元13；电机14；整流电路111；

分压电路112；电容滤波电路113。

具体实施方式

为使本申请的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语″第一″、″第二″、″第三″等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

术语″包括″和″具有″以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

本申请实施方式提供的保护电路1可以具有多种实施形式，例如，可以是洗衣机、空调、冰箱等。

参照图1，本申请实施方式中提出了一种保护电路1，该保护电路1包括检测单元11、控制器12、驱动单元13和电机14。

其中检测单元11的输入端与市电2连接，用于及时反映市电2的连接情况，检测单元11的输出端输出检测电压，并与控制器12电性连接，控制器12与驱动单元13 电性连接，驱动单元13与电机14电性连接，控制器12输出电信号至驱动单元13，驱动单元13带动电机14转动或制动，当市电2突然断开时，检测单元11检测到市电2断开，输出的检测电压衰减至预设断电电压范围，控制器12检测到该检测电压后，输出电信号至驱动单元13，使电机14停机。

需要说明的是，预设断电电压范围为根据市电2输入的交流电压值、检测电路内部的元器件的性能选择以及控制器12的检测范围结合共同获得。

在本实施例的一些实施方式中，驱动单元13与市电2连接，驱动单元13与市电 2的接入点比检测单元11的市电2的接入点更靠近市电2端，以防止当两者出现互换时，驱动单元13的市电2接入点和检测单元11的市电2接入点之间出现断开，而使得检测单元11无法检测到断电情况，无法进行电路保护的情况发生。

参照图2，检测单元11进一步包括整流电路111、分压电路112和电容滤波电路113，整流电路111的输入端与市电2连接，整流电路111的输出端与分压电路112 的输入端电性连接，分压电路112的输出端与电容滤波电路113的输入端连接，电容滤波电路113的输出端输出检测电压。

具体的，参照图3，整流电路111连接市电2的火线，经过火线的输入电压经过整流电路111的半波整流后输出半波整流信号，然后经过分压电路112输出缩小的电压值，此时的电压输出仍为交流电，经过分压的交流电经过电容滤波电路113后转换为直流电，以便于控制器12进行检测。有效避免了断电时刻处于半波交流电的无电压阶段，控制器12无法检测到检测电压的问题，能够实现交流电断电的尽早判断，以便于后续尽早使电机14做出刹车动作。

需要说明的是，本实施例中的保护电路1也可以应用于交流电机14、牵引驱动等应用到类似特性的领域。

通过上述设置，可以解决在突然断电时，造成的IPM或IGBT失控的问题，如果不采用本实施例中的保护电路1，在断电的时候，市电2突然下降至零，而电机14由于运动惯性会继续转动，电机14转动内部切割磁感线产生反相感应电动势，反相感应电动势会反馈到母线上，及反馈至供电端，反相感应电动势作用于IGBT功率器件或 IPM功率器件时，IGBT功率器件或IPM功率器件会因高压导致击穿损坏，给用户不良的体验。

在本实施例的一些实施方式中，参照图4，电容滤波电路113用于将交流电压转换为带有幅度变化的直流电压，电容滤波电路113进一步包括第一电容C531和第一电阻R85，其中第一电容C531的第一端连接控制器12的检测端，第一电容C531的第二端接地，第一电阻R85的第一端连接分压电路112，第一电阻R85的第二端连接第一电容C531的第一端。具体的，检测电压的输出端即ACP端口，此端口为电压检测端，其电压检测端的未断电的检测值和断电的检测值与分压电路112、输入电压有关。

在本实施例的一些实施方式中，第一电容C531设置为瓷片电容，瓷片电容滤波把交流电压转换为带有幅度变化的直流电压，以便于控制器12进行电压采集。

在本实施例的一些实施方式中，分压电路112包括第二电阻R83、第三电阻R84 和第四电阻R86，第二电阻R83、第三电阻R84和第四电阻R86串联，第二电阻R83 的第一端与整流电路111的输出端连接，电容滤波电路113的输入端连接第三电阻R84 和第四电阻R86的中间点，以使电容滤波电路113输入分压后的交流电。具体的，第二电阻R83的第一端与整流电路111的输出端电性连接，第二电阻R83的第二端与第三电阻R84的第一端电性连接，第三电阻R84的第二端与第四电阻R86的第一端电性连接，第四电阻R86的第二端接地，电容滤波电路113的输入端与第四电阻R86的第一端电性连接。

需要知道的是，为了满足后续检测电压的电压范围，一般情况下，第二电阻R83 和第三电阻R84的电阻值大于第四电阻R86。第二电阻R83、第三电阻R84和第四电阻R86的具体数据可以根据需要的检测电压的范围以及输入电压的峰值进行调整。

同时设置第二电阻R83和第三电阻R84两个电阻而非一个电阻的原因是，避免其中一个电阻损坏时分压电路112失效，导致检测电压激增，对控制器12造成损坏。

电压检测端的电压值为Vacp，其中：

其中Vacl是市电2中火线的电压。

在交流电压即市电2未断开的时候，ACP端口的电压基本在Vacp左右；示例性的，在一些实施方式中，Vacp为1.193V，参照图6，当市电2断电时，控制器12采集的电压会降为零，为了提前进行反应，当检测的电压为0.7Vacp时，控制器12就控制电机14进行停机动作。

参照图5，控制器12按照一定的周期进行ACP端口的电压采集，当控制器12检测到ACP端口的电压值为设定的断开时的电压值或电压范围时，判断此时交流电压断开，控制电机14执行刹车动作。

在本实施例的一些实施方式中，参照图3，整流电路111设置为半波整流电路111，半波整流电路111包括第一二极管D1，第一二极管D1的正极连接市电2，第一二极管D1的负极连接第二电阻R83的第一端，以将全波交流电转换为半波交流电。

首先输入电压经过二极管后半波整流，后通过电阻分压输出缩小电压值，经过电容滤波后形成电压，利用MCU的AD口来采集电压，再软件做平均值处理，根据获得的电压值判断交流电的通断情况。

在本实施例的一些实施方式中，参照图3，保护电路1还包括降噪电路，降噪电路包括第二电容C53，第二电容C53的第一端与第四电阻R86的第一端连接，第二电容 C53的第二端与第四电阻R86的第二端连接。以降低降压后的交流电中的噪声，具体的，第二电容C53并联在第四电阻R86的两端。

在本实施例的一些实施方式中，参照图7，还包括供电单元3，供电单元3的输入端与市电2连接，供电单元3的输出端与驱动单元13连接。

在本实施例的一些实施方式中，参照图9，供电单元3至少包括整流桥和第三电容E1，整流桥和第三电容E1电性连接，第三电容E1的第一端输出驱动电压，第三电容 E1的第二端接地，市电2断开后，第三电容E1输出的驱动电压维持一段时间后衰减为零，在衰减期间，第三电容E1释放的电量可以用于电机14的刹车动作供电。具体的，供电单元3连接市电2的零线和火线，供电单元3包括保险丝、滤波电路、整流桥和第三电容E1，保险丝用于保护电路1，滤波电路用于来自市电2电压中的噪声，整流桥用于将交流电转换为直流电，以便于后续进行供电。

参照图8，在工作过程中突然断电，市电2输入电压、电机14转速和母线电压的变化情况，其中母线电压时是配电装置母线(汇流排)上的电压，由母线电压互感器测得。在本实施例中可以通过图3中的点ACP处进行检测。

市电2输入电压为交流电，电机14转速维持在一定值，母线电压为定值，当市电2断电时，输入电压立即变为零，电机14由于惯性转速逐渐减小至零，母线电压维持一段时间后降为零。可以利用母线电压进行电机14的刹车动作，防止突然断电时，电机14继续转动产生电动势，击穿IGBT和IPM。

本实施例能够提前检测交流断电时间点以给控制器12作出控制电机14刹车的反应时间。在本实施例的一些实施方式中，驱动单元13包括IGBT功率器件或/和IPM 功率器件，IGBT功率器件、IPM功率器件均可以与电机14电性连接，以实现对电机 14的驱动。

在本实施例的一些实施方式中，IGBT功率器件包括上桥臂和下桥臂，当市电2突然断开口，上桥臂断开，下桥臂连通，下桥臂和电机14之间形成回路，电机14刹车过程中转动所产生的感应电动势消耗在电机14的内部线圈中。电机14刹车过程中的动能可以转换为电能，电能可以转换为热能，并在电机14内部消耗。

示例性的，参照图10，驱动单元13可以使用芯片SDM10C60FB2，SDM10C60FB2 是高度集成、高可靠性的三相无刷直流电机14驱动电路，主要应用于较低功率的变频驱动，其内置了三相半桥高压栅极驱动电路和6个低损耗IGBT功率器件。

本实施例中检测交流输电压是否存在，在极短的时间内，做好刹车，关闭IGBT或者IPM三个下桥臂形成回路，避免IGBT和IPM的损坏，使洗衣机筒的动能产生的反响感应电动势消耗在洗衣机内部的线圈中.

在本实施例的一些实施方式中，控制器12可以具体设置为单片机或其他的PLC控制板，主要可以实现对于检测电压的检测和检测电压的大小判断，并发送电信号给驱动单元13即可。

单片机可以包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)，视频处理器，音频处理器，图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)，RAM Random Access Memory，RAM)，ROM(Read-Only Memory，ROM)，用于输入/输出的第一接口至第n接口，通信总线(Bus)等中的至少一种。图11为本实施例中的其中一种实施方式的芯片结构。

如检测到交流断电，图11中的U-H、V-H、W-H引脚将被拉高断开。U-L、V-L、 W-L引脚将被拉低使得电机14将被短路，此时电机14相当发电机14，动能转化为电能，在转化为热能或者自由加速到零。

本申请在不增加额外的元器件的基础上，实现在突然断电的情况下，对于IGBT功率器件或IPM功率器件的击穿保护，可以尽早的获得输入电压断开的信息，并令电机 14进行刹车动作。

基于上述，本实施例还提出了一种洗衣机，洗衣机内使用上述保护电路1，使得在突然断电的情况下，保护电路1发挥作用，防止IGBT功率器件和IPM功率器件被击穿损坏，提高洗衣机使用过程中应对突发状况的能力，降低洗衣机对使用环境的要求，提高洗衣机的推广。

本实施例提出了一种保护电路1以及应用该保护电路1的洗衣机，保护电路1包括输出检测电压的检测单元11、检测检测电压的控制器12、用于驱动电机14的驱动单元13和电机14，检测单元11进一步包括半波整流电路111、分压电路112和电容滤波电路113，半波整流电路111的输入端连入市电2，并将全波交流电转换为半波交流电，然后经过分压电路112的分压以及电容滤波电路113将半波交流电转换为直流的检测电压，以便于控制器12进行检测，利用保护电路1硬件辅助的方式，当交流电压断开，ACP端的电压被立刻拉低，当控制器12检测到检测电压衰减值预设断电电压范围，控制器12降低电机14的Q轴电流，即降低产生横轴电枢反应的电流，给电机14降速，使得电机14反向给电容充电并持续减速，减少对母线和IPM或者IGBT 的冲击最终可以控制IPM或者IGBT的上桥臂断开，下桥臂连通。使电机14能够实现平稳停机。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

为了方便解释，已经结合具体的实施方式进行了上述说明。但是，上述示例性的讨论不是意图穷尽或者将实施方式限定到上述公开的具体形式。根据上述的教导，可以得到多种修改和变形。上述实施方式的选择和描述是为了更好的解释原理及实际的应用，从而使得本领域技术人员更好的使用所述实施方式以及适于具体使用考虑的各种不同的变形的实施方式。

Claims (10)

1.一种保护电路，其特征在于，包括：

检测单元，所述检测单元包括整流电路、分压电路和电容滤波电路，所述整流电路的输入端与市电连接，所述整流电路的输出端与所述分压电路的输入端电性连接，所述分压电路的输出端与所述电容滤波电路的输入端连接，所述电容滤波电路的输出端输出检测电压；

控制器，所述控制器与所述电容滤波电路的输出端连接，用于检测检测电压；

驱动单元，所述驱动单元与所述控制器电性连接；

电机，所述电机与所述驱动单元连接，市电断开时，所述控制器检测到所述检测电压衰减至预设断电电压范围，所述控制器输出电信号至所述驱动单元，以使电机停止。

2.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述电容滤波电路用于将交流电压转换为带有幅度变化的直流电压，所述电容滤波电路进一步包括：

第一电容，所述第一电容的第一端连接所述控制器的检测端，所述第一电容的第二端接地；

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述分压电路，所述第一电阻的第二端连接所述第一电容的第一端。

3.根据权利要求2所述的保护电路，其特征在于，所述分压电路包括：

第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述整流电路的输出端连接；

第三电阻，所述第三电阻的第一端与所述第二电阻的第二端连接；

第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述第三电阻的第二端连接，所述第四电阻的第二端接地，所述第三电阻和所述第四电阻的中间点与所述第一电阻的第一端连接。

4.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，所述整流电路包括第一二极管，所述第一二极管的正极连接市电，所述第一二极管的负极连接所述第二电阻的第一端。

5.根据权利要求3所述的保护电路，其特征在于，还包括降噪电路，所述降噪电路包括第二电容，所述第二电容的第一端与所述第四电阻的第一端连接，所述第二电容的第二端与所述第四电阻的第二端连接。

6.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，还包括供电单元，所述供电单元的输入端与市电连接，所述供电单元的输出端与所述驱动单元连接。

7.根据权利要求6所述的保护电路，其特征在于，所述供电单元至少包括整流桥和第三电容，所述整流桥与所述第三电容电性连接，所述第三电容的第一端输出驱动电压，所述第三电容的第二端接地，市电断开后，所述第三电容输出的驱动电压维持一端时间后衰减为零，以为所述电机的刹车动作供电。

8.根据权利要求1所述的保护电路，其特征在于，所述驱动单元包括：

IGBT功率器件或/和IPM功率器件，所述IGBT功率器件、所述IPM功率器件与所述电机电性连接。

9.根据权利要求8所述的保护电路，其特征在于，所述IGBT功率器件或IPM功率器件包括上桥臂和下桥臂，当市电断开后，所述上桥臂断开，所述下桥臂连通，所述电机转动产生的感应电动势消耗在所述电机的内部线圈中。

10.一种洗衣机，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的保护电路。

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