CN220754676U - 一种直流无刷电机驱动电路及空气炸锅 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种直流无刷电机驱动电路及空气炸锅，包括直流无刷电机、控制单元、反馈单元、开关元件及供电单元；其中，控制单元的一端通过反馈单元与直流无刷电机连接；反馈单元用于向控制单元反馈直流无刷电机的转速信息；控制单元的另一端通过开关元件与直流无刷电机连接；控制单元用于通过控制开关元件的开关频率，调整直流无刷电机的转速；供电单元与控制单元及直流无刷电机连接。本申请无需在电机驱动板中设置控制芯片，只需在外围电路上设置开关元件，即可实现对直流无刷电机进行转速调节，极大地减小了电机驱动板的体积。进一步的，通过减小电机驱动板的体积，节省了空气炸锅的制造成本，使得空气炸锅能够被设计的更加小型化。
Description
技术领域
本申请涉及空气炸锅技术领域，具体而言，涉及一种直流无刷电机驱动电路及空气炸锅。
背景技术
随着科技的发展，空气炸锅越来越广泛的应用在人们的日常生活中。最初空气炸锅中使用罩极电机作为动力元件，但罩极电机体积较大，故为提升空气炸锅的利用率，目前通常使用体积更小的直流无刷电机代替罩极电机。其中，直流无刷电机的作用为带动风扇旋转；实际空气炸锅工作时，需通过调节直流无刷电机的转速，使直流无刷电机带动风扇以预设转速旋转。
现有技术中，通常会通过如下方式调节直流无刷电机的转速：
(1)不反馈直流无刷电机的转速信息，直接通过相应方式调节直流无刷电机的转速；
(2)在电机驱动板上设置控制芯片，通过霍尔传感器反馈直流无刷电机的转速信息，并根据所反馈的转速信息判断直流无刷电机的转速是否达到预设转速，在确定直流无刷电机的转速未到达预设转速时，通过控制芯片调节直流无刷电机的转速。
上述方式(1)中，不对直流无刷电机的运转速度进行反馈，调速精度低，无法精准调节直流无刷电机的转速，故应用较少。上述方式(2)中，对直流无刷电机的运转速度进行反馈，调速精度高，应用较多。
然而，上述方式(2)中，需要在电机驱动板中设置控制芯片，增加了电机驱动板的体积，提升了空气炸锅的制造成本。进一步的，导致空气炸锅无法做到小型化，降低了用户的使用体验。
实用新型内容
本申请的目的在于提供一种直流无刷电机驱动电路及空气炸锅，其能够减小电机驱动板的体积。
本申请的实施例是这样实现的：
第一方面，本申请提供一种直流无刷电机驱动电路，包括直流无刷电机、控制单元、反馈单元、开关元件及供电单元；其中，控制单元的一端通过反馈单元与直流无刷电机连接；反馈单元用于向控制单元反馈直流无刷电机的转速信息；控制单元的另一端通过开关元件与直流无刷电机连接；控制单元用于通过控制开关元件的开关频率，调整直流无刷电机的转速；供电单元与控制单元及直流无刷电机连接。
于一实施例中，供电单元包括供电元件及DC-DC电源元件；其中，供电元件与直流无刷电机连接；供电元件通过DC-DC电源元件与控制单元连接。
于一实施例中，开关元件为MOS管，MOS管的栅极与控制单元连接，MOS管的漏极与直流无刷电机连接，MOS管的源极接地。
于一实施例中，直流无刷电机驱动电路还包括电平转换单元；其中，反馈单元通过电平转换单元与控制单元连接。
于一实施例中，直流无刷电机驱动电路还包括滤波单元；其中，开关元件通过滤波单元与直流无刷电机连接。
于一实施例中，滤波单元包括二极管、第一线圈、第二线圈、第一电容、第二电容、保险丝及第三电容；其中，开关元件与第一线圈的一端及二极管的阳极连接；第一电容的一端与二极管的阴极及第二线圈的一端连接，第一电容的另一端接地；第二电容与开关元件及第二线圈的一端连接；保险丝的一端与第二线圈的另一端连接；第三电容的一端与保险丝的另一端及直流无刷电机连接，第三电容的另一端与第一线圈的另一端及直流无刷电机连接。
于一实施例中，直流无刷电机驱动电路还包括限流电阻及下拉电阻；其中，限流电阻的一端与控制单元连接，限流电阻的另一端与开关元件连接；下拉电阻的一端与限流电阻的另一端连接，下拉电阻的另一端接地。
于一实施例中，反馈单元为霍尔传感器；反馈单元用于向控制单元输出霍尔信号，反馈直流无刷电机的转速信息；其中，直流无刷电机的转速为其中，T1为霍尔信号的周期。
于一实施例中，控制单元用于向开关元件输出PWM信号，控制开关元件的开关频率，其中，PWM信号的周期大于其中，ρ为PWM信号的占空比信息，v为直流无刷电机的目标转速信息。
第二方面，本申请提供一种空气炸锅，包括上述的直流无刷电机驱动电路。
本申请与现有技术相比的有益效果是：本申请提供一种直流无刷电机驱动电路，包括直流无刷电机、控制单元、反馈单元及开关元件；其中，控制单元通过调整开关元件的开关频率调整直流无刷电机的转速。相比于现有技术，本申请无需在电机驱动板中设置控制芯片，只需在外围电路上设置开关元件，即可实现对直流无刷电机进行转速调节，极大地减小了电机驱动板的体积。进一步的，通过减小电机驱动板的体积，节省了空气炸锅的制造成本，使得空气炸锅能够被设计的更加小型化，提升了用户的使用体验。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请一实施例示出的空气炸锅的示意图；
图2为本申请第一实施例示出的直流无刷电机驱动电路的结构示意图；
图3为本申请第二实施例示出的直流无刷电机驱动电路的结构示意图；
图4为本申请第三实施例示出的直流无刷电机驱动电路的结构示意图；
图5为本申请第一实施例示出的PWM信号及霍尔信号的示意图；
图6为本申请第二实施例示出的PWM信号及霍尔信号的示意图。
附图标记：
1-直流无刷电机驱动电路；10-供电单元；110-供电元件；120-DC-DC电源元件；20-控制单元；30-反馈单元；40-开关元件；50-直流无刷电机；60-电平转换单元；70-滤波单元；80-电机驱动板；910-第一端口；920-第二端口。
具体实施方式
术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参照图1，其为本申请一实施例示出的空气炸锅的示意图。空气炸锅具有壳体，壳体内设有烹饪腔和热风组件，热风组件用于向烹饪腔内输送热风；其中，热风组件包括风扇及加热管。壳体内还设有直流无刷电机50，实际空气炸锅对食物进行烹饪时，直流无刷电机50同步带动风扇发生旋转。然而，实际中，空气炸锅对食物进行烹饪时，为保证良好的烹饪效果，需要使风扇按照目标转速进行旋转。为此，如图1所示，本实施例中，空气炸锅的壳体内还设有直流无刷电机驱动电路1，通过直流无刷电机驱动电路1调节电机的转速，通过调节使得直流无刷电机50能够按照目标转速旋转，进而同步带动风扇也按照目标转速旋转。下面详细说明直流无刷电机驱动电路1的工作原理。
请参照图2，其为本申请一实施例提供的直流无刷电机驱动电路1的结构示意图。如图2所示，直流无刷电机驱动电路1包括直流无刷电机50、控制单元20、反馈单元30、开关元件40及供电单元10；控制单元20的一端通过反馈单元30与直流无刷电机50连接；反馈单元30用于向控制单元20反馈直流无刷电机50的转速信息；控制单元20的另一端通过开关元件40与直流无刷电机50连接；控制单元20用于通过控制开关元件40的开关频率，调整直流无刷电机50的转速；供电单元10与控制单元20及直流无刷电机50连接，供电单元10用于为控制单元20及直流无刷电机50供电。其中，直流无刷电机驱动电路1还包括电机驱动板80(如图4所示)，反馈单元30设于电机驱动板80上。
直流无刷电机驱动电路1调节直流无刷电机50转速的原理为：
空气炸锅开始执行烹饪操作时，控制单元20先控制开关元件40以某个开关频率执行开关动作；在开关元件40以某个开关频率执行开关动作后，直流无刷电机50会以某个转速旋转。直流无刷电机50旋转过程中反馈单元30将直流无刷电机50的当前转速反馈给控制单元20，控制单元20接收到直流无刷电机50的当前转速后，判断直流无刷电机50的当前转速是否与目标转速一致。
若判断结果显示直流无刷电机50的当前转速与目标转速一致，控制单元20不对开关元件40的开关频率进行调整，仍然使开关元件40以当前开关频率执行开关动作，直至空气炸锅结束烹饪操作。
若判断结果显示直流无刷电机50的当前转速与目标转速不一致，控制单元20对开关元件40的开关频率进行调整；具体调整方式为，若直流无刷电机50的当前转速小于目标转速，则提高开关元件40的开关频率；若直流无刷电机50的当前转速大于目标转速，则减小开关元件40的开关频率。控制单元20对开关元件40的开关频率调整成功后，开关元件40会按照调整后的开关频率执行开关动作；此时直流无刷电机50的转速也被调整，其会按照调整后的转速进行旋转，旋转过程中反馈单元30继续向控制单元20反馈直流无刷电机50的当前转速；控制单元20在接收到反馈单元30反馈的直流无刷电机50的当前转速后，继续判断直流无刷电机50的当前转速是否与目标转速一致。之后根据比较结果继续执行上述操作，直至直流无刷电机50的当前转速与目标转速一致为止。
通过上述内容可以看出，相比于现有技术，本申请无需在电机驱动板80中设置控制芯片，只需在外围电路上设置开关元件40，即可实现对直流无刷电机50进行转速调节，极大地减小了电机驱动板80的体积。进一步的，通过减小电机驱动板80的体积，节省了空气炸锅的制造成本，使得空气炸锅能够被设计的更加小型化，提升了用户的使用体验。
请参照图3，其为本申请第二实施例示出的直流无刷电机驱动电路1的结构示意图。如图3所示，供电单元10包括供电元件110及DC-DC电源元件120；供电元件110与直流无刷电机50连接；供电元件110通过DC-DC电源元件120与控制单元20连接。其中，供电元件110直接为直流无刷电机50供电，供电元件110及DC-DC电源元件120为控制单元20供电，示例性的，如图3所示，供电元件110可以直接输出25V的电压信号为直流无刷电机50供电；供电元件110输出25V的电压信号至DC-DC电源元件120，DC-DC电源元件120将25V的电压信号转换为5V后输出至控制单元20中，为控制单元20供电。
现有技术中，还会通过如下方式调整直流无刷电机50的转速：通过霍尔传感器反馈直流无刷电机50的转速信息，并根据转速信息判定直流无刷电机50的转速是否达到目标转速，在确定直流无刷电机50的转速未达到目标转速时，通过调整电源的输出电流及输出电压，调整直流无刷电机50的转速。但是，上述方式中，需要同时使用三个电源；其中，第一个电源用于提供基本电能，第二个电源用于为控制单元20供电，第三个电源用于为直流无刷电机50供电。使用三个电源时，整个直流无刷电机驱动电路1中，外围电路会更加复杂。同时，三个电源也会导致整个直流无刷电机驱动电路1体积较大，无法满足空气炸锅小型化的设计需求。
然而，通过上述内容可以看出，本申请中，只需要同时使用两个电源，即可实现调整直流电机的转速，简化了外围电路，同时减小了直流无刷电机驱动电路1的体积，使得空气炸锅能够满足小型化的设计需求。
在一实施例中，反馈单元30为霍尔传感器，反馈单元30用于向控制单元20输出霍尔信号，反馈直流无刷电机50的转速信息。控制单元20在接收到霍尔信号后，根据霍尔信号计算出当前直流无刷电机50的运转速度。
在一实施例中，如图3所示，直流无刷电机驱动电路1还包括电平转换单元60；反馈单元30通过电平转换单元60与控制单元20连接。其中，反馈单元30通过输出反馈信号的方式向控制单元20反馈直流无刷电机50的转速，电平转换单元60用于将反馈单元30所输出的反馈信号的电平转换为控制单元20所能够接收的电平。
在一实施例中，如图3所示，开关元件40为MOS管Q1，MOS管Q1的栅极与控制单元20连接，MOS管Q1的漏极与直流无刷电机50连接，MOS管Q1的源极接地。本实施例中，控制单元20可以通过向开关元件40输出PWM信号，控制开关元件40以某一开关频率动作。同时，控制单元20可以通过改变PWM信号的占空比，改变开关元件40的开关频率。
在一实施例中，如图3所示，直流无刷电机驱动电路1还包括滤波单元70；开关元件40通过滤波单元70与直流无刷电机50连接，滤波单元70用于进行滤波；具体的，从图3可以看出，MOS管Q1的漏极通过滤波单元70与直流无刷电机50连接。
请参照图4，其为本申请第三实施例示出的直流无刷电机驱动电路1的结构示意图。如图4所示，滤波单元70包括二极管D1、第一线圈L2、第二线圈L1、第一电容EC1、第二电容C1、保险丝FUSE1及第三电容C2；其中，开关元件40的漏极与第一线圈L2的一端及二极管D1的阳极连接；第一电容EC1的一端与二极管D1的阴极及第二线圈L1的一端连接，第一电容EC1的另一端接地；第二电容C1与开关元件40的漏极及第二线圈L1的一端连接；保险丝FUSE1的一端与第二线圈L1的另一端连接；第三电容C2的一端与保险丝FUSE1的另一端及直流无刷电机50连接，第三电容C2的另一端与第一线圈L2的另一端及直流无刷电机50连接。如图4所示，第三电容C2与直流无刷电机50的连接线路上设有第一端口910及第二端口920。值得注意的是，图4中并未示意出电平转换单元60。
在一实施例中，如图4所示，直流无刷电机驱动电路1还包括限流电阻R1及下拉电阻R2；其中，限流电阻R1的一端与控制单元20连接，限流电阻R1的另一端与开关元件40的栅极连接；下拉电阻R2的一端与限流电阻R1的另一端连接，下拉电阻R2的另一端接地。
下面根据基于图4详细讲解直流无刷电机驱动电路1调节直流无刷电机50转速的原理：
空气炸锅开始执行烹饪操作时，控制单元20先向开关元件40输出预设占空比的PWM信号，开关元件40接收到PWM信号后以PWM信号所对应的开关频率执行开关动作；在开关元件40以上述开关频率执行开关动作时，直流无刷电机50会以某个转速旋转。直流无刷电机50旋转过程中反馈单元30通过电平转换单元60向控制单元20输出霍尔信号，控制单元20接收到霍尔信号后根据霍尔信号计算直流无刷电机50的当前转速。转速计算成功后控制单元20判断直流无刷电机50的当前转速是否与目标转速一致。
若判断结果显示直流无刷电机50的当前转速与目标转速一致，控制单元20不对开关元件40的开关频率进行调整，仍然使开关元件40以当前开关频率执行开关动作，直至空气炸锅结束烹饪操作。
若判断结果显示直流无刷电机50的当前转速与目标转速不一致，控制单元20对开关元件40的开关频率进行调整；具体调整方式为，若直流无刷电机50的当前转速小于目标转速，则在原有基础上增加PWM信号的占空比，进而通过此方式提高开关元件40的开关频率；若直流无刷电机50的当前转速大于目标转速，则在原有基础上减小PWM信号的占空比，进而通过此方式降低开关元件40的开关频率。控制单元20对开关元件40的开关频率调整成功后，开关元件40会按照调整后的开关频率执行开关动作；此时直流无刷电机50的转速也被调整，其会按照调整后的转速进行旋转，旋转过程中反馈单元30继续向控制单元20输出霍尔信号，控制单元20接收到霍尔信号后根据霍尔信号计算直流无刷电机50的当前转速。转速计算成功后控制单元20判断直流无刷电机50的当前转速是否与目标转速一致。之后根据判断结果继续执行上述操作，直至直流无刷电机50的当前转速与目标转速一致为止。
请参照图5，其为本申请第一实施例示出的PWM信号及霍尔信号的示意图。请参照图6，其为本申请第二实施例示出的PWM信号及霍尔信号的示意图。如图5所示，其表示的是直流无刷电机50以全转速运行时霍尔传感器输出的霍尔信号，以及，控制单元20输出的PWM信号的示意图；其中，曲线1表示的是控制单元20输出的PWM信号，曲线2表示的是霍尔传感器输出的霍尔信号。如图6所示，其表示的是直流无刷电机50以半转速运行时霍尔传感器输出的霍尔信号，以及，控制单元20输出的PWM信号的示意图。其中，曲线3表示的是控制单元20输出的PWM信号，曲线4表示的是霍尔传感器输出的霍尔信号。值得注意的是，上述直流无刷电机50以全转速运行指的是直流无刷电机50以最高运转速度运行，上述直流无刷电机50以半转速运行指的是直流无刷电机50以最高运转速度的一半运行。直流无刷电机50以全转速运行时，PWM信号的占空比为100％，直流无刷电机50以半转速运行时，PWM信号的占空比为50％。
通过图5及图6可以看出，图5中霍尔信号波形完整，可通过传统的数波形的方式计算出直流无刷电机50的当前转速。然而，图6中，当PWM为低电平时，即电机驱动板80为断电状态时，霍尔传感器没有霍尔信号输出。此时通过传统的数波形的方式无法计算出直流无刷电机50的当前转速。但此时可以通过如下方式计算直流无刷电机50的当前转速：
若在霍尔信号中，单个霍尔信号中高电平的时间为T2，则根据上述时间可以计算出霍尔信号的周期为T1＝2*T2，之后再通过霍尔周期与频率的换算关系换算出直流无刷电机50转速的频率f＝1/T1，即可计算出直流无刷电机50的当前转速。
通过上述内容可以看出，本申请中，必须要求霍尔信号中存在一个完整的单个霍尔信号，通过此方式控制单元20才能计算出直流无刷电机50的当前转速。为此，为使得霍尔信号中能够存在一个完整的单个霍尔信号，需对PWM信号的周期进行设置，使PWM信号的周期大于其中，ρ为所述PWM信号的占空比信息，v为所述直流无刷电机50的目标转速信息。另外，因PWM信号的周期大于50ms后，直流电机的转速会出现不连贯，故基于此本实施例中将PWM信号的周期T3设置为/>其中，v的取值范围为1300～3200r/min。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路包括：
直流无刷电机及控制单元；
反馈单元，所述控制单元的一端通过所述反馈单元与所述直流无刷电机连接；所述反馈单元用于向所述控制单元反馈所述直流无刷电机的转速信息；
开关元件，所述控制单元的另一端通过所述开关元件与所述直流无刷电机连接；所述控制单元用于通过控制所述开关元件的开关频率，调整所述直流无刷电机的转速；
供电单元，所述供电单元与所述控制单元及所述直流无刷电机连接。
2.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述供电单元包括：
供电元件，所述供电元件与所述直流无刷电机连接；
DC-DC电源元件，所述供电元件通过所述DC-DC电源元件与所述控制单元连接。
3.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述开关元件为MOS管，所述MOS管的栅极与所述控制单元连接，所述MOS管的漏极与所述直流无刷电机连接，所述MOS管的源极接地。
4.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路还包括：
电平转换单元，所述反馈单元通过所述电平转换单元与所述控制单元连接。
5.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路还包括：
滤波单元，所述开关元件通过所述滤波单元与所述直流无刷电机连接。
6.根据权利要求5所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述滤波单元包括：
二极管、第一线圈及第二线圈，所述开关元件与所述第一线圈的一端及所述二极管的阳极连接；
第一电容，所述第一电容的一端与所述二极管的阴极及所述第二线圈的一端连接，所述第一电容的另一端接地；
第二电容，所述第二电容与所述开关元件及所述第二线圈的一端连接；
保险丝，所述保险丝的一端与所述第二线圈的另一端连接；
第三电容，所述第三电容的一端与所述保险丝的另一端及所述直流无刷电机连接，所述第三电容的另一端与所述第一线圈的另一端及所述直流无刷电机连接。
7.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述直流无刷电机驱动电路还包括：
限流电阻，所述限流电阻的一端与所述控制单元连接，所述限流电阻的另一端与所述开关元件连接；
下拉电阻，所述下拉电阻的一端与所述限流电阻的另一端连接，所述下拉电阻的另一端接地。
8.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述反馈单元为霍尔传感器；所述反馈单元用于向所述控制单元输出霍尔信号，反馈所述直流无刷电机的转速信息；其中，所述直流无刷电机的转速为其中，T1为所述霍尔信号的周期。
9.根据权利要求1所述的直流无刷电机驱动电路，其特征在于，所述控制单元用于向所述开关元件输出PWM信号，控制所述开关元件的开关频率，其中，所述PWM信号的周期大于其中，ρ为所述PWM信号的占空比信息，v为所述直流无刷电机的目标转速信息。
10.一种空气炸锅，其特征在于，包括如权利要求1-9任意一项所述的直流无刷电机驱动电路。
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| CN202322236100.1U Active CN220754676U (zh) | 2023-08-18 | 2023-08-18 | 一种直流无刷电机驱动电路及空气炸锅 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN220754676U (zh) |
-
2023
- 2023-08-18 CN CN202322236100.1U patent/CN220754676U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |