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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf das Gebiet der Motortreibertechnologie, und insbesondere auf eine Motortreiberschaltung und ein Motorbauteil.
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Hintergrund
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Eine Ständerspule eines Synchronmotors wird durch eine Wechselstromversorgung angetrieben. Die Wechselstromversorgung erzeugt ein rotierendes Magnetfeld, welches veränderliche Nord-Südpole auf den Polen des Ständers des Motors hat. Das rotierende Magnetfeld treibt den Läufer an zu rotieren, wobei die Drehgeschwindigkeit des Läufers von einer Frequenz der Wechselstromversorgung abhängt. Bei einem Startprozess eines herkömmlichen Synchronmotors erzeugt der Elektromagnet des Ständers ein wechselndes Magnetfeld und führt dann durch das wechselnde Magnetfeld zu einer Auslenkungsschwingung des Läufers. Falls eine Amplitude der Auslenkungsschwingung des Läufers ansteigt, kann die Rotation des Läufers schnell in eine Richtung beschleunigt werden, um schließlich mit dem wechselnden Magnetfeld des Ständers zu synchronisieren.
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Darstellung
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Eine Motortreiberschaltung, ein Motorbauteil und ein Anwendungsgerät sind gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen, sodass ein Motor mit einer Motortreiberschaltung beim Starten in einer voreingestellten Richtung rotieren kann.
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Um das obige Ziel zu erreichen, werden die folgenden technischen Lösungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorgesehen.
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Eine Motortreiberschaltung ist vorgesehen. Eine Motortreiberschaltung weist auf:
einen Wechselstromschalter, der in Reihe mit einem Motor über zwei Anschlüsse einer externen Wechselstromversorgung geschaltet ist, wobei der Wechselstromschalter zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten geschaltet ist;
eine Gleichrichterschaltung mit einer ersten Eingangsklemme und einer zweiten Eingangsklemme; und
eine erste Spannungsabfallschaltung, die zwischen die erste Eingangsklemme des Gleichrichters und den ersten Knoten geschaltet ist.
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Vorzugsweise weist des Weiteren die oben beschriebene Motortreiberschaltung eine Schaltersteuerschaltung und einen Magnetsensor auf, wobei die Schaltersteuerschaltung zwischen eine Steuerklemme des Wechselstromschalters und eine Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung geschaltet ist, wobei eine Ausgangsklemme des Magnetsensors mit einer Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung verbunden ist und wobei der Magnetsensor zum Erfassen eines Magnetfelds des Läufers des Motors ausgebildet ist und ein entsprechendes magnetisches induktives Signal ausgibt.
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Vorzugsweise hat bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung ein Strom, der durch die erste Spannungsabfallschaltung fließt, wenn ein Treiberstrom den Wechselstromschalter antreibt, einen Treiberstrom, der höher ist als ein Strom, der durch die erste Spannungsabfallschaltung fließt, wenn der Wechselstromschalter ausgeschaltet ist.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung ein Strom, der durch den Motor fließt, wenn ein Treiberstrom den Wechselstromschalter antreibt, höher als ein Strom, der durch den Motor fließt, wenn der Wechselstromschalter ausgeschaltet ist.
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Vorzugsweise weist des Weiteren die oben beschriebene Motortreiberschaltung eine zwischen der ersten Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung und dem zweiten Knoten vorgesehene zweite Spannungsabfallschaltung auf.
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Vorzugsweise ist die Schaltersteuerschaltung bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung dazu ausgebildet, basierend auf dem magnetischen induktiven Signal und einer Polarität der Wechselstromversorgung den Wechselstromschalter zum Anschalten oder Abschalten zu steuern.
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Vorzugsweise ist die Schaltersteuerschaltung bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung dazu ausgebildet, den Wechselstromschalter einzuschalten, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers in einer ersten Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers in einer zweiten Polarität entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist, und den Wechselstromschalter auszuschalten, falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers in einer ersten Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers in einer zweiten Polarität ist.
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Vorzugsweise schaltet die Schaltersteuerschaltung bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung wenigstens zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, falls sich der Wechselstromschalter in einem Ein-Zustand befindet;
wobei der erste Zustand eine Situation ist, dass ein Strom von einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung zu der Steuerklemme des Wechselstromschalters durch die Schaltersteuerschaltung fließt;
und wobei der zweite Zustand eine Situation ist, dass ein Strom von der Steuerklemme des Wechselstromschalters zu einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung durch die Schaltersteuerschaltung fließt.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung ein Betriebszustand der Schaltersteuerschaltung der erste Zustand, falls eine Polarität des Magnetfelds des Läufers eine erste Polarität ist und die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet, und der Arbeitszustand der Schaltersteuerspannung ist der zweite Zustand, falls die Polarität des Magnetfelds des Läufers eine zweite Polarität ist, die entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist, und die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet.
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Vorzugsweise umfasst die Schaltersteuerschaltung bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter;
wobei der erste Schalter in einen ersten Strompfad geschaltet ist, wobei der erste Strompfad zwischen der Steuerklemme des Wechselstromschalters und einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist; und
wobei der zweite Schalter in einen zweiten Strompfad geschaltet ist, wobei der zweite Strompfad zwischen der Steuerklemme des Wechselstromschalters und einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung vorgesehen ist.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung eine Stromeingangsklemme des Magnetsensors mit einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung verbunden, und eine geerdete Klemme des Magnetsensors ist mit einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung verbunden.
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Vorzugsweise weist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung die Schaltersteuerschaltung einen ersten Strompfad, in welchem ein Strom zu der Steuerklemme des Wechselstromschalters fließt, einen zweiter Strompfad, in welchem ein Strom von der Steuerklemme des Wechselstromschalters fließt, und einen Schalter, der in einen des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads geschaltet ist, auf, wobei der Schalter durch das magnetisch induktive Signal gesteuert wird, um jeweils den ersten Strompfad und den zweiten Strompfad einzuschalten.
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Vorzugsweise ist kein Schalter in dem jeweils anderen ersten Strompfad und dem zweiten Strompfad bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung vorhanden.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung eine Eingangsklemme der Schaltersteuerschaltung mit einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung verbunden, und eine Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung ist mit der Steuerklemme des Wechselstromschalters verbunden; und
eine Stromeingangsklemme des Magnetsensors ist mit einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung verbunden, wobei eine geerdete Klemme des Magnetsensors mit einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung verbunden ist, und wobei die Ausgangsklemme des Magnetsensors mit einer Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung verbunden ist.
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Vorzugsweise wird bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet und eine Polarität des Läufers eine zweite Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers eine erste Polarität ist, ein Pfad zwischen der Stromeingangsklemme des Magnetsensors und der geerdeten Klemme des Magnetsensors gebildet; und
falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die zweite Polarität ist, wird ein Pfad zwischen der Ausgangsklemme des Magnetsensors und der geerdeten Klemme des Magnetsensors gebildet.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung die Schaltersteuerschaltung wie folgt ausgebildet:
falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers eine erste Polarität ist, wird ein Pfad zwischen der Eingangsklemme der Schaltersteuerschaltung und der Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung gebildet; und
falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers eine zweite Polarität ist, wird ein Pfad zwischen der Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung und der Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung gebildet.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung der Motor in Reihe mit der Wechselstromversorgung zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten geschaltet.
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Vorzugsweise ist bei der oben beschriebenen Motortreiberschaltung der Motor in Reihe mit dem Wechselstromschalter zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten geschaltet.
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Ein Motorbauteil ist vorgesehen. Das Motorbauteil weist gemäß einer der obigen Ausführungsformen einen Motor und eine Motortreiberschaltung auf.
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Vorzugsweise weist der Motor in dem oben beschriebenen Motorbauteil einen Ständer und einen Läufer auf, wobei der Ständer einen Ständerkern und eine auf den Ständerkern gewickelte Einphasen-Wicklung aufweist.
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Basierend auf den obigen technischen Lösungen erhält in der Motortreiberschaltung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die Schaltersteuerschaltung über die Steuerklemme das durch den Magnetsensor erfasste magnetisch induktive Signal der Polarität des Magnetfelds des Läufers des Motors, und steuert zumindest basierend auf dem magnetisch induktiven Signal den bidirektionalen Wechselstromschalter, dass dieser an- oder ausgeschaltet wird, sodass der Motor mit der Motortreiberschaltung jedes Mal in eine feste Richtung rotiert, wenn der Läufer eingeschaltet wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Um die technischen Lösungen der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oder den herkömmlichen Technologien klarer zu verdeutlichen, werden die für die Beschreibung der Ausführungsformen oder der herkömmlichen Technologie verwendeten Zeichnungen kurz nachfolgend beschrieben. Es ist ersichtlich, dass die nachfolgend beschriebenen Zeichnungen lediglich einige Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verdeutlichen, und andere Zeichnungen basierend auf diesen Zeichnungen von Fachleuten ohne kreative Anstrengungen erhalten werden können.
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1A ist ein Strukturdiagramm einer Motortreiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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1B ist ein Strukturdiagramm einer Motortreiberschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist ein Strukturdiagramm einer Motortreiberschaltung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist ein Strukturdiagramm einer Schaltersteuerschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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4 ist ein Strukturdiagramm einer Schaltersteuerschaltung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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5A ist ein Strukturdiagramm einer Schaltersteuerschaltung gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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5B ist ein Strukturdiagramm einer Schaltersteuerschaltung gemäß noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist ein Strukturdiagramm einer Gleichrichterschaltung in einer Motortreiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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7 ist ein Strukturdiagramm eines Magnetsensors in einer Motortreiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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8 ist ein Strukturdiagramm eines Motors in einem Motorbauteil gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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9A bis 9D sind schematische Zeichnungen von Strompfaden einer Motortreiberschaltung für unterschiedliche Polaritäten einer Stromversorgung und unterschiedliche Polaritäten eines Magnetfelds gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung der Ausführungsformen
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Die technischen Lösungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachfolgend klar und vollständig in Verbindung mit den Zeichnungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist ersichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur wenige statt aller Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind. Alle anderen Ausführungsformen, die basierend auf den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne kreative Anstrengungen durch Fachleute erhalten werden können, fallen innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Offenbarung.
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In den folgenden Beschreibungen werden konkrete Details für ausreichendes Verständnis der vorliegenden Offenbarung dargelegt, aber die vorliegende Offenbarung kann weiter auf andere Weise, unterschiedlich zu den hier beschriebenen Weisen, implementiert werden. Ähnliche Erweiterungen können durch Fachleute durchgeführt werden, ohne dass der Grundgedanke der vorliegenden Offenbarung verlassen wird, und daher ist die Offenbarung nicht auf bestimmte Ausführungsformen, welche nachfolgend offengelegt werden, beschränkt.
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Nachfolgend wird eine Motortreiberschaltung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durch Verwendung des Beispiels einer auf einen Motor angewendeten Motortreiberschaltung dargestellt.
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Wie in 1A und 1B gezeigt, ist eine Motortreiberschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen. Die Motortreiberschaltung weist einen bidirektionalen Wechselstromschalter 100, eine Gleichrichterschaltung 200, eine erste Spannungsabfallschaltung 300, eine Schaltersteuerschaltung 400 und einen Magnetsensor 500 auf.
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Der bidirektionale Wechselstromschalter 100 ist mit dem Motor M über zwei Klemmen einer externen Wechselstromversorgung AC in Reihe geschaltet. Der bidirektionale Wechselstromschalter 100 kann ein Triac (TRIAC) sein und ist zwischen einem ersten Knoten A und einem zweiten Knoten B geschaltet. Optional ist, wie in 1A gezeigt, der Motor M in Reihe mit dem Wechselstromschalter zwischen dem ersten Knoten A und dem zweiten Knoten B geschaltet; oder, wie in 1B gezeigt, ist der Motor M in Reihe mit dem bidirektionalen Wechselstromschalter 100 zwischen dem ersten Knoten A und dem zweiten Knoten B geschaltet.
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Die Gleichrichterschaltung 200 umfasst eine erste Eingangsklemme und eine zweite Eingangsklemme, wobei die Gleichrichterschaltung 200 dazu ausgebildet ist, einen Wechselstrom, der von der Wechselstromversorgung ausgegeben wird, in einen Gleichstrom zu wandeln und dann den Gleichstrom abzugeben.
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Die erste Spannungsabfallschaltung 300 ist zwischen die ersten Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und den ersten Knoten A geschaltet. Die Typen der ersten Spannungsabfallschaltung können abhängig von konkreten Anforderungen verschieden sein. Zum Beispiel kann die erste Spannungsabfallschaltung 300 wenigstens einen Spannungsabfallwiderstand RA aufweisen.
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Die Schaltersteuerschaltung 400 ist zwischen eine erste Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 und eine Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 geschaltet.
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Eine Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ist mit einer Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung 400 verbunden. Der Magnetsensor 500 ist dazu ausgebildet, ein Magnetfeld des Läufers des Motors zu erfassen und ein entsprechendes magnetisch induktives Signal auszugeben, und dann den Betriebszustand der Schaltersteuerschaltung 400 basierend auf dem magnetisch induktiven Signal und einer Strompolarität der Wechselstromversorgung AC zu verändern. Der Magnetsensor 500 ist nahe dem Läufer des Motor M positioniert, um eine Veränderung des Magnetfelds des Läufers wahrzunehmen.
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Bei den technischen Lösungen, welche in der obigen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung dargelegt sind, steuert die Schaltersteuerschaltung 400 Zustände des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 wenigstens basierend auf dem magnetisch induktiven Signal. Steuerregeln können abhängig von konkreten Anforderungen eingestellt sein, um eine vom magnetisch induktiven Signal und der Wechselstromversorgung AC gesteuerte Startrichtung des Motors zu ermöglichen, sodass der Läufer des Motors M jedes Mal in einer gleichen Richtung rotiert, wenn der Motor gestartet wird.
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Es ist ersichtlich, dass der bidirektionale Wechselstromschalter 100 mit anderen passenden Schaltertypen implementiert werden kann. Zum Beispiel kann der bidirektionale Wechselstromschalter 100 zwei Silizium-gesteuerte-Gleichrichter aufweisen, die jeweils antiparallel zueinander geschaltet sind, wobei eine entsprechende Steuerschaltung vorgesehen sein kann, und wobei die zwei Silizium-gesteuerten-Gleichrichter in einer vorab festgelegten Weise über die Steuerschaltung basierend auf einem Ausgangssignal der Schaltersteuerschaltung 400 gesteuert werden. Oder der bidirektionale Wechselstromschalter 100 kann einen elektronischen Schalter aufweisen, welcher Ströme in zwei Richtungen fließen lässt und aus einem oder mehreren der Elemente Metall-Oxid-Halbleiterfeldeffekt-Transistor, Silizium-gesteuerte-Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltung, bidirektionaler Trioden-Thyristor, bipolarer Transistor mit isoliertem Gate, Bipolartransistor, Thyristor und Optokoppler besteht. Zum Beispiel können zwei Metall-Oxid-Halbleiterfeldeffekt-Transistoren einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden; zwei Silizium-gesteuerte-Wechselstrom-Gleichstrom-Wandlerschaltungen einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden; zwei isolierte bipolare Transistoren mit isoliertem Gate einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden oder zwei Bipolartransistoren einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird ein Treiberstrom der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 durch einen Spannungsabfall gesteuert, der durch die erste Spannungsabfallschaltung 300 erzeugt wird. Bei wenigstens einer Ausführungsform ist die Spannungsabfallschaltung 300 zwischen der ersten Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und dem ersten Knoten A vorgesehen, und ein Spannungsabfall, der durch die Motortreiberschaltung benötigt wird, wird vollständig von der ersten Spannungsabfallschaltung 300 zur Verfügung gestellt. Für eine Anwendung, die einen hohen Spannungsabfall erfordert, hat die erste Spannungsabfallschaltung 300 einen sehr hohen entsprechenden Widerstand. Wenn die Motortreiberschaltung in Betrieb ist, wird ein Treiberstrom, der durch den bidirektionalen Wechselstromschalter 100 fließt, durch die erste Spannungsabfallschaltung 300 fließen. Daher wird der Treiberstrom der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 sehr klein sein. Das heißt, für die Auswahl des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 ist es erforderlich, einen Typ eines bidirektionalen Wechselstromschalters auszuwählen, der einen sehr geringen Treiberstrom hat. Jedoch stellt ein bidirektionaler Wechselstromschalter, der die obigen Bedingungen erfüllt, sehr hohe Anforderungen an den Herstellprozess, was unmittelbar zu hohen Kosten für die Herstellung eines bidirektionalen Wechselstromschalters führt, welcher auf einen niedrigen Treiberstrom ansprechen kann. In einem weiteren Aspekt kann ein bidirektionaler Wechselstromschalter mit einem niedrigen Treiberstrom nur einem entsprechenden niedrigen Laststrom standhalten und kann nicht die Anforderungen für eine Anwendung als bidirektionalen Wechselstromschalter mit hohem Laststrom erfüllen. In Anbetracht dessen ist die oben beschriebene Motortreiberschaltung wie folgt ausgebildet: ein Strom fließt durch die erste Spannungsabfallschaltung 300, falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 einen Treiberstrom hat, der höher ist als ein Strom, der durch die erste Spannungsabfallschaltung 300 fließt, falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 ausgeschaltet ist; und/oder ein Strom fließt durch den Motor M, falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 einen Treiberstrom hat, der höher ist als ein Strom, der durch den Motor M fließt, falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 ausgeschaltet ist. In einer konkreten Implementierung der obigen Ausbildungslösung, welche gemäß der in 2 gezeigten vorliegenden Offenbarung geschaffen wird, kann die Motortreiberschaltung weiter eine zweite Spannungsabfallschaltung 600 aufweisen, die zwischen der zweiten Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und dem zweiten Knoten B vorgesehen ist. Ähnlich der ersten Spannungsabfallschaltung 300 kann die zweite Spannungsabfallschaltung 600 wenigstens einen zweiten Spannungsabfallwiderstand RB aufweisen. In diesem Fall kann der entsprechende Widerstand der ersten Spannungsabfallschaltung 300 derart geeignet reduziert werden, um den Treiberstrom des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zu erhöhen. Daher kann bei der Auswahl des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 ein bidirektionaler Wechselstromschalter mit hohem Treiberstrom und einem hohen Laststrom ausgewählt werden, wodurch sich die Kosten für das Schaltungsdesign reduzieren. Es können Werte von gleichwertigen Widerständen der ersten Spannungsabfallschaltung 300 und der zweiten Spannungsabfallschaltung 600 abhängig von konkreten Anforderungen zugeordnet werden, vorausgesetzt, dass die erste Spannungsabfallschaltung 300 und die zweite Spannungsabfallschaltung 600 einen geeigneten Spannungsabfall für die Motortreiberschaltung zur Verfügung stellen können.
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Bei den technischen Lösungen, die in der obigen Ausführungsform dargelegt sind, ist die Schaltersteuerschaltung 400 dazu ausgebildet, basierend auf dem magnetisch induktiven Signal und der Polarität der Wechselstromversorgung den bidirektionalen Wechselstromschalter 100 an- oder abzuschalten. Insbesondere wird der bidirektionale Wechselstromschalter eingeschaltet, falls die Wechselstromversorgung AC in einer positiven Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers des Motors in einer ersten Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers in einer zweiten Polarität entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist, und der bidirektionale Wechselstromschalter wird ausgeschaltet, falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers des Motors in der ersten Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und der Läufer in der zweiten Polarität ist. Welche Polarität des Magnetfelds die erste Polarität und welche Polarität des Magnetfelds die zweite Polarität ist, kann bei Bedarf basierend auf einer Startrichtung des Läufers bestimmt werden.
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Bei den technischen Lösungen, die in den obigen Ausführungsformen dargelegt sind, kann die Schaltersteuerschaltung 400 dazu ausgebildet sein, in zwei Zuständen zu arbeiten, d. h. einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand. Falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet ist, schaltet die Schaltersteuerschaltung 400 wenigstens zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand. Der erste Zustand ist ein Zustand, bei welchem ein Strom von einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 durch die Schaltersteuerschaltung 400 zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt; und der zweite Zustand ist ein Zustand, bei welchem ein Strom von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 durch die Schaltersteuerschaltung 400 zu einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 fließt. Konkret schaltet die Schaltersteuerschaltung 400 basierend auf unterschiedlichen Einschaltbedingungen des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zwischen unterschiedlichen Zuständen. Zum Beispiel ist, falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet ist, wenn eine Polarität des Magnetfelds des Läufers die erste Polarität ist und die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet, der Betriebszustand der Schaltersteuerschaltung 400 der erste Zustand; und falls der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet ist, wenn eine Polarität des Magnetfelds des Läufers die zweite Polarität entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist und die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet, ist der Betriebszustand der Schaltersteuerschaltung 400 der zweite Zustand.
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Es ist zu beachten dass, wenn die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und das externe Magnetfeld die erste Polarität ist oder wenn die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das externe Magnetfeld die zweiten Polarität ist, eine Situation, bei der ein Strom durch die Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt, eine Situation sein kann, bei der ein Strom für die gesamte Dauer der oben beschriebenen zwei Fälle (der erste Zustand und der zweite Zustand) durch die Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt, oder eine Situation sein kann, bei der ein Strom für einen Teil der Dauer der zwei oben beschriebenen Fälle durch eine Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform kann ein Fall, dass die Schaltersteuerschaltung 400 zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand schaltet, ein Fall sein, bei dem die Schaltersteuerschaltung 400 sofort zu dem anderen Zustand schaltet, nachdem der andere endet, oder kann ein Fall sein, bei dem die Schaltersteuerschaltung 400 innerhalb einer bestimmten Zeit zu dem anderen Zustand schaltet. Bei wenigstens einer Ausführungsform ist keine Stromwechselwirkung zwischen der Schaltersteuerschaltung 400 und dem bidirektionalen Wechselstromschalter 100 in dem Zeitintervall zwischen den zwei Zuständen vorhanden.
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Die Schaltersteuerschaltung 400 kann einen ersten Schalter K1 und einen zweiten Schalter K2 aufweisen. Der erste Schalter K1 ist in einen ersten Strompfad geschaltet und ist dazu ausgebildet, basierend auf der Polarität des Magnetfelds des Läufers und der Polarität der Wechselstromversorgung, den ersten Strompfad an- oder abzuschalten. Der erste Strompfad ist zwischen der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 und der Ausgabeklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 vorgesehen. Der zweite Schalter K2 ist in einen zweiten Strompfad geschaltet und ist dazu ausgebildet, basierend auf der Polarität des Magnetfelds des Läufers und der Polarität der Wechselstromversorgung, den zweiten Strompfad an- oder abzuschalten. Der zweite Strompfad ist zwischen der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 und der Ausgabeklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 vorgesehen.
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Der erste Strompfad und der zweite Strompfad werden jeweils im Wechsel unter Steuerung des magnetischen induktiven Signals eingeschaltet, sodass die Schaltersteuerschaltung 400 zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand schaltet. Vorzugsweise kann der erste Schalter K1 eine Triode sein und der zweite Schalter K2 kann eine Triode oder eine Diode sein, welche in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt sind und von Situationen abhängig sind.
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Speziell sind bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 3 gezeigt, der erste Schalter K1 und der zweite Schalter K2 ein Paar von komplementären Halbleiterschaltern. Der erste Schalter K1 ist auf einem niedrigen Level eingeschaltet, und der zweite Schalter K2 ist auf einem hohen Level eingeschaltet. Der erste Schalter K1 ist in dem ersten Strompfad vorgesehen, und der zweite Schalter K2 ist in dem zweiten Strompfad vorgesehen. Beide Steuerklemmen des ersten Schalters K1 und des zweiten Schalters K2 sind mit der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 verbunden. Eine Stromeingangsklemme des ersten Schalters K1 ist mit einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden, eine Stromausgangsklemme des ersten Schalters K1 ist mit einer Stromeingangsklemme des zweiten Schalters verbunden, und eine Stromausgangsklemme des zweiten Schalters K2 ist mit der Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden. Falls das durch die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ausgegebene magnetisch induktive Signal auf einem niedrigen Level ist, ist der erste Schalter K1 eingeschaltet, der zweite Schalter K2 ist ausgeschaltet und ein Strom der Motortreiberschaltung fließt von der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 durch den ersten Schalter K1. Falls das magnetisch induktive Signal, das durch die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ausgegeben wird, auf einem hohen Level ist, ist der zweite Schalter eingeschaltet, der erste Schalter ist ausgeschaltet, und ein Laststrom fließt von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zu der Ausgangsklemme mit niedriger Spannung des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 durch den zweiten Schalter K2. Bei wenigstens einer Ausführungsform ist der erste Schalter K1 ein P-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (P-Typ-MOSFET), und der zweite Schalter K2 ist ein N-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (N-Typ-MOSFET). Bei anderen Ausführungsformen können der erste Schalter K1 und der zweite Schalter K2 andere Typen von Halbleiterschaltern sein, wie beispielweise ein Sperrschicht-Feldeffekttransistoren (JFET) oder ein Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MESFET).
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Bei weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist, wie in 4 gezeigt, der erste Schalter K1 ein Schalter, welcher bei einem hohen Level eingeschaltet ist, der zweite Schalter K2 ist eine unidirektionale Diode, und eine Steuerklemme des ersten Schalters K1 und eine Kathode des zweiten Schalters K2 sind mit der Ausgabeklemme des Magnetsensors 500 verbunden. Eine Stromeingangsklemme des ersten Schalters K1 ist mit der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden, und eine Stromausgangsklemme des ersten Schalters K1 und eine Anode des zweiten Schalters K2 sind mit der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 verbunden. Der erste Schalter K1 ist mit dem ersten Strompfad verbunden, und der zweite Schalter K2 und der Magnetsensor 500 sind mit dem zweiten Strompfad verbunden. Falls das durch die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ausgegebene magnetisch induktive Signal auf einem hohen Level ist, ist der erste Schalter K1 eingeschaltet, der zweite Schalter K2 ist ausgeschaltet, und ein Strom der Motortreibereinheit fließt von der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 durch den ersten Schalter K1 zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100. Falls das durch die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ausgegebene magnetisch induktive Signal auf einem niedrigen Level ist, ist der zweite Schalter K2 eingeschaltet, der erste Schalter K1 ist ausgeschaltet, und ein Strom der Motortreibereinheit fließt der Reihe nach von der Steuerklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 durch den zweiten Schalter K2 und den Magnetsensor 500. Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können der erste Schalter K1 und der zweite Schalter K2 aus anderen Strukturen sein, welche nicht in der vorliegenden Offenbarung beschränkt sind und von konkreten Situationen abhängen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist die Schaltersteuerschaltung 400 einen ersten Strompfad auf, in welchem ein Strom zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters fließt, ein zweiter Strompfad, in welchem ein Strom von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters fließt, und einen Schalter, der in einen des ersten und des zweiten Strompfads geschaltet ist. Der Schalter wird durch das magnetisch induktive Signal gesteuert, um wahlweise den ersten Strompfad und den zweiten Strompfad einzuschalten. Vorzugsweise ist in dem anderen des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads kein Schalter vorhanden.
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Bei einer konkreten Implementierung, wie beispielsweise in 5A gezeigt, weist die Schaltersteuerschaltung 400 einen parallel geschalteten unidirektionalen Schalter D1 und einen Widerstand R1 auf. Eine Stromeingangsklemme des unidirektionalen Schalters D1 ist mit einer Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 verbunden, und eine Stromausgangsklemme des unidirektionalen Schalters D1 ist mit der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 verbunden. Der Magnetsensor 500 und der unidirektionale Schalter D1 sind in einen Strompfad geschaltet, in welchem ein Strom von der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt, und der Magnetsensor 500 und der Widerstand R1 sind in einem Strompfad vorgesehen, in welchem ein Strom von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zu einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 fließt. Der unidirektionale Schalter D1 ist eingeschaltet, falls das magnetisch induktive Signal auf einem hohen Level ist, und ein Strom der Motortreiberschaltung fließt von der Ausgangsklemme mit hoher Spannung des bidirektionalen Wechselstromschalters der Reihe nach durch den Magnetsensor 500 und den unidirektionalen Schalter D1. Falls das magnetisch induktive Signal auf einem niedrigen Level ist, ist der unidirektionale Schalter D1 ausgeschaltet, und der Strom der Motortreiberschaltung fließt von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zu der Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 der Reihe nach durch den Widerstand R1 und den Magnetsensor 500.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist, wie in 5B gezeigt, die Schaltersteuerschaltung 400 Dioden D2 und D3, die in Antiserie zwischen der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 und der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters geschaltet ist, einen Widerstand R2, welcher parallel mit den in Reihe geschalteten Dioden D2 und D3 geschaltet, und einen Widerstand R3 auf, der zwischen einer gemeinsamen Klemme der Dioden D2 und D3 und der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden ist. Eine Kathode der Diode D2 ist mit der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 verbunden. Die Diode D2 wird durch das magnetisch induktive Signal gesteuert. Falls das magnetisch induktive Signal auf einem hohen Level ist, ist die Diode D2 ausgeschaltet, und ein Strom der Motortreiberschaltung fließt von der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 zu der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters der Reihe nach durch den Widerstand R3 und die Diode D3. Falls das magnetisch induktive Signal auf einem niedrigen Level ist, fließt der Strom der Motortreiberschaltung von der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 zu der Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 der Reihe nach durch den Widerstand R2 und den Magnetsensor 500.
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Auf der Basis der obigen Ausführungsformen ist in einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung wie in 1A oder 1B gezeigt, eine Eingangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400 mit der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden, und eine Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400 ist mit der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 verbunden. Eine Stromeingangsklemme des Magnetsensors 500 ist mit der Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200 direkt oder indirekt verbunden, eine geerdete Klemme des Magnetsensors 500 ist mit der Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200 verbunden, und die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 ist mit einer Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung 400 verbunden. Die Motortreiberschaltung ist wie folgt ausgebildet: falls die Wechselspannungsversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die zweite Polarität ist, verhindert eine Ausgabe der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 das Ausbilden des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads, wobei ein Pfad zwischen der Stromeingangsklemme des Magnetsensors 500 und der geerdeten Klemme des Magnetsensors 500 gebildet wird, und ein Strom der Motortreiberschaltung fließt zu dem ersten Knoten B der Reihe nach durch die erste Spannungsabfallschaltung 300, die erste Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200, die Ausgabeklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die Stromeingangsklemme des Magnetsensors 500, die geerdete Klemme des Magnetsensors 500, die Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die zweite Ausgangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und die zweite Spannungsabfallschaltung 600 (falls die zweite Spannungsabfallschaltung besteht); falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die erste Polarität ist, verhindert eine Ausgabe der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 das Ausbilden des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads, wobei ein Pfad zwischen der Stromeingangsklemme des Magnetsensors 500 und der geerdeten Klemme des Magnetsensors 500 gebildet wird, und der Strom der Motortreiberschaltung fließt zu dem ersten Knoten A der Reihe nach durch die zweite Spannungsabfallschaltung 300 (falls die zweite Spannungsabfallschaltung besteht), die zweite Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200, die Ausgabeklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die geerdete Klemme des Magnetsensors 500, die Stromeingangsklemme des Magnetsensors 500, die Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die erste Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und die erste Spannungsabfallschaltung 300; und falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die zweite Polarität ist, wird ein Pfad zwischen der Ausgangsklemme des Magnetsensors 500 und der geerdeten Klemme des Magnetsensors 500 gebildet, wobei in diesem Fall ein Strom von der Motortreiberschaltung zum ersten Knoten A der Reihe nach durch eine Eingangsklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters, eine Ausgangsklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100, die Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400, die Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung 400, die Ausgangsklemme des Magnetsensors 500, die geerdete Klemme des Magnetsensors 500, die Ausgangsklemme mit niedriger Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die erste Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200 und der ersten Spannungsabfallschaltung 300 fließt. Es sollte beachtet werden, dass „ein Pfad gebildet” zwischen zwei Klemmen sich darauf bezieht, dass ein Strom durch zwei Klemmen fließt, was nicht näher interpretiert werden sollte, als dass zwei Klemmen kurzgeschlossen sind.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform wird, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die erste Polarität ist, ein Pfad zwischen der Eingangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400 und der Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400 gebildet, und in diesem Fall fließt ein Strom der Motortreiberschaltung zu dem zweiten Knoten der Reihe nach durch die erste Spannungsabfallschaltung 300, die erste Eingangsklemme der Gleichrichterschaltung 200, die Ausgangsklemme mit hoher Spannung der Gleichrichterschaltung 200, die Eingangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400, der Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400, der Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 und die erste Klemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100; und in dem Fall, dass die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle arbeitet und die Polarität des Magnetfelds des Läufers die zweite Polarität ist, wird ein Pfad zwischen der Ausgangsklemme der Schaltersteuerschaltung 400 und der Steuerklemme der Schaltersteuerschaltung 400 gebildet.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform ist der Magnetsensor 500 durch eine erste Stromversorgung versorgt, und die Schaltersteuerschaltung 400 ist durch eine zweite Stromversorgung versorgt, die unterschiedlich zu der ersten Stromversorgung ist. Es sollte beachtet werden, dass bei den Ausführungsformen dieser Offenbarung die zweite Stromversorgung eine Stromversorgung mit einer variierenden Amplitude oder eine Gleichstromversorgung mit einer konstanten Amplitude sein kann. In einem Fall, dass die zweite Stromversorgung eine Stromversorgung mit einer variierenden Amplitude ist, ist eine Gleichstromversorgung mit einer variierenden Amplitude zu bevorzugen, was nicht in der vorliegenden Offenbarung beschränkt ist und hängt von konkreten Situationen ab.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform ist die erste Stromversorgung eine Gleichstromversorgung mit einer konstanten Amplitude, um ein stabiles Treibersignal für den Magnetsensor 500 zur Verfügung zu stellen und den Magnetsensor 500 stabil arbeiten zu lassen.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform ist ein Mittelwert einer Ausgangsspannung der ersten Stromversorgung kleiner als ein Mittelwert einer Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgung. Es sollte beachtet werden, dass, falls der Magnetsensor 500 durch eine Stromversorgung mit niedrigem Stromverbrauch angetrieben wird, der Stromverbrauch der Motortreiberschaltung reduziert werden kann; und falls die Schaltersteuerschaltung 400 durch eine Stromversorgung mit hohem Stromverbrauch angetrieben wird, die Steuerklemme des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 einen hohen Strom erhalten kann, sodass die Motortreiberschaltung eine ausreichende Antriebsleistung hat.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform weist die Motortreiberschaltung weiter eine Spannungsreglerschaltung auf, die zwischen der Gleichrichterschaltung 200 und dem Magnetsensor 500 vorgesehen wird. Bei der Ausführungsform kann die Gleichrichterschaltung 200 als die zweite Stromversorgung verwendet werden, und die Spannungsreglerschaltung kann als die erste Spannungsversorgung verwendet werden. Die Spannungsreglerschaltung ist dazu ausgebildet, eine von der Gleichrichterschaltung 200 ausgegebene erste Spannung in eine zweite Spannung zu regeln. Die zweite Spannung ist eine Versorgungsspannung für den Magnetsensor 500, und die erste Spannung ist eine Versorgungsspannung für die Schaltersteuerschaltung 400. Ein Mittelwert der ersten Spannung ist größer als ein Mittelwert der zweiten Spannung, um den Leistungsverbrauch der Motortreiberschaltung zu reduzieren, und ermöglicht der Motortreiberschaltung eine ausreichende Antriebsleistung zu haben.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform weist die Gleichrichterschaltung 200 einen Vollwegbrückengleichrichter und eine Spannungsstabilisierungs-Einheit auf, welche mit einem Ausgang des Vollwegbrückengleichrichters verbunden ist. Der Vollwegbrückengleichrichter ist dazu ausgebildet, eine durch die Wechselstromversorgung AC ausgegebene Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandlen, und die Spannungsstabilisierungs-Einheit ist dazu ausgebildet, ein durch den Vollwegbrückengleichrichter ausgegebenes Gleichstromsignal innerhalb eines vorab eingestellten Wertebereichs zu stabilisieren.
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6 zeigt einen konkreten Schaltkreis der Gleichrichterschaltung 200. Die Spannungsstabilisierungs-Einheit weist eine Zener-Diode DZ auf, welche zwischen zwei Ausgangsklemmen des Vollwegbrückengleichrichters verbunden ist. Der Vollwegbrückengleichrichter weist eine erste Diode 211 und eine zweite Diode 212 auf, die in Reihe geschaltet sind, und eine dritte Diode 213 und eine vierte Diode 214 auf, die in Reihe geschaltet sind. Eine gemeinsame Klemme der ersten Diode 211 und der zweiten Diode 212 ist mit der ersten Spannungsabfallschaltung 300 verbunden. Falls die Motortreiberschaltung die zweite Spannungsabfalleinheit 600 aufweist, ist eine gemeinsame Klemme der dritten Diode 213 und der vierten Diode 214 mit der zweiten Spannungsabfallschaltung 600 geschaltet; und falls die Motortreiberschaltung nicht die zweite Spannungsabfallschaltung 600 aufweist, ist die gemeinsame Klemme der dritten Diode 213 und der vierten Diode 214 mit dem zweiten Knoten B verbunden.
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Eine Ausgangsklemme mit niedriger Spannung des Vollwegbrückengleichrichters wird durch elektrisches Verbinden einer Eingangsklemme der ersten Diode 211 an eine Eingangsklemme der dritten Diode 213 gebildet, und eine Ausgangsklemme mit hoher Spannung des Vollwegbrückengleichrichters wird durch elektrisches Verbinden einer Ausgangsklemme der zweiten Diode 212 an eine Ausgangsklemme der vierten Diode 214 gebildet. Die Zener-Diode DZ ist zwischen einer gemeinsamen Klemme der zweiten Diode 212 und der vierten Diode 214 und einer gemeinsamen Klemme der ersten Diode 211 und der dritten Diode 213 geschaltet. Es sollte beachtet werden, dass bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung die Eingangsklemme der Schalterkontrollschaltung 400 elektrisch mit der Ausgangsklemme mit hoher Spannung des Vollwegbrückengleichrichters verbunden ist.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung weist, wie in 7 gezeigt, der Magnetsensor 500 ein Magnetfelderfassungselement 510, das dazu ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und das externe Magnetfeld in ein elektrisches Signal umzuwandeln, eine Signalverarbeitungseinheit 520, die dazu ausgebildet ist, das elektrische Signal zu verstärken und zu entschlüsseln, und eine Analog-Digital-Wandlereinheit 530 auf, die dazu ausgebildet ist, das verstärkte und entschlüsselte elektrische Signal in das magnetisch induktive Signal umzuwandeln. Für eine Anwendung, die nur eine Polarität des externen Magnetfelds identifiziert, kann das magnetisch induktive Signal ein schaltertypisches Digitalsignal sein. Vorzugsweise kann das Magnetfelderfassungselement 510 eine Hall-Platte sein.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann eine oder mehrere der Gleichrichterschaltungen, eine Ausgangssteuerschaltung und ein Hall-Sensor auf derselben integrierten Schaltung integriert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung ist weiter ein Motorbauteil vorgesehen. Das Motorbauteil weist einen Motor und eine Motortreiberschaltung gemäß einer der obigen Ausführungsformen auf.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform ist der Motor ein Synchronmotor. Es ist ersichtlich, dass die Motortreiberschaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung für einen Synchronmotor anwendbar ist, aber auch für andere Typen von Permanentmagnetmotoren wie beispielsweise einen bürstenlosen Gleichstrommotor.
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Wie in 8 gezeigt, weist der Synchronmotor einen Ständer und einen relativ zum Ständer drehbaren Läufer 11 auf. Der Ständer weist einen Ständerkern 12 und eine Ständerwicklung 16 auf, welche auf den Ständerkern 12 gewickelt ist, auf. Der Ständerkern 12 kann aus weichmagnetischen Materialien wie beispielsweise purem Eisen, Eisenguss, Stahlguss, Elektrostahl und Siliziumstahl hergestellt sein. Der Läufer 11 weist einen Permanentmagneten auf, wobei der Läufer 11 während einer stabilen Zustandsphase bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit von 60 f/s Umdrehungen/Minute arbeitet, falls die Ständerwicklung 16 mit einer Wechselstromquelle in Reihe geschaltet wird, wobei f eine Frequenz der Wechselstromquelle ist und p die Polpaarzahl des Läufers ist. Bei der Ausführungsform weist der Ständerkern 12 zwei einander gegenüberliegend angeordnete Pole 14 auf. Jeder der Pole weist einen Polbogen 15 auf. Eine Außenoberfläche des Läufers 11 ist dem Polbogen 15 gegenüber, und ein im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt ist zwischen der Außenoberfläche des Läufers 11 und dem Polbogen 15 gebildet. Der im Wesentlichen gleichmäßige Luftspalt gemäß der vorliegenden Offenbarung bedeutet, dass ein gleichmäßiger Luftspalt im überwiegenden Raum zwischen dem Ständer und dem Läufer gebildet ist, und ein ungleichmäßiger Luftspalt ist in einem kleinen Teil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer gebildet. Vorzugsweise ist eine konkave Startnut 17 auf dem Polbogen 15 des Pols des Ständers angeordnet, und der andere Teil des Polbogens 15 außer der Startnut 17 ist konzentrisch mit dem Läufer. Mit der oben beschriebenen Anordnung, kann ein ungleichmäßiges Magnetfeld gebildet werden, wobei eine Polachse S1 des Läufers relativ zu einer Zentralachse S2 des Pols des Ständers einen Neigungswinkel hat, falls der Läufer in Ruhe ist, und der Läufer kann jedes Mal ein Startdrehmoment haben, wenn der Motor unter Aktion der Motortreiberschaltung eingeschaltet wird. Die Polachse S1 des Läufers bezieht sich auf eine Grenze zwischen zwei magnetischen Polen mit unterschiedlichen Polaritäten, und die Zentralachse S2 des Pols 14 des Ständers bezieht sich auf eine Verbindungslinie, die zentrale Punkte der zwei Pole 14 des Ständers durchläuft. Bei einer Ausführungsform weisen sowohl der Ständer als auch der Läufer zwei magnetische Pole auf. Es ist ersichtlich, dass bei mehreren Ausführungsformen die Anzahl der magnetischen Pole des Ständers auch nicht gleich der Anzahl der magnetischen Pole des Läufers sein kann, wobei der Ständer und der Läufer mehr magnetische Pole haben können wie beispielsweise vier oder sechs magnetische Pole.
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Bei wenigstens einer Ausführungsform ist die Spannungseingangsklemme des ersten Schalters K1 in der Schaltersteuerschaltung 400 mit einer Ausgangsklemme mit hoher Spannung des Vollwegbrückengleichrichters verbunden, und die Spannungsausgangsklemme des zweiten Schalters ist mit einer Ausgangsklemme mit niedriger Spannung des Vollwegbrückengleichrichters über den Magnetsensor 500 verbunden. Falls das durch die Wechselstromversorgung AC ausgegebene Signal in einer positiven Halbwelle ist und der Magnetsensor ein niedriges Level ausgibt, ist in der Schaltersteuerschaltung 400 der erste Schalter K1 eingeschaltet und der zweite Schalter K2 ist ausgeschaltet. In diesem Fall fließt, wie in 9a gezeigt, ein Treiberstrom zu dem bidirektionalen Wechselstromschalter 100 der Reihe nach durch die Wechselstromversorgung, den Motor, eine erste Spannungsabfallschaltung, eine Ausgangsklemme der zweiten Diode 212 des Vollwegbrückengleichrichters, den ersten Schalter K1 der Schaltersteuerschaltung 400, und fließt dann zurück zu der Wechselstromversorgung. Der Treiberstrom fließt nur durch die erste Spannungsabfallschaltung 300, und ein höherer Treiberstrom kann durch die Reduzierung des entsprechenden Widerstands der ersten Spannungsabfallschaltung 300 erhalten werden. Nachdem der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet ist, werden andere Stromkreise kurzgeschlossen und beenden das Ausgeben. Da ein Laststrom, der durch zwei Anoden des bidirektionalen Wechselstromschalters 100 fließt, hoch genug ist (höher als der Haltestrom hierfür), bleibt der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet, sogar wenn kein Treiberstrom zwischen der Steuerklemme und der ersten Anode vorhanden ist. In dem Fall, dass das durch die Wechselstromversorgung ausgegebene Signal in einer negativen Halbwelle ist und der Magnetsensor 500 ein hohes Level ausgibt, ist in der Schaltersteuerschaltung 400 der erste Schalter K1 ausgeschaltet und der zweite Schalter K2 ist eingeschaltet. Wie in 9B gezeigt, fließt ein Treiberstrom von der Wechselstromversorgung, durchläuft den bidirektionalen Wechselstromschalter 100, den zweiten Schalter K2 der Schaltersteuerschaltung 400, die Ausgabeklemme mit niedriger Spannung und die erste Diode 211 des Vollwegbrückengleichrichters und die erste Spannungsabfallschaltung 300, und fließt zurück zu der Wechselstromversorgung 100. Gleichermaßen kann, nachdem der bidirektionale Wechselstromschalter eingeschaltet ist, der bidirektionale Wechselstromschalter 100 eingeschaltet bleiben, und andere Stromkreise werden kurzgeschlossen und beenden das Ausgeben. Falls das durch die Wechselstromversorgung ausgegebene Signal in der positiven Halbwelle ist und der Magnetsensor 500 ein hohes Level ausgibt oder falls das durch die Wechselstromversorgung ausgegebene Signal in der negativen Halbwelle ist und der Magnetsensor 500 ein niedriges Level ausgibt, können weder der erste Schalter K1 noch der zweite Schalter K2 in der Schaltersteuerschaltung 400 eingeschaltet sein, und der bidirektionale Wechselstromschalter 100 wird aufgrund dessen, dass kein Treiberstrom vorhanden ist, ausgeschaltet. Wie in 9C und 9D gezeigt, fließt in dem Fall, dass ein Treiberstrom für den bidirektionalen Wechselstromschalter vorhanden ist, ein Strom durch den Motor, die Gleichrichterschaltung 200, den Magnetsensor 500, die erste Spannungsabfallschaltung 300 und die zweite Spannungsabfallschaltung 600, und der Strom ist niedriger als ein Strom, der durch den Motor und der ersten Spannungsabfallschaltung 300 fließt. Daher kann die Schaltersteuerschaltung 400 basierend auf einer Polaritätsveränderung der Wechselstromversorgung und des magnetisch induktiven Signals den bidirektionalen Wechselstromschalter 100 zwischen einem Ein-Zustand und einem Aus-Zustand in einer vorab festgelegten Weise schalten und einen Leistungsmodus der Ständerwicklung 16 steuern, sodass ein durch den Ständer erzeugtes variierendes Magnetfeld sich einer Position des Magnetfelds des Läufers anpasst und den Läufer antreibt, in einer einzigen Richtung zu rotieren, daher rotiert der Läufer jedes Mal in einer festen Richtung, wenn der Motor eingeschaltet wird.
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Zusammenfassend weist die Motortreiberschaltung gemäß der Ausführungsform vorliegenden Offenbarung den bidirektionalen Wechselstromschalter 100, die Gleichrichterschaltung 200, die erste Spannungsabfallschaltung 300, die Schaltersteuerschaltung 400, den Magnetsensor 500 und die zweite Spannungsabfallschaltung 600 auf. Der Magnetsensor 500 ist dazu ausgebildet, das externe Magnetfeld zu erfassen und das entsprechende magnetisch induktive Signal auszugeben. Die Schaltersteuerschaltung 100 ist dazu ausgebildet, wenigstens basierend auf dem magnetisch induktiven Signal die Schaltersteuerschaltung 400 wenigstens zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand zu schalten, sodass der Läufer des Motors in dem Motorbauteil jedes Mal in einer gleichen Richtung dreht, wenn der Motor gestartet wird.
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Das Motorbauteil kann gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung in einem Gerät wie beispielsweise einer Pumpe, einem Ventilator, einem Haushaltsgerät oder einem Fahrzeug verwendet werden, ist aber darauf nicht beschränkt. Das Haushaltsgerät kann eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler, ein Rauchabzug, ein Abluftventilator usw. sein.
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Es sollte beachtet werden, dass, auch wenn die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Zuhilfenahme der Motortreiberschaltung, die in einem Motor verwendet wird, als Beispiel veranschaulicht wurden, das Anwendungsgebiet der Motortreiberschaltung gemäß der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung hierauf nicht beschränkt ist.
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Die Abschnitte der Offenbarung sind in einer aufklärerischen Weise beschrieben, die Unterschiede zu anderen Teilen sind in jedem der Abschnitte ausdrücklich herausgearbeitet, und Querverweise zu anderen Abschnitten können zum Verständnis der ähnlichen oder gleichen Teile gemacht werden.
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Es sollte beachtet werden, dass zusammenhängende Begriffe in der vorliegenden Offenbarung wie beispielsweise „das erste” oder „das zweite” nur verwendet werden, um eine Entität oder einem Arbeitsschritt von einer anderen Entität oder einem anderen Arbeitsschritt zu unterscheiden, ohne eine wirkliche Beziehung oder Sequenz zwischen den Entitäten oder Arbeitsschritten zu verlangen oder darauf hinzuweisen. Zusätzlich ist beabsichtigt, dass Begriffe wie beispielsweise „aufweisen”, „umfassen” oder andere Varianten nicht exklusiv sind, sodass der Prozess, Verfahren, Punkt oder Gerät eine Reihe von Elementen aufweisen, nicht nur diese Elemente aufweisen, sondern auch andere Elemente aufweisen, welche hier nicht speziell aufgelistet sind oder den Prozess, Verfahren, Punkt oder Gerät innewohnende Elemente sind. Mit keinen weiteren Beschränkungen schließt das Element, das durch den Satz „Weist ein ... auf” die Existenz von anderen Elementen in dem Prozess, Verfahren, Punkt oder Gerät, welche das Element aufweisen, aus.
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Die obige Beschreibung der offengelegten Ausführungsformen ermöglichen dem Fachmann, die vorliegende Offenbarung zu implementieren oder anzuwenden. Verschiedene Änderungen der Ausführungsformen sind für den Fachmann offensichtlich, und allgemeine hier definierte Prinzipien können in anderen Ausführungsformen implementiert werden, ohne den Grundgedanken oder Rahmen der vorliegenden Offenbarung zu verlassen. Daher ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die hier offengelegten Ausführungsformen beschränkt aber entspricht dem weitesten Umfang, der mit den hier offenbarten Prinzipien und neuen Merkmalen übereinstimmend ist.
