ITTO20010393A1 - ELECTRONIC POWER SUPPLY FOR ELECTRONICALLY SWITCHED MOTORS. - Google Patents

ELECTRONIC POWER SUPPLY FOR ELECTRONICALLY SWITCHED MOTORS. Download PDF

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Description

DESCRIZIONE a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: Dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica . DESCRIPTION accompanying a patent application for industrial invention entitled: Electronic power supply device for electronically commutated motors.

DESCRIZIONE DESCRIPTION

La presente invenzione riguarda la realizzazione di un circuito elettronico destinato a piccoli motori "Brushless" utilizzati, in particolare, per la ventilazione di frigoriferi e congelatori. The present invention relates to the realization of an electronic circuit intended for small "Brushless" motors used, in particular, for the ventilation of refrigerators and freezers.

Attualmente, esistono numerose soluzioni, presenti sul mercato, relative a circuiti elettronici di alimentazione di motori "Brushless". Currently, there are numerous solutions available on the market relating to electronic power supply circuits for "Brushless" motors.

Tuttavia, tutti questi circuiti presentano alcuni sostanziali inconvenienti, che ne limitano la convenienza d'uso, quali, in particolare, una elevata influenza della tensione di alimentazione sulle prestazioni, la necessità di diversificare i modelli in funzione dell'alimentazione stessa e delle prestazioni ed una bassa coppia di spunto. However, all these circuits have some substantial drawbacks, which limit their convenience of use, such as, in particular, a high influence of the power supply voltage on performance, the need to diversify the models according to the power supply itself and performance and a low starting torque.

Scopo della presente invenzione è, dunque, quello di indicare un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica, che ovvi agli inconvenienti sopra citati e, in particolare, quello di indicare un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica, che consenta di ottenere una sostanziale insensibilità al variare della tensione di alimentazione, garantendo, al contempo, una buona efficienza complessiva. The purpose of the present invention is therefore to indicate an electronic power supply device for electronically commutated motors, which overcomes the aforementioned drawbacks and, in particular, to indicate an electronic power supply device for electronically commutated motors, which allows to obtain substantial insensitivity to variations in the supply voltage, while ensuring good overall efficiency.

Altro scopo della presente invenzione è quello di indicare un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica, che permetta di ottenere un azionamento autoregolante, riducendo, nello stesso tempo, le varianti dei modelli utilizzabili in funzione delle prestazioni e del tipo di alimentazione (per esempio, 120 V. c.a. per il mercato statunitense e 230 V. c.a. per il mercato europeo). Ulteriore scopo dell'invenzione è quello di realizzare un dispositivo elettronico di alimentazione per piccoli motori "Brushless" utilizzati, in particolare, per la ventilazione di frigoriferi congelatori. Non ultimo scopo della presente invenzione è quello di realizzare un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica a costi relativamente contenuti, in virtù dei vantaggi conseguiti, garantendo contemporaneamente una sostanziale affidabilità di funzionamento. Another purpose of the present invention is to indicate an electronic power supply device for electronically commutated motors, which allows to obtain a self-regulating drive, while reducing, at the same time, the variants of the models that can be used according to the performance and the type of power supply (for example, 120 V. AC for the US market and 230 V. AC for the European market). A further object of the invention is to provide an electronic power supply device for small "Brushless" motors used, in particular, for the ventilation of refrigerator freezers. Not least object of the present invention is to provide an electronic power supply device for electronically commutated motors at relatively low costs, by virtue of the advantages achieved, while at the same time guaranteeing substantial operating reliability.

Tali scopi sono raggiunti da un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica secondo la rivendicazione 1, alla quale si rimanda per brevità. These purposes are achieved by an electronic power supply device for electronically commutated motors according to claim 1, to which reference is made for the sake of brevity.

In modo vantaggioso, la soluzione secondo la presente invenzione si propone di ottenere un circuito elettronico di alimentazione per piccoli motori "Brushless" ad alta efficienza e sostanzialmente insensibile al variare della tensione di alimentazione; inoltre, si ottiene un azionamento autoregolante ed una riduzione delle varianti di modelli realizzabili a seconda dell'impiego a cui sono destinati. Advantageously, the solution according to the present invention proposes to obtain an electronic power supply circuit for small "Brushless" motors with high efficiency and substantially insensitive to variations in the power supply voltage; moreover, a self-regulating drive is obtained and a reduction in the variants of models that can be produced according to the use for which they are intended.

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione che segue e dai disegni annessi, forniti a puro titolo di esempio esplicativo e non limitativo, in cui: Further objects and advantages of the present invention will become clear from the following description and from the attached drawings, provided purely by way of non-limiting example, in which:

- la figura 1 rappresenta una forma di realizzazione esemplificativa e preferita, ma non limitativa, di un circuito elettronico impiegato per un dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica, secondo la presente invenzione; Figure 1 represents an exemplary and preferred, but not limiting, embodiment of an electronic circuit used for an electronic power supply device for electronically commutated motors, according to the present invention;

- le figure 2 e 3 rappresentano schematicamente, in grafici cartesiani, gli andamenti qualitativi nel tempo di grandezze elettriche rilevanti misurate nel circuito elettronico di cui alla figura 1, secondo la presente invenzione. Figures 2 and 3 schematically represent, in Cartesian graphs, the qualitative trends over time of relevant electrical quantities measured in the electronic circuit of Figure 1, according to the present invention.

Con riferimento alle figure menzionate, il circuito elettronico di alimentazione, rappresentato in dettaglio in figura 1 secondo una forma preferita ed esemplificativa, ma non limitativa, di realizzazione, è costituito essenzialmente da un convertitore AC/DC, realizzato attraverso una conduzione a variazione di fase. With reference to the aforementioned figures, the electronic power supply circuit, represented in detail in figure 1 according to a preferred and exemplary, but not limiting, embodiment, essentially consists of an AC / DC converter, realized through a phase variation conduction .

In particolare, la tensione alternata di rete V viene portata all'ingresso negativo del comparatore A, attraverso il partitore di tensione formato dai resistori RI, R2, mentre all'ingresso positivo del comparatore A viene portata la tensione VX che cade sul resistore R3 tramite il partitore di tensione R3, R4. Questa combinazione di segnali porta all'eccitazione del transistore MOS, indicato con MI, solo per un intervallo di tempo, per ogni semiperiodo di rete, in cui la tensione di "gate" VG del MOS MI assume un andamento ad impulsi. In particular, the AC mains voltage V is brought to the negative input of the comparator A, through the voltage divider formed by the resistors RI, R2, while the voltage VX which falls on the resistor R3 is brought to the positive input of the comparator A the voltage divider R3, R4. This combination of signals leads to the excitation of the MOS transistor, indicated with MI, only for a time interval, for each network half-period, in which the "gate" voltage VG of the MOS MI assumes a pulse trend.

L'impulso di tensione VG avviene in un intervallo di tempo TI (si veda, a tale proposito, la figura 2), corrispondente alle intersezioni M, N fra la forma d'onda della tensione VX e la forma d'onda della tensione VO (con VO è indicata una tensione pari alla tensione di rete V ridotta dal partitore RI, R2, vale a dire The voltage pulse VG occurs in a time interval TI (see, in this regard, Figure 2), corresponding to the intersections M, N between the waveform of the voltage VX and the waveform of the voltage VO (VO indicates a voltage equal to the mains voltage V reduced by the divider RI, R2, i.e.

Il circuito di figura 1, inoltre, comprende un diodo D3, utilizzato per bloccare la porzione negativa della forma d'onda di tensione di rete V, ed un diodo D4, inserito per evitare l'eccitazione del transistore MOS MI durante il fronte di discesa della forma d'onda della tensione di rete V. The circuit of Figure 1 also comprises a diode D3, used to block the negative portion of the mains voltage waveform V, and a diode D4, inserted to prevent the excitation of the MOS transistor MI during the falling edge. of the waveform of the mains voltage V.

Infine, un condensatore CI è collegato al circuito per un capo per mezzo del diodo DI e per l'altro capo per mezzo del transistore MOS MI. Finally, a capacitor Cl is connected to the circuit for one end by means of the diode DI and for the other end by means of the MOS transistor MI.

In questo modo, la tensione VC cui si carica il condensatore CI e che alimenta il motore "Brushless" M è data dall'equ In this way, the voltage VC at which the capacitor CI is charged and which powers the "Brushless" motor M is given by the equ

ne deriva che it follows that

In figura 3 sono rappresentate graficamente le forme d'onda relative alla tensione di "gate" VG del transistore MOS MI (periodo di conduzione di MI) e alla tensione VC presa ai capi del condensatore CI e del motore M. Figure 3 graphically represents the waveforms relating to the "gate" voltage VG of the MOS transistor MI (conduction period of MI) and to the voltage VC taken at the ends of the capacitor CI and of the motor M.

In tal modo, si può ottenere una tensione di alimentazione per il motore "Brushless" M data dal prodotto di una tensione di riferimento (nello specifico, VX) per una costante (nel caso del circuito di figura 1 pari a (R1+R2)/RI); tale soluzione permette di ottenere prestazioni del motore "Brushless" M che risultano indipendenti dalla rete (in effetti, la tensione VC è indipendente da V) e più prestazioni da uno stesso motore "Brushless" M. In this way, it is possible to obtain a supply voltage for the "Brushless" motor M given by the product of a reference voltage (specifically, VX) for a constant (in the case of the circuit of figure 1 equal to (R1 + R2) /RE); this solution allows to obtain performances of the "Brushless" motor M which are independent from the network (in fact, the voltage VC is independent from V) and more performances from the same "Brushless" motor M.

In particolare, si ottiene una elevata efficienza della conversione, dovuta al fatto che l'unico elemento dissipativo (il transistore MOS MI) opera sempre in condizione di saturazione. In particular, a high conversion efficiency is obtained, due to the fact that the only dissipative element (the MOS transistor MI) always operates in a saturated condition.

Inoltre, si raggiungono un azionamento autoregolante ed una elevata coppia di spunto (superiore alla coppia stazionaria), vantaggi tipici di un motore (del tipo del motore "Brushless" M) alimentato a tensione costante, indipendente dalla tensione di rete. Furthermore, a self-regulating drive and a high starting torque (higher than the stationary torque) are achieved, which are typical advantages of a motor (of the "Brushless" motor type M) powered at constant voltage, independent of the mains voltage.

Il circuito elettronico descritto permette, quindi, di ottenere una alimentazione degli avvolgimenti di piccoli motori "Brushless" data dal prodotto di un riferimento per una costante, in modo tale che le prestazioni del motore siano indipendenti dalla tensione di rete. The electronic circuit described therefore allows to obtain a power supply of the windings of small "Brushless" motors given by the product of a reference for a constant, so that the motor performances are independent from the mains voltage.

Ciò permette di proporre lo stesso motore, senza alcuna variante, sia per il mercato europeo (tensione di rete pari a 230 Volt alternata) che per il mercato statunitense (tensione di rete pari a 120 Volt alternata) e consente, infine, di realizzare un motore "Brushless" a più prestazioni, ottenute solo variando una tensione di riferimento. This makes it possible to offer the same motor, without any variant, both for the European market (mains voltage equal to 230 volts alternating) and for the US market (mains voltage equal to 120 volts alternating) and finally allows the creation of a "Brushless" motor with more performances, obtained only by varying a reference voltage.

Dalla descrizione effettuata risultano chiare le caratteristiche del dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica, che è oggetto della presente invenzione, così come chiari ne risultano i vantaggi. From the above description the characteristics of the electronic power supply device for electronically commutated motors, which is the object of the present invention, are clear, as are the advantages.

In particolare, essi sono rappresentati da: In particular, they are represented by:

alta efficienza; high efficiency;

insensibilità al variare della tensione di alimentazione; insensitivity to variations in the supply voltage;

azionamento autoregolante; self-regulating drive;

riduzione delle varianti. reduction of variants.

E' chiaro, infine, che numerose varianti possono essere apportate al dispositivo elettronico di alimentazione in questione, senza per questo uscire dai princìpi di novità insiti nell'idea inventiva, così come è chiaro che, nella pratica attuazione dell'invenzione, i materiali, le forme e le dimensioni dei dettagli illustrati potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze e gli stessi potranno essere sostituiti con altri tecnicamente equivalenti. Finally, it is clear that numerous variations can be made to the electronic power supply device in question, without thereby departing from the principles of novelty inherent in the inventive idea, just as it is clear that, in the practical implementation of the invention, the materials, the shapes and dimensions of the illustrated details may be any according to requirements and the same may be replaced with other technically equivalent ones.

Claims (8)

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo elettronico di alimentazione per motori (M) a commutazione elettronica, del tipo comprendente un circuito elettronico di pilotaggio in cui si realizza almeno un convertitore AC/DC attraverso una conduzione a variazione di fase, in modo tale che le prestazioni del circuito siano indipendenti dalla tensione di rete (V) e dipendano soltanto da una tensione di riferimento (VX). CLAIMS 1. Electronic power supply device for electronically commutated motors (M), of the type comprising an electronic driving circuit in which at least one AC / DC converter is realized through a phase variation conduction, so that the performance of the circuit is independent of the mains voltage (V) and depend only on a reference voltage (VX). 2. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta tensione di rete (V) viene portata ad un ingresso negativo di un comparatore (A), attraverso almeno un primo partitore di tensione (RI, R2), mentre almeno una porzione di detta tensione di riferimento (VX) viene portata ad un ingresso positivo di detto comparatore (A), tramite un secondo partitore di tensione (R3, R4), in modo tale da poter eccitare un elemento dissipativo (MI) almeno per un determinato intervallo di tempo, per ogni semiperiodo di rete, in cui un segnale di tensione (VG) in entrata a detto elemento dissipativo (MI) assume un andamento ad impulsi. 2. Electronic device as in claim 1, characterized in that said mains voltage (V) is brought to a negative input of a comparator (A), through at least a first voltage divider (RI, R2), while at least a portion of said reference voltage (VX) is brought to a positive input of said comparator (A), by means of a second voltage divider (R3, R4), in such a way as to be able to excite a dissipative element (MI) at least for a certain interval of time, for each network half-period, in which a voltage signal (VG) at the input of said dissipative element (MI) assumes a pulse trend. 3. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che l'impulso di tensione di(VG) avviene in almeno un intervallo di tempo (Tl) corrispondente alle intersezioni (M, N) fra la forma d'onda di detta tensione di riferimento (VX) e la forma d'onda di almeno una porzione (VO) di detta tensione di rete (V). 3. Electronic device as in claim 2, characterized in that the voltage pulse of (VG) occurs in at least a time interval (Tl) corresponding to the intersections (M, N) between the waveform of said voltage reference (VX) and the waveform of at least a portion (VO) of said mains voltage (V). 4. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto circuito comprende almeno un primo componente (D3) di blocco di una porzione negativa della forma d'onda di detta tensione di rete (V), almeno un secondo componente (D4), atto ad evitare l'eccitazione di detto elemento dissipativo (MI) durante il fronte di discesa della forma d'onda di detta tensione di rete (V) ed almeno un condensatore (Cl), collegato a detto elemento dissipativo (MI) e connesso in parallelo al motore (M), in modo tale che la tensione di alimentazione di detto motore (M) risulti data dal prodotto di detta tensione di riferimento (VX) per una costante, al fine di ottenere prestazioni di detto motore (M) indipendenti dalla tensione di rete (V) e più prestazioni da uno stesso motore (M). 4. Electronic device as in claim 2, characterized in that said circuit comprises at least a first component (D3) for blocking a negative portion of the waveform of said network voltage (V), at least a second component (D4) , adapted to avoid the excitation of said dissipative element (MI) during the falling front of the waveform of said mains voltage (V) and at least one capacitor (Cl), connected to said dissipative element (MI) and connected in parallel to the motor (M), so that the power supply voltage of said motor (M) is given by the product of said reference voltage (VX) by a constant, in order to obtain independent performances of said motor (M) from the mains voltage (V) and more performances from the same motor (M). 5. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto elemento dissipativo (MI) è costituito da almeno un transistore MOS (MI), che opera sempre in condizioni di saturazione. 5. Electronic device as in claim 4, characterized in that said dissipative element (MI) consists of at least one MOS transistor (MI), which always operates in saturation conditions. 6. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detto motore (M) risulta alimentato ad una tensione costante ed indipendente da detta tensione di rete (V), in modo tale da poter essere proposto un unico esemplare sia per il mercato europeo che per il mercato statunitense. 6. Electronic device as in claim 4, characterized by the fact that said motor (M) is powered at a constant voltage and independent of said mains voltage (V), so as to be able to offer a single example both for the European market than for the US market. 7. Dispositivo elettronico come alla rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto circuito di pilotaggio alimenta piccoli motori "Brushless" utilizzati, in particolare, per la ventilazione di frigoriferi e congelatori. 7. Electronic device as in claim 1, characterized in that said driving circuit powers small "Brushless" motors used, in particular, for the ventilation of refrigerators and freezers. 8. Dispositivo elettronico di alimentazione per motori a commutazione elettronica come descritto ed illustrato nei disegni allegati e per gli scopi specificati. . 8. Electronic power supply device for electronically commutated motors as described and illustrated in the attached drawings and for the specified purposes. .
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