專利名稱：直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置。
背景技術(shù)：
近幾年，家電領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，技術(shù)含量不斷提高，產(chǎn)品質(zhì)量也有了長(zhǎng)足發(fā)展。在冰箱領(lǐng)域隨著制冷技術(shù)和保溫技術(shù)的提高，冰箱的技術(shù)指標(biāo)不斷提升。但從控制角度講，人們并不滿足現(xiàn)狀，現(xiàn)在的傳統(tǒng)定頻冰箱使用繼電器控制壓機(jī)的起停，不能調(diào)節(jié)速度，從而先天存在著耗電多、電流沖擊大、噪音大、控制特性差等缺點(diǎn)，從整個(gè)冰箱來(lái)看，也滿足不了人們預(yù)期的快速制冷，平穩(wěn)保溫等理想的性能。
直流變頻電冰箱集變頻控制、模糊控制、無(wú)位置與無(wú)速度傳感器技術(shù)于一體，可節(jié)能(耗電量比相同容積的降低)約30％，靜音，制冷速度快。其變頻無(wú)刷直流電機(jī)以變速方式工作，使用壽命與冷凍能力也大大提高。變頻無(wú)刷直流電機(jī)內(nèi)核是一種通過(guò)PWM控制的無(wú)刷直流電機(jī)，利用變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行控制，PWM載波頻率可調(diào)，調(diào)節(jié)載波占空比來(lái)調(diào)節(jié)電壓，速度控制精度±1r/s。由于其運(yùn)算速度要求較快，目前，在冰箱的直流無(wú)刷電機(jī)控制中，主芯片采用的是DSP或?qū)Ｓ梦⒖刂破鳎鋬?yōu)點(diǎn)是運(yùn)算快，編程方便，開(kāi)發(fā)周期短，但缺點(diǎn)是抗干擾能力弱，成本高。而如果采用低成本MCU的話，由于MCU速度等性能的不足，需要極其復(fù)雜的外圍電路，同樣具有成本高、抗干擾能力弱的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的就是為了解決以上問(wèn)題，提供一種直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，使外圍電路簡(jiǎn)單、接口能力強(qiáng)、成本低、可選資源豐富。
本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)上述目的的方案是一種直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，包括中央處理單元、驅(qū)動(dòng)控制電路、電流檢測(cè)電路、反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路，所述驅(qū)動(dòng)控制電路輸入端與中央處理單元相連，輸出端與其所控制的直流無(wú)刷電機(jī)相連，電流檢測(cè)電路輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路相連，輸出端與中央處理單元相連，其特征是所述反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電壓相連以獲得電機(jī)反饋信號(hào)，且該反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路內(nèi)部包括有低頻濾波電路，所述低頻濾波電路能對(duì)電機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行處理以獲得一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)、相位與電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置相對(duì)應(yīng)、幅值與電機(jī)電壓成比例的正弦信號(hào)。
采用以上方案的有益效果由于反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路內(nèi)部包括有低頻濾波電路，使得復(fù)雜的電機(jī)反饋信號(hào)變成一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)、相位與電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置相對(duì)應(yīng)、幅值與電機(jī)電壓成比例的正弦信號(hào)，該信號(hào)大大減輕了中央處理單元的處理工作量，使得在不增加外圍電路復(fù)雜性的前提下，使用普通的8位MCU成為可能，使用16位MCU和DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)也就更容易，這就大大降低了成本，而接口能力也更強(qiáng)，可選資源也更豐富。


圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例電源部分方框示意圖。
圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例整體方框示意圖。
圖3是本實(shí)用新型電源濾波部分示意圖。
圖4是本實(shí)用新型電流檢測(cè)部分示意圖。
圖5是本實(shí)用新型反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)部分示意圖。
圖6是本實(shí)用新型8位MCU部分示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)具體的實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖所示2，本例中的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置包括中央處理單元1、驅(qū)動(dòng)控制電路2、電流檢測(cè)電路3、反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路4，所述驅(qū)動(dòng)控制電路2輸入端與中央處理單元1相連，輸出端與其所控制的直流無(wú)刷電機(jī)5相連，電流檢測(cè)電路3輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路2相連，輸出端與中央處理單元1相連。
如圖5所示，所述反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路4輸入端(圖5中的R19、R20、R21處)與驅(qū)動(dòng)控制電路2的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連以獲得電機(jī)反饋信號(hào)，且該反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路4內(nèi)部包括有低頻濾波電路，所述低頻濾波電路能對(duì)電機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行處理以獲得一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)、相位與電機(jī)轉(zhuǎn)子的相位相對(duì)應(yīng)、幅值與電機(jī)電壓成正比的正弦信號(hào)。圖中的低頻濾波電路每相都由一個(gè)電阻R19、R20、R21和R22、R23、R24與一個(gè)濾波電容C18、C19、C20并聯(lián)接地而構(gòu)成，但濾波電路也可以由其他方式實(shí)現(xiàn)，如用濾波器等。
由于電機(jī)反饋信號(hào)經(jīng)濾波電路進(jìn)行處理后得到的是近似的正弦信號(hào)，使得中央處理單元的運(yùn)算工作量大大減小，因此所述中央處理單元1完全可以采用8位MCU來(lái)實(shí)現(xiàn)，而這并不需要象現(xiàn)有技術(shù)那樣增加外圍電路的復(fù)雜性，而用16位MCU、DSP等來(lái)實(shí)現(xiàn)就更容易。電機(jī)反饋信號(hào)經(jīng)濾波電路進(jìn)行處理后并沒(méi)有丟失有用的信息，這正是本實(shí)用型的成功之處。現(xiàn)有技術(shù)之所以要把電機(jī)把饋信號(hào)全部輸入到中央處理單元中，是為了從中提取反饋信息，以便為控制策略所用。但經(jīng)我們的研究和實(shí)驗(yàn)證明，完全不需要這么復(fù)雜的信號(hào)。
見(jiàn)圖1，電路中的電源電路9包括輸入端與市電相連的電源濾波電路91、輸入端與電源濾波電路91相連的整流橋92、輸入端與整流橋92的電源模塊93、輸入端與電源模塊93相連的的穩(wěn)壓電路94，其中整流橋92、電源模塊93、穩(wěn)壓電路94分別輸出一個(gè)直流電壓，用于對(duì)電路的有源器件供電，其中整流橋92的輸出電壓還與市電電壓檢測(cè)電路7相連。220VAC的交流電經(jīng)過(guò)整流橋產(chǎn)生直流電壓VDD；VDD經(jīng)過(guò)電源模塊產(chǎn)生12V直流電源，供驅(qū)動(dòng)控制部分電路使用；12VDC經(jīng)穩(wěn)壓電路得到5VDC，供MCU等處使用。
再參見(jiàn)圖2，本電路還包括LED指示電路6，其輸入端與中央處理單元1相連；市電電壓檢測(cè)電路7(即圖2中VDD電壓檢測(cè))，其輸出端與中央處理單元1相連；通訊信號(hào)電路8，其輸出端與中央處理單元1相連。VDD電壓檢測(cè)電路7目的是隨時(shí)檢測(cè)市電變化情況，以調(diào)整控制策略；LED電路6指示驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行狀態(tài)；通訊信號(hào)電路8用于接收上位機(jī)(冰箱控制器)的信號(hào)，并根據(jù)信號(hào)要求來(lái)控制直流無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速。
見(jiàn)圖3，所示為電源濾波電路91，該部分電路主要目的是提高驅(qū)動(dòng)器本身性能，并減少對(duì)外界電網(wǎng)的干擾，優(yōu)化EMC(電磁兼容)、EMI(電磁干擾)等性能，它包括第一、二、四電容C1、C2、C4，電感L1，和限流保護(hù)電阻RT1，所述第一、二電容C1、C2一端分別接于市電的零線或相線上，另一端接地，電感L1有兩個(gè)，分別串聯(lián)于零線和相線上，限流保護(hù)電阻RT1串聯(lián)于其中一個(gè)電感上；第四電容C4并聯(lián)于整個(gè)電源濾波電路91的兩個(gè)輸出端上。
圖4是電流檢測(cè)部分的示意圖，該部分用于檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電流變化情況，防止過(guò)流。當(dāng)無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，隨著其電流的變化，R32兩端的電壓也隨之變化，如果電流超過(guò)一定的限制，比較器U5的1腳電平將發(fā)生改變，并立即停止無(wú)刷直流電機(jī)運(yùn)行，從而起到過(guò)流保護(hù)作用。
圖6是8位MCU示意圖。該部分是驅(qū)動(dòng)器的核心部分，目前已有的直流無(wú)刷電機(jī)控制在簡(jiǎn)單的外圍電路情況下所用的處理器是DSP或?qū)Ｓ梦⒖刂破骷皬?fù)雜的外圍電路。而本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器采用的是普通8位MCU，如TOSHIBA的TMP87P809、MOTOROLA、ST等MCU，實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)起動(dòng)、加速、換相及閉路調(diào)速等一系列的控制及算法，且外圍電路簡(jiǎn)單。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器在性能、指標(biāo)等方面已經(jīng)達(dá)到或超過(guò)用DSP或?qū)Ｓ梦⒖刂破髯龀傻尿?qū)動(dòng)器，并滿足相關(guān)技術(shù)要求。本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)器成本低，抗干擾能力強(qiáng)，可選資源豐富，具有良好的技術(shù)及競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
權(quán)利要求1.一種直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，包括中央處理單元(1)、驅(qū)動(dòng)控制電路(2)、電流檢測(cè)電路(3)、反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路(4)，所述驅(qū)動(dòng)控制電路(2)輸入端與中央處理單元(1)相連，輸出端與其所控制的直流無(wú)刷電機(jī)(5)相連，電流檢測(cè)電路(3)輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路(2)相連，輸出端與中央處理單元(1)相連，其特征是所述反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路(4)輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路(2)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連以獲得電機(jī)反饋信號(hào)，且該反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路(4)內(nèi)部包括有低頻濾波電路，所述低頻濾波電路能對(duì)電機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行處理以獲得一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)、相位與電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置相對(duì)應(yīng)、幅值與電機(jī)電壓成比例的正弦信號(hào)。
2.如權(quán)利要求1所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是所述中央處理單元(1)是8位MCU。
3.如權(quán)利要求1或2所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是還包括LED指示電路(6)，其輸入端與中央處理單元(1)相連。
4.如權(quán)利要求1或2所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是還包括市電電壓檢測(cè)電路(7)，其輸出端與中央處理單元(1)相連。
5.如權(quán)利要求1或2所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是還包括通訊信號(hào)電路(8)，其輸出端與中央處理單元(1)相連。
6.如權(quán)利要求1或2所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是還包括電源電路(9)，它包括輸入端與市電相連的電源濾波電路(91)、輸入端與電源濾波電路(91)相連的整流橋(92)、輸入端與整流橋(92)的電源模塊(93)、輸入端與電源模塊(93)相連的穩(wěn)壓電路(94)，其中整流橋(92)、電源模塊(93)、穩(wěn)壓電路(94)分別輸出一個(gè)直流電壓，用于對(duì)電路的器件供電，其中整流橋(92)的輸出電壓還與市電電壓檢測(cè)電路(7)相連。
7.如權(quán)利要求1或2所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是所述低頻濾波電路包括濾波電阻(R22、R23、R24)和分別與各個(gè)電阻相并聯(lián)的濾波電容(C18)、(C19)、(C20)，并聯(lián)后一端接地，另一端串接采樣電阻(R19、R20、R21)，采樣電阻(R19、R20、R21)的另一端與電機(jī)電壓相連。
8.如權(quán)利要求6所述的直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，其特征是所述電源濾波電路(91)包括第一、二、四電容(C1、C2、C4)，電感(L1)，和限流保護(hù)電阻(RT1)，所述第一、二電容(C1、C2)一端分別接于市電的零線或相線上，另一端接地，電感(L1)有兩個(gè)，分別串聯(lián)于零線和相線上，限流保護(hù)電阻(RT1)串聯(lián)于其中一個(gè)電感上；第四電容(C4)并聯(lián)于整個(gè)電源濾波電路(91)的兩個(gè)輸出端上。
專利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)一種直流無(wú)刷電機(jī)控制裝置，反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路輸入端與驅(qū)動(dòng)控制電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)信號(hào)相連以獲得電機(jī)反饋信號(hào)，且該反電動(dòng)勢(shì)檢測(cè)電路內(nèi)部包括有低頻濾波電路，所述低頻濾波電路能對(duì)電機(jī)反饋信號(hào)進(jìn)行處理以獲得一個(gè)頻率與電機(jī)轉(zhuǎn)速相對(duì)應(yīng)、相位與電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置相關(guān)、幅值與電機(jī)電壓成比例的正弦信號(hào)。電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)經(jīng)此處理后送入控制電路，大大減輕了中央處理單元的處理工作量，使得在不增加外圍電路復(fù)雜性的前提下，使用普通的8位MCU成為可能，使用16位MCU和DSP(數(shù)字信號(hào)處理器)也就更容易，這就大大降低了成本，而接口能力也更強(qiáng)，可選資源也更豐富。
文檔編號(hào)H02P7/18GK2632936SQ0326780
公開(kāi)日2004年8月11日 申請(qǐng)日期2003年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月15日
發(fā)明者張福恩, 首召兵, 王永祿 申請(qǐng)人:深圳市和而泰電子科技有限公司