專利名稱：一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及變頻冰箱，尤其涉及一種用于變頻冰箱壓縮機電機的直流 變頻冰箱驅(qū)動模塊。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的冰箱壓縮機一般為定速壓縮機，即把交流220V輸入壓縮機線圈，頻率 為50HZ。壓縮機在以略低于3000RPM的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)，因此冰箱系統(tǒng)的冷量控制粗糙， 溫度波動大，造成能源的浪費。另外，由于異步電機在轉(zhuǎn)子中感應(yīng)電流，因此轉(zhuǎn)子 上有銅損、鐵損、渦流損等損耗，冰箱效率低。
直流無刷電機的出現(xiàn)，為以上問題提供了可能。直流無刷電機作為變頻冰箱 壓縮機電機，其轉(zhuǎn)子為永磁體，沒有感應(yīng)電流，因此電機損耗??；然而只有通過針 對此種壓縮機電機的驅(qū)動模塊的控制，直流無刷電機才可在很寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)實現(xiàn) 較為精確的轉(zhuǎn)速控制。

實用新型內(nèi)容
為了解決上述問題，本實用新型旨在提供一種集成度高，低成本、可靠穩(wěn) 定的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，用以針對變頻冰箱壓縮機電機為直流無刷電機時 的控制需要，另外本實用新型還具有電流保護、溫度保護、過欠電壓保護等功 能。
本實用新型所述的一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動變頻冰箱的壓縮 機電機，其特征在于它包括逆變單元、位置檢測單元和中央控制單元，其中
逆變單元，包括六個IGBT (Insulated-gate bipolar transistor,絕緣柵雙極 晶體管)，用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，向所述的壓縮機電機的三 相繞組供電；
位置檢測單元，用于接收所述壓縮機電機的三相反電動勢，輸出用于過零檢測的三相相位信號；
中央控制單元，分別與所述的逆變單元、位置檢測單元連接，包括設(shè)置在 該中央控制單元內(nèi)部的反電動勢電壓比較器、電流運放器、與該電流運放器連 接的電流比較器以及寄存器， 一方面用于接收從所述位置檢測單元輸出的三相 相位信號，通過所述的反電動勢電壓比較器，檢測所述壓縮機電機的三相反電
動勢過零點；同時用于向所述逆變單元輸出驅(qū)動信號，控制所述六個IGBT的 通斷；另一方面通過所述的電流運放器將從所述逆變單元接收到的電流測量信 號放大，并輸送到所述電流比較器，用于與設(shè)定的電流保護值比較，實現(xiàn)所述 壓縮機電機的電流保護功能。
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，在所述逆變單元的下述引腳，即第一引 腳和第二引腳之間、第四引腳和第五引腳之間、第七引腳和第八引腳之間各連 接一電容；第十四引腳與一電源連接，用于為所述的三個電容充電。
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，所述壓縮機電機的三相反電動勢各相分 別通過所述位置檢測單元的接口與一電阻的一端連接，且所述的每個電阻的另 一端分別與參考零電位間反向接入一二極管。
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，在所述中央控制單元的第十四引腳和第 十五引腳之間、第十四引腳和參考零電位之間分別連接一電阻，用于確定所述 電流運放器的放大倍數(shù)。
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，通過所述中央控制單元的第二十四引腳 輸入方波信號作為所述壓縮機電機的轉(zhuǎn)速，第二十二引腳用于輸出一PWM脈 沖(Pulse-widthmodulation,脈寬調(diào)制脈沖)，且該第二十二引腳與一電阻以 及與該電阻串聯(lián)連接的電容連接，用于對所述PWM脈沖進行濾波，且該電容 的另一端與參考零電位連接，并向第十六引腳輸送所述電阻與電容之間的電位
信號，用于決定所述的電流保護值。
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，所述逆變單元的第二十一引腳與所述中 央控制單元的第四引腳連接，當(dāng)所述第四引腳為低電平時，觸發(fā)所述中央控制
單元中斷，中斷服務(wù)程序做相應(yīng)處理。 .
在上述直流變頻冰箱驅(qū)動模塊中，所述的逆變單元的第十引腳與直流母線 電壓連接，第二十三引腳和第十二引腳與參考零電位連接。由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實用新型為變頻冰箱提供了一種高效、低 成本、高集成度的驅(qū)動模塊，利用該驅(qū)動模塊，可以可靠檢測到過零位信號，實現(xiàn)
變頻冰箱壓縮機電機的較精確的轉(zhuǎn)速控制(誤差小于3%)，以及實現(xiàn)寬電壓范圍 (170V-250V)，寬調(diào)速范圍(1200RPM-4500RPM)的可靠驅(qū)動，并提供電流保護、 過欠電壓保護、防抖動、強制切換等功能。


圖1是本實用新型一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊的最佳實施例框圖； 圖2是本實用新型一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊的逆變單元的最佳實施例示 意圖3是本實用新型一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊的位置檢測單元的最佳實施 例示意圖4是本實用新型一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊的中央控制單元的最佳實施 例示意圖。
具體實施方式
請參閱圖l，并結(jié)合圖2.、圖3、圖4所示，本實用新型，即一種直流變 頻冰箱驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動變頻冰箱的壓縮機電機4，包括逆變單元l、位置 檢測單元2和中央控制單元3，其中
逆變單元l，包括六個IGBT (圖中未示)，用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成 交流電壓，向壓縮機電機4三相繞組供電；
位置檢測單元2，用于接收壓縮機電機4的三相反電動勢，輸出用于過零 檢測的三相相位信號；
中央控制單元3，分別與逆變單元l、位置檢測單元2連接，包括設(shè)置在中 央控制單元3內(nèi)部的反電動勢電壓比較器31、電流運放器32、與電流運放器 32連接的電流比較器33以及寄存器34， 一方面用于接收從位置檢測單元2輸 出的三相相位信號，通過反電動勢電壓比較器31，檢測壓縮機電機4的三相反 電動勢過零點；同時用于向逆變單元l輸出驅(qū)動信號，控制六個IGBT的通斷； 另一方面通過電流運放器32將從逆變單元1接收到的電流測量信號放大，并 輸送到電流比較器33，用于與設(shè)定的電流保護值比較，實現(xiàn)壓縮機電機4的電流保護功能。
逆變單元1可以采用IR公司的IPM模塊IRMS06UP60B (Ul)，其中 第十四引腳VDD與一15V電源連接，通過內(nèi)部電路，用于為接在第一引 腳VB3和第二引腳W之間的自舉電容E402、接在第四引腳VB2和第五引腳V 之間的自舉電容E403以及接在第七引腳VB1和第八引腳U之間的自舉電容 E404充電；
第十引腳V+與直流母線電壓HV連接，通過分別與壓縮機電機4的三相端 線連接的第二引腳U、第五引腳V、第八引腳W，將直流母線電壓HV輸出到 壓縮機電機4的三相繞組上；第二十三引腳VSS和第十二引腳V-分別與參考 零電位連接；
第二十一引腳FAULT與中央控制單元3的第四引腳j^連接，當(dāng)?shù)谒囊?腳ii^為低電平時，觸發(fā)中央控制單元3中斷，中斷服務(wù)程序做相應(yīng)處理。
在位置檢測單元2中，壓縮機電機4的三相反電動勢U，、 V，、 W'各相分 別通過接口 CN201與限流用電阻R222、電阻R221、電阻R219的一端連接， 電阻R222、電阻R221、電阻R219的另一端分別輸出用于過零檢測的三相相 位信號U一Phase、 V_Phase、 W一Phase，并分別與參考零電位間反向接入二極管 D301、 二極管D302、 二極管D303，起鉗位作用，以保護中央控制單元3。
中央控制單元3可采用ST專用的電機控制MCU(單片機)ST7MC1K2TC (IC1)，其中
第三十引腳MCOO、第三十一引腳MCOl、第三十二引腳MC02、第一引腳 MC03、第二引腳MC04、第三引腳MC05分別將六路驅(qū)動信號HSIC3、 HSIC5、 HSIC8、 LSIC3、 LSIC5、 LSIC8輸送到逆變單元1的第十五引腳HIN1 、第十 六引腳HIN2、第十七引腳HIN3、第十八引腳LIN1、第十九引腳LIN2、第二 十引腳LIN3上，以控制逆變單元l內(nèi)六個IGBT的通斷，當(dāng)需要驅(qū)動上橋臂 IGBT導(dǎo)通時，上橋臂IGBT的門極電壓大于柵極電壓15V，即使得該IGBT順 利導(dǎo)通；
以O(shè)V電壓作為過零點的基準(zhǔn)，第十引腳MCIA、第十一引腳MCIB、第十 二引腳MCIC分別接收位置檢測單元2輸出的三相相位信號U—Phase、V_Phase、 W—Phase,通過反電動勢電壓比較器31與該基準(zhǔn)相比較，測壓縮機電機4的三相反電動勢U，、 V，、 W，過零點；中央控制單元3在PWM—OFF，即脈寬調(diào)制 脈沖的低電平期間檢測反電動勢電壓比較器31輸出電平，電平由低變高或由 高變低時為三相反電動勢電壓過零時機，以過零時機以及當(dāng)前壓縮機電機4轉(zhuǎn) 速為依據(jù)確定換相時機。通過設(shè)置中央控制單元3的寄存器34調(diào)整過零點基 準(zhǔn)，對換相角度進行硬件補償，以達到最佳驅(qū)動效果；
第十三引腳OAP接收從逆變單元1的第二十二引腳ITRIP上輸出的直流 母線電流測量信號I一sense，并輸入到電流運放器32進行放大，且在第十四引 腳OAN和第十五引腳OAZ之間連接電阻R307、第十四引腳OAN和參考零電 位之間連接電阻R306，電阻R307、電阻R306用于確定該電流運放器32的放 大倍數(shù);電流運放器32將放大后的電流測量信號輸送到電流比較器33的一個 輸入端，另一個輸入端則由第十六引腳MCCREF上的電壓決定；
通過第二十四引腳PD3輸入方波信號作為壓縮機電機4的轉(zhuǎn)速，第二十二 弓I腳MCPWMV用于輸出一 PWM脈沖(其頻率及占空比由中央控制單元3設(shè) 定)，且第二十二引腳MCPWMV與電阻R315以及與電阻R315串聯(lián)連接的電 容C302連接，用于對該PWM脈沖進行濾波，且電容C302的另一端與參考零 電位連接，電阻R315的另一端與第二十二引腳MCPWMV連接；在電阻R315 與電容C302之間的電位為直流電，該直流電平輸入到第十六引腳MCCREF， 其電壓大小用于決定設(shè)定的電流保護值；當(dāng)壓縮機電機4的直流母線電流大于 設(shè)定的電流保護值時，復(fù)位六路PWM輸出，結(jié)合位置檢測單元2，在低轉(zhuǎn)速 下可采用電壓模式限流，即壓縮機電機4的直流母線電流為設(shè)定的電流保護值， 保證了很高的啟動成功率；在高轉(zhuǎn)速下可采用電流模式，即壓縮機電機4的直 流母線電流為輸出的轉(zhuǎn)速值，獲得平穩(wěn)的輸出電流。
綜上所述，本實角新型可以可靠檢測到過零位信號，實現(xiàn)變頻冰箱壓縮機電機 的較精確的轉(zhuǎn)速控制(誤差小于3%)，以及實現(xiàn)寬電壓范圍(170V-250V)，寬調(diào) 速范圍(1200RPM-4500RPM)的可靠驅(qū)動，并提供電流保護、過欠電壓保護、防抖 動、強制切換等功能。本實用新型應(yīng)用在直流變頻冰箱壓縮機電機上，其最大輸出 功率為240W。經(jīng)冷量試驗、噪音測試及短壽命試驗，在惡劣工況下，冰箱壓縮機 電機可長時間連續(xù)低速(1400RPM)、高速(4500RPM)、高低速(1400RPM到4500RPM)往返運行1000小時，無故障，且振動噪音和能效均達到國標(biāo)要求，從 而有效解決定速冰箱存在的問題，可以實現(xiàn)提高效率、快速冷凍、食品保鮮等目標(biāo)。 以上結(jié)合附圖實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域中普通技術(shù)人 員可根據(jù)上述說明對本實用新型做出種種變化例。因而，實施例中的某些細節(jié) 不應(yīng)構(gòu)成對本實用新型的限定，本實用新型將以所附權(quán)利要求書界定的范圍作 為本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1. 一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動變頻冰箱的壓縮機電機，其特征在于它包括逆變單元、位置檢測單元和中央控制單元，其中逆變單元，包括六個IGBT，用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，向所述的壓縮機電機的三相繞組供電；位置檢測單元，用于接收所述壓縮機電機的三相反電動勢，輸出用于過零檢測的三相相位信號；中央控制單元，分別與所述的逆變單元、位置檢測單元連接，包括設(shè)置在該中央控制單元內(nèi)部的反電動勢電壓比較器、電流運放器、與該電流運放器連接的電流比較器以及寄存器，一方面用于接收從所述位置檢測單元輸出的三相相位信號，通過所述的反電動勢電壓比較器，檢測所述壓縮機電機的三相反電動勢過零點；同時用于向所述逆變單元輸出驅(qū)動信號，控制所述六個IGBT的通斷；另一方面通過所述的電流運放器將從所述逆變單元接收到的電流測量信號放大，并輸送到所述電流比較器，用于與設(shè)定的電流保護值比較，實現(xiàn)所述壓縮機電機的電流保護功能。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于在所述 逆變單元的下述引腳，即第一引腳(VB3)和第二引腳(W)之間、第四引腳(VB2)和第五引腳(V)之間、第七引腳(VB1)和第八引腳(U)之間各連 接一電容(E402、 E403、 E404);第十四引腳(VDD)與一電源連接，用于為 所述的三個電容充電。
3. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于所述壓 縮機電機的三相反電動勢各相(U，、 V，、 W，)分別通過所述位置檢測單元的接 口與一電阻(R223、 R221、 R219)的一端連接，且所述的每個電阻的另一端 分別與參考零電位間反向接入一二極管(D301、 D302、 D303)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于在所述 中央控制單元的第十四引腳(OAN)和第十五引腳(OAZ)之間、第十四引腳(OAN)和參考零電位之間分別連接一電阻(R307、 R306)，用于確定所述電 流運放器的放大倍數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于通過所述中央控制單元的第二十四引腳(PD3)輸入方波信號作為所述壓縮機電 機的轉(zhuǎn)速，第二十二引腳(MCPWMV)用于輸出一PWM脈沖，且該第二十二 引腳與一電阻(R315)以及與該電阻串聯(lián)連接的電容(C302)連接，用于對所 述PWM脈沖進行濾波，且該電容的另一端與參考零電位連接，并向第十六引 腳(MCCREF)輸送所述電阻與電容之間的電位信號，用于決定所述的電流保 護值。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2或4所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于 所述逆變單元的第二十一引腳(FAULT)與所述中央控制單元的第四引腳(^^)連接，當(dāng)所述第四引腳為低電平時，觸發(fā)所述中央控制單元中斷， 中斷服務(wù)程序做相應(yīng)處理。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，其特征在于所 述的逆變單元的第十引腳(V+)與直流母線電壓連接，第二十三引腳(VSS) 和第十二引腳(V-)與參考零電位連接。
專利摘要本實用新型涉及一種直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，用于驅(qū)動變頻冰箱的壓縮機電機，包括逆變單元、位置檢測單元和中央控制單元，其中逆變單元，包括六個IGBT，用于將輸入的直流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓，向所述的壓縮機電機的三相繞組供電；位置檢測單元，用于接收所述壓縮機電機的三相反電動勢，輸出用于過零檢測的三相相位信號；中央控制單元，分別與所述的逆變單元、位置檢測單元連接。本實用新型旨在提供一種集成度高，低成本、可靠穩(wěn)定的直流變頻冰箱驅(qū)動模塊，用以針對變頻冰箱壓縮機電機為直流無刷電機時控制的需要，另外本實用新型還具有電流保護、溫度保護、過欠電壓保護等功能。
文檔編號H02H7/085GK201238279SQ200820150040
公開日2009年5月13日 申請日期2008年6月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月26日
發(fā)明者何麗華, 輝 汪 申請人:上海日立電器有限公司