用於無刷洗衣機電動機的電動機控制電路的製作方法
2023-06-01 16:06:51
用於無刷洗衣機電動機的電動機控制電路的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於無刷洗衣機電動機(12)的電動機控制電路(10)，其具有用於所述無刷電動機的功率控制的逆變器級(14)以及用於產生用於所述逆變器級(14)的控制信號的控制級(16)。所述逆變器級由所述控制級通過控制線路(46a，46b，46c，48a，48b，48c)控制。設有用於關斷所述控制線路的保護電路(50)。本發明還涉及一種具有這樣的電動機控制電路的洗衣機。
【專利說明】用於無刷洗衣機電動機的電動機控制電路
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於無刷洗衣機電動機的電動機控制電路，其具有用於無刷電動機的功率控制的逆變器級、用於產生用於逆變器級的控制信號的控制級，其中逆變器級由控制級通過控制線路控制。此外，本發明涉及一種具有這樣的電動機控制電路的洗衣機。
【背景技術】
[0002]在這樣的電動機控制電路中，由逆變器級由所謂的中間迴路的直流電壓通過藉助於電子開關將直流電壓的正電勢或負電勢交替地接通到至少兩個輸出端子上來產生交流電壓，藉助於所述交流電壓可以運行無刷電動機。由控制級產生用於電子開關的控制信號。在TO 2010/100030 Al中示出了這樣的電動機控制電路的示例。
[0003]逆變器級和控制級共同由中間迴路饋給。當電動機控制電路應控制滾筒驅動裝置——即可以直接地或通過傳動帶使滾筒轉動的電動機時，出於安全原因負責起動保護，即在門是打開的期間必須阻止滾筒驅動裝置起動。這迄今通過以下方式確保:通過門接觸開關中斷電動機控制電路的電流饋給。DE 10 2007 009 604 Al示出這樣的控制電路的示例。此外，DE 10 2008016 629 Al示出一種電路，藉助於所述電路檢測門接觸開關的開關狀態以及根據所述開關狀態將不同的用電器接通到饋給電壓上或者與所述饋給電壓斷開。
[0004]然而，在電動機控制電路中具有控制級的電路總是更頻繁地負責其他控制任務。例如，可能需要通過另一逆變器級在門打開時控制鹼液泵，以便將鹼液容器中的剩水泵出。然而，這意味著不再允許簡單地藉助門接觸開關使控制級與來自中間迴路的電流饋給分離。
【發明內容】
[0005]本發明的任務在於，實現開始所述類型的電動機控制電路，其提供可靠的起動保護。
[0006]這通過用於無刷洗衣機電動機的電動機控制電路實現，所述電動機控制電路具有用於無刷電動機的功率控制的逆變器級以及用於產生用於逆變器級的控制信號的控制級，其中逆變器級由控制級通過控制線路控制，其中設有用於關斷控制線路的保護電路。
[0007]藉助控制線路的關斷可靠地阻止:在控制級以電壓饋給期間，逆變器級可以控制電動機。
[0008]根據本發明的一種有利的實施方式，逆變器級包括橋電路，其具有高邊開關和低邊開關。橋電路有利地用於由DC中間迴路的直流電壓對於無刷電動機的每一分路提供相移的交流電壓。在此，在橋電路的每一分支中分別設有一個電子高邊開關和一個低邊開關，所述電子高邊開關將電動機的一個分路與中間迴路電壓的高邊電勢連接，所述低邊開關將電動機的所述分路與中間迴路電壓的低邊電勢連接。在此，形成電動機控制電路的地電勢或在電壓方面無論如何比高邊電勢更接近地電勢的電勢稱作中間迴路電壓的低邊電勢。
[0009]在本發明的一種優選擴展方案中，對於每一分支的高邊開關和低邊開關分別設有分離的控制線路。通過所述方式能夠實現僅僅關斷控制線路的一部分，例如僅僅關斷用於高邊開關的控制線路或僅僅關斷用於低邊開關的控制線路。則通過沒有關斷的控制線路即使在保護電路激活的情況下總是能夠實現電動機的短路制動。這是有利的，因為通過所述方式可以阻止:當在脫水運行中沒有進行開關的控制時，電動機通過橋電路的開關電晶體中的空載二極體將感應電壓回饋到中間迴路中。這樣的感應電壓可以導致控制電路的損害。然而，即使僅僅關斷用於高邊開關或低邊開關的控制線路，也確保了起動保護，因為僅僅通過接通中間迴路電壓的一個電勢在電動機中不可以產生旋轉場並且因此無法實現電動機的起動。
[0010]特別有利的是，保護電路關斷用於高邊開關的控制線路。隨後，尤其在短路制動時將電動機的分路連接到中間迴路電壓的更低電勢上。
[0011]根據本發明的另一種有利擴展方案，保護電路具有用於門接觸信號的控制輸入端。因此，所述保護電路的控制輸入端直接與一個常用的門接觸開關連接。尤其可以提出，門接觸開關和保護電路的輸入端之間不需要其他邏輯或電勢匹配。因此，根據本發明的電動機控制電路尤其可以簡單地集成到現有的洗衣設備設計中或者甚至在更換時改裝到已經現有的設備中。尤其可以提出，可以以電網交流電壓加載控制輸入端。
[0012]有利地，保護電路具有用於關斷控制線路的至少一個控制輸出端，其具有光電耦合器。通過所述方式可以實現保護電路和控制線路的電流分離，尤其當在保護電路的控制輸入端上通過門接觸開關施加電網電壓時。
[0013]此外，本發明還實現了一種具有根據權利要求1至7中任一項所述的電動機控制裝置的洗衣機。這樣的洗衣機提供可靠的滾筒起動保護，其具有以下優點:在控制級中可以實現附加的功能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]由參考附圖的以下說明得出本發明的其他優點和特徵。附圖示出:
[0015]圖1:根據本發明的第一實施方式的電動機控制電路的示意性框圖。
[0016]圖2:根據本發明的一種擴展方案的詳細框圖。
【具體實施方式】
[0017]在圖1中的框圖中示意性地示出了用於無刷直流電動機12的電動機控制電路10。電動機控制電路10具有用於具有三個分路U、V、W的無刷電動機12的功率控制的逆變器級14以及用於產生用於逆變器級14的控制信號的控制級16。電動機控制電路10具有中間迴路，其具有低邊電勢和高邊電勢，在所述低邊電勢和所述高邊電勢之間施加直流電壓——中間迴路電壓Uzv。在此，所述低邊電勢形成電動機控制電路的地電勢GND，其中在所示實施例中所述高邊電勢相對於低邊電勢引導正的直流電壓電勢+DC。通過具有整流器18和電容器20的電網部件由施加在端子L、N上的電網交流電壓獲得中間迴路電壓Uzw。
[0018]中間迴路電壓Uzw可以是幾百伏特，典型地是300至400伏特，以便提供用於控制BIXD電動機12的足夠功率。
[0019]逆變器級14具有橋電路，所述橋電路具有三個高邊開關22a、22b、22c和三個低邊開關24a、24b、24c。所述高邊開關22a、22b、22c和所述低邊開關24a、24b、24c在圖1中示例性地表示為IGBT (具有絕緣柵電極的雙極型電晶體)，其分別具有集電極連接端、發射極連接端和柵極連接端和集成的空載二極體。然而，本發明也可應用於其他技術的電動機控制，例如具有功率MOSFET。
[0020]高邊開關22a、22b、22c的集電極連接端與中間迴路的高邊電勢+DC連接。低邊開關24a的發射極通過分流電阻26a與中間迴路的地電勢GND連接，低邊開關24b的發射極通過分流電阻26b與中間迴路的地電勢GND連接，並且低邊開關24c的發射極通過分流電阻26c與中間迴路的地電勢GND連接。由高邊開關22a與低邊開關24a、高邊開關22b與低邊開關24b、高邊開關22a與低邊開關24a構成的對中的每一個形成橋電路的一個分支。BLCD電動機12的分路U、V、W中的每一個與橋電路的分支中的每一個連接，更確切地說，分路U與高邊開關22a的發射極連接端和低邊開關24a的集電極連接端連接，分路V與高邊開關22b的發射極連接端和低邊開關24b的集電極連接端連接，並且分路W與高邊開關22c的發射極連接端和低邊開關24c的集電極連接端連接。
[0021]此外，設有驅動器模塊30，其具有三個高邊驅動器輸入端32a、32b、32c和三個低邊驅動器輸入端34a、34b、34c以及三個高邊驅動器輸出端36a、36b、36c和三個低邊驅動器輸出端38a、38b、38c。在此，驅動器模塊30的驅動器輸入端32a、32b、32c、34a、34b、34c在所示實施方式中同時形成逆變器級的控制輸入端。驅動器模塊30的高邊驅動器輸出端36a與高邊開關22a的柵極連接端連接。相應地，其餘的驅動器輸出端36b、36c、38a、38b、38c連接到高邊開關22b、22c和低邊開關24a、24b、24c的柵極上。
[0022]驅動器模塊30的高邊驅動器輸出端36a通過以下方式分配給高邊驅動器輸入端32a:在驅動器模塊30中如果需要則進行信號電平和信號邏輯的匹配。為此，如此實施驅動器輸入端32a上的控制信號，使得可以正確地控制高邊開關22a的柵極。相應地，其餘的驅動器輸入端32b、32c、34a、34b、34c分配給驅動器輸出端36b、36c、38a、38b、38c。
[0023]在驅動器模塊30中，其餘的輸入端例如設置用於監視電動機12的分路U、V、W上的電壓和相位，其對於本發明而言是不重要的並且在說明書中沒有詳細闡述。
[0024]此外，在逆變器級中可以施加其餘的功能單元，例如電流監視電路40(如其在圖1中通過虛線示出的那樣)，但其對於本發明的理解而言是不重要的。
[0025]控制級16具有三個高邊控制輸出端42a、42b、42c和三個低邊控制輸出端44a、44b、44c，在所述三個高邊控制輸出端和所述三個低邊控制輸出端上提供用於控制低邊開關24a、24b、24c和高邊開關22a、22b、22c的控制信號。為此，控制級16有利地實施為微處理器。控制級16此外可以執行附加的其他任務，例如通過其他的數據與測量輸入端藉助於電流測量裝置40進行BLCD電動機12的分路電流的監視(如其在圖1中在逆變器級14的示圖中示出的那樣)或中間迴路的監視。同樣可以由中間迴路饋給控制級16，優選通過電壓轉換器49。
[0026]根據本發明，控制級16通過高邊控制線路46a、46b、46c控制逆變器級14的高邊開關22a、22b、22c，所述高邊控制線路將控制級16的高邊控制輸出端42a、42b、42c與驅動器模塊30的高邊驅動器輸入端32a、32b、32c連接。通過相同的方式，由控制級16通過低邊控制線路48a、48b、48c控制逆變器級14的低邊開關24a、24b、24c，所述低邊控制線路將低邊控制輸入端44a、44b、44c與驅動器模塊30的低邊控制輸入端34a、34b、34c連接。
[0027]此外，設有用於關斷控制線路的保護電路50。為此，保護電路50具有關斷輸出端52，其在圖2中象徵性地與高邊控制線路46a、46b、46c連接。此外，保護電路50具有控制輸入端54，在所述控制輸入端上通過門接觸開關56連接有電網電壓的端子N。在保護電路50的零電勢輸入端58上連接有電網電壓的端子N。在此應注意，電網交流電壓的在洗衣機中存在的相設有端子標記L和N，其通常通過接插連接和/或主開關與家用電流連接端連接。
[0028]現在以下闡述根據本發明的電動機控制電路10的功能。由整流器18和電容器20構成的電網部件提供DC中間迴路電壓，其具有正高邊電勢+DC和負低邊電勢-DC，所述負低邊電勢在所描述的實施方式中表示電動機控制電路10的地電勢GND。中間迴路電壓Uzw通常是約300-400伏特直流電壓，以便提供例如用於洗衣機的滾筒的驅動的足夠功率。
[0029]控制級16同樣由中間迴路饋給，優選地通過DC/DC轉換器49，更確切地說，以例如用於在控制級中構造的微處理器的3.3伏特的低運行電壓Vbb以及在需要的情況下其他低運行電壓。
[0030]控制級16在其高邊控制輸出端42a、42b、42c上以及在其低邊控制輸出端44a、44b,44c上提供控制信號，藉助所述控制信號可以分別接通高邊開關22a、22b、22c和低邊開關24a、24b、24c。通過已知的方式，控制信號如此構造，使得高邊開關22a、22b、22c和低邊開關24a、24b、24c交替地相位錯開地接通高邊電勢或低邊電勢，從而向BLDC電動機12的三個分路U、V、W提供三相交流電壓，以便使電動機12運行。
[0031]在此，通過高邊控制線路46a、46b、46c和低邊控制線路48a、48b、48c向控制級14傳輸來自控制級16的控制信號，其中設有用於高邊開關22a的控制的高邊控制線路46a。相應地，分別設有用於高邊開關22b、22c之一的其餘的高邊控制線路46b、46c之一以及分別設有用於低邊開關24a、24b、24c之一的低邊控制線路48a、48b、48c之一。根據控制級的構造，低邊控制線路46a、46b、46c和高邊控制線路48a、48b、48c上的控制信號以與中間迴路電壓相比小的電平存在。因此，藉助於驅動器模塊30使控制信號匹配於高邊開關22a、22b,22c和低邊開關24a、24b、24c所需的電平。此外，也可能需要進行邏輯匹配和/或定時匹配。
[0032]只要洗衣機的滾筒的門是閉合的，則門接觸開關56也是閉合的。則在保護電路50的控制輸入端54上相對於地輸入端58施加通過門接觸開關56接通的開關電壓，例如在洗衣機中存在的電網電壓，在圖1中以端子標記L和N表示。隨後，保護電路50通過關斷輸出端52來釋放高邊控制線路46a、46b、46c。因此，控制級16可以如以上所述的那樣控制逆變器級14，從而BLDC電動機12可以使洗滌滾筒轉動。
[0033]一旦打開洗滌滾筒的門，則門接觸開關56中斷至保護電路50的控制輸入端54的開關電壓。隨後，保護電路50通過其關斷輸出端52關斷高邊控制線路46。隨後，控制級16不再可以控制高邊開關22a、22b、22c。因此不再能夠實現以三相交流電壓饋給BLDC電動機12的分路U、V、W並且使滾筒運行。
[0034]因此，在門接觸開關56打開時，通過保護電路50有效地阻止使洗滌滾筒運動。
[0035]因為由保護電路50僅僅關斷高邊控制線路46a、46b、46c，所以仍始終可以通過低邊控制線路48a、48b、48c接通低邊開關24a、24b、24c。因此能夠實現BLDC電動機12的分路U、V、W對地GND短路，以便通過短路制動使電動機12靜止。這例如當由於故障使滾筒的門在洗滌程序期間——尤其在脫水期間打開時可能是必需的。
[0036]現在以下更詳細地闡述本發明的有利擴展方案。為此，在圖2中局部更詳細地示出了用於保護電路50和高邊控制線路46a、46b、46c的接線的示例性構型。其餘的電路——尤其是逆變器級14沒有詳細示出，其已經在圖1中公開。
[0037]保護電路50包含比較器60，其具有參考輸入端62、比較輸入端64和輸出端66。在控制輸入端54和零電勢輸入端58之間連接有分壓器70，所述分壓器具有抽頭72。所述抽頭72通過整流器74與比較器60的比較輸入端64連接。當以電網電壓加載控制輸入端54時，與控制輸入端54連接的整流器電路76提供用於比較器60的經穩定的運行電壓Vss。比較器60的參考輸入端62通過電阻78與運行電壓Vss連接。此外，保護電路50具有光電耦合器80，其具有陽極輸入端和陰極輸入端以及集電極輸出端和發射極輸出端。陽極輸入端與運行電壓Vss連接，陰極輸入端與比較器60的輸出端66連接。光電耦合器80的集電極輸出端形成關斷輸出端52以及發射極輸出端形成保護電路50的地輸出端53。
[0038]高邊控制線路46a的以下描述的電路示例性地僅僅針對高邊控制線路46a、46b、46c之一詳細描述並且在圖2中示出。然而，另外兩個高邊控制線路46b、46c的接線相同地實施，如在圖2中通過虛線示出的那樣。
[0039]根據所述接線，在高邊控制線路46a中在控制級16和逆變器級14之間插入去耦合電阻82a，由此控制線路46a分為兩部分。第一部分46al將控制級16的控制輸出端42a與去耦合電阻82a連接。第二部分46a2將去耦合電阻82a與逆變器級14的輸入端32a連接。此外，第一部分46al通過下拉電阻84a接地GND。此外，所述接線包括下拉驅動器86a，其具有開關電晶體88a，所述開關電晶體的基極通過一個電阻與保護電路50的開關輸出端52連接。開關電晶體88a的發射極與電動機控制電路10的地GND連接並且開關電晶體88a的集電極與控制線路46a的第二部分46a2連接。保護電路50的開關輸出端52此外通過上拉電阻90與開關級16的運行電壓Vbb連接。
[0040]現在，以下描述保護電路50的在圖2中示出的構型的功能。當門接觸開關56閉合時，在控制輸入端54和保護電路50的零電勢輸入端58之間施加電網交流電壓，例如230伏特AC。隨後，整流器電路76提供用於比較器60的經穩定的運行電壓Vss。經穩定的運行電壓Vss也通過電阻78施加在比較器60的參考輸入端62上。電網交流電壓的在抽頭72上提供的分電壓通過整流器74提供給比較器60的比較輸入端64。分壓器70的大小如此確定，使得比較器60可以確定控制輸入端54是否事實上與電網交流電壓的L電勢連接一即門接觸開關56正確閉合或者在打開的開關56上是否可能施加漏電壓，例如當與控制輸入端54並行地另一監視單元的另一控制輸入端與門接觸開關56連接時。為此，分壓器70的大小優選如此確定，使得抽頭72上的由漏電流引起的分電壓仍不足以接通比較器60。
[0041]如果比較器60確定控制輸入端54和接通電壓輸入端58之間的輸入電壓具有所要求的大小，即門接觸開關56可靠地閉合，則其通過其輸出端66接通光電耦合器80的二極體。光電耦合器80隨後相對於與電動機控制電路10的地GND連接的地輸入端53接通關斷輸出端。因此，下拉驅動器86a的開關電晶體88a的基極下拉到地，從而開關電晶體88a截止。控制線路46a2的第二部分由此釋放，從而控制級16可以上拉高邊控制線路46a，以便因此接通高邊開關22a。
[0042]如果門接觸開關56相反是打開的，則比較器60或者完全關斷(因為運行電壓Vss缺失)，或者如果運行電壓Vss由於漏電流可供使用，則比較器60確定控制輸入端54和零電壓輸入端58之間的輸入端電壓是不夠的並且不接通光電耦合管80的二極體。因此光電耦合器80的輸出端是打開的，關斷輸出端52可以自由浮動並且由上拉電阻90拉到低伏特運行電壓Vbb的電勢上。因為開關電晶體88a的基極與保護電路50的開關輸出端52的現在上拉的電勢連接，所以開關電晶體88a將控制線路的第二部分46a2接地GND。雖然控制級16現在可以通過高邊控制輸出端42a將高邊控制線路的第一部分46al上拉，但因為控制線路的第一部分46al通過去耦合電阻82與高邊控制線路的第二部分46a2去耦合，所以其留在地GND的電勢上，從而不可以接通高邊開關22a。
[0043]兩個其餘的高邊控制線路46b和46c通過相同的方式連接，如在圖2中通過虛線示出的那樣。
[0044]即示出了，當門接觸開關56打開時，保護電路50可以有效地阻止高邊開關22a、22b,22c的接通。
[0045]當然，所示的詳細電路僅僅是示例性地對於本領域技術人員熟知的替代連接。取決於用於控制級16和逆變器級14的電路邏輯，可以通過其他方式關斷高邊控制線路46a、46b、46c，例如通過上拉驅動器而不通過下拉驅動器。相應地，控制輸出端42a、42b、42c可以藉助上拉電阻拉到運行電壓Vbb的電勢上。
[0046]此外，本發明不限於示例性示出的實施方式，而是包括所闡述的並且在權利要求中公開的特徵的全部在技術上有意義的組合。
[0047]例如可以提出，控制級僅僅通過一個控制線路與逆變器級連接，通過所述控制線路傳輸用於高邊開關和低邊開關的控制信號。在此，由所述控制信號獲得用於逆變器級中的各個高邊開關和低邊開關的各個開關信號，例如通過相移和翻轉。
[0048]也可以提出，控制級與逆變器級通過一個高邊控制線路和一個低邊控制線路連接，通過所述高邊控制線路和低邊控制信號分別傳輸用於高邊開關的控制信號和用於低邊開關的控制信號，以及相應地在逆變器級中由所述控制信號獲得用於各個高邊開關和低邊開關的各個開關信號。
【權利要求】
1.一種用於無刷洗衣機電動機(12)的電動機控制電路(10)，其具有: 用於所述無刷電動機的功率控制的逆變器級(14)， 用於產生用於所述逆變器級(14)的控制信號的控制級(16)， 其中，所述逆變器級由所述控制級通過控制線路(46a,46b,46c,48a,48b,48c)控制， 其特徵在於，設有用於關斷所述控制線路的保護電路(50)。
2.根據權利要求1所述的電動機控制電路，其中，所述逆變器級(14)包括橋電路，所述橋電路具有高邊開關(22a，22b，22c)和低邊開關(24a，24b，24c)。
3.根據權利要求2所述的電動機控制電路，其中，對於高邊開關(22a，22b，22c)和低邊開關(24a，24b，24c)分別設有分離的控制線路。
4.根據權利要求3所述的電動機控制電路，其中，所述保護電路(50)關斷用於所述高邊開關(22a，22b，22c)的控制線路。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的電動機控制電路，其中，所述橋電路設計成三相的。
6.根據以上權利要求中任一項所述的電動機控制電路，其中，所述保護電路(50)具有用於門接觸信號的控制輸入端(54)。
7.根據以上權利要求中任一項所述的電動機控制電路，其中，所述保護電路(50)具有至少一個控制輸出端(52)，其具有光電耦合器(80)，用於關斷所述控制線路(22a，22b，22c)。
8.一種洗衣機，其具有根據權利要求1至7中任一項所述的電動機控制電路。
9.根據權利要求8所述的洗衣機，其中，所述洗衣機具有門接觸開關(56)，其與所述保護電路(50)的控制輸入端(54)連接。
【文檔編號】D06F37/30GK104246053SQ201380019320
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年4月4日 優先權日:2012年4月10日
【發明者】H·G·阿爾巴伊拉克, M·奇維, R·塞德爾, J·斯格裡派克 申請人:Bsh博世和西門子家用電器有限公司