無刷直流電機的驅動控制裝置製造方法
2023-07-25 07:56:56 2
無刷直流電機的驅動控制裝置製造方法
【專利摘要】一種無刷直流電機的驅動控制裝置，包括：驅動專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅動；電機轉速控制器，根據從驅動專用控制器接收的與電機轉速相關的信號，輸出包括第一和第二控制電壓電平的轉速控制信號；電晶體，根據輸入到電晶體的基極的所述轉速控制信號，電晶體工作在放大或截止狀態；其中，當電機轉速控制器輸出第一控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在截止狀態，驅動專用控制器的用於控制電機轉矩的輸入電壓僅基於正常設計而產生的電壓，電晶體對用於控制電機轉矩的輸入電壓沒有調整；當電機轉速控制器輸出第二控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在放大狀態時，驅動專用控制器的用於控制電機轉矩的輸入電壓受到電晶體集電極輸出的調整。
【專利說明】無刷直流電機的驅動控制裝置
【技術領域】
[0001] 本發明一般地涉及一種用於無刷直流電機的驅動控制裝置。更具體地，涉及一種 用於無刷直流電機的具有空載轉速限制的驅動控制裝置。
【背景技術】
[0002] BD6209FS是ROHM公司專門針對驅動變頻空調的風扇的無刷直流電機設計的一種 低成本的正弦波驅動的專用控制器。該專用控制器是全硬體電路，內置正弦波發生器，具有 常規MCU控制無法比擬的抗幹擾能力。
[0003] 由於無刷直流電機為感性負載，因此電機的相電流滯後於相電壓，即電機相電流 滯後於反電勢。只有當電機相電流與反電勢同步時，電機的效率才能達到最優。適當調整 相電壓和相電流之間的超前角，可使相電流與反電勢同相位，提高電機的輸出轉矩，提高電 機驅動的系統效率。
[0004] 但是對於超前角的控制，BD6209AFS做的還不夠完善。參見圖1，圖1是ROHM推薦 的BD6209FS控制器線路連接的簡化示例圖。
[0005] 在圖1中，控制器U1選用晶片BD6209FS來實現，控制器U1輸出6路PWM控制信 號到功率驅動模塊2,功率驅動模塊2對無刷直流電機3進行驅動。
[0006] 在圖1所示的ROHM推薦的電路中，選用BD6209AFS的控制器U1的設定電機超前 角的PC 口的電壓是通過U1自身的VREG 口提供的5V電壓經過分壓電阻R1、R2分壓後送給 超前角PC 口，所以超前角PC 口的電壓經過分壓後基本是固定不變的。該分壓值通常是根 據電機額定負載時的情況調整電阻器Rl、R2的分壓比來設定的。
[0007] 如圖1所示的ROHM推薦的電路所示，設定超前角的PC電壓可根據實際負載選取。 通常，設定超前角的PC電壓是根據額定負載選取的。在額定負載下為電機選擇了合適的超 前角之後，電機的超前角就不能夠隨負載的變化而變化，即無論電機處於空載狀態時的超 前角還是處於負載狀態時的超前角都不能夠隨負載情況而變化。因此，在電機空載時，基於 額定負載設定的PC電壓會使得超前角太大，這樣就會導致電機轉速過高，電機轉速可高達 lOOOOr/min以上。電機空載轉速過高會存在諸如加速電機的軸承等元器件的磨損及老化的 危險性，而且不便檢測、對軸承的壽命有較大的負面影響。
[0008] 具體地，針對空調的風扇負載，設定電機超前角的PC 口的電壓設定值通常在IV? 2. 2V。當超前角PC電壓設置為2. 2V時，電機在額定負載時能在很高的效率下工作，但是 如果撤去額定負載（例如，空調風扇與電機因故而不連接時），即空載時，則由於PC腳的 電壓是由基於5V分壓得到的，所以還是為2. 2V，此時電機的空載轉速將會很高，甚至達到 10000r/min左右，這對於空調風扇電機的壽命是有很大影響的。
[0009] 此外，如果電機軸與負載連接不可靠，電機就工作在空載或輕負載下，電機的轉速 也會遠遠高於負載時的轉速，如果長期空載或輕載運行會導致電機的軸承磨損加劇，噪音 增大，使電機失效。
[0010] 因此，有必要解決電機空載時的超前角過大導致空載轉速過高的問題，提出一種 在針對超前角的設定固定時，限制電機空載轉速的控制方案。
【發明內容】
[0011] 根據本發明的一方面，提供了一種用於無刷直流電機的驅動控制裝置，包括：驅動 專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅動；電機轉速控制器，根據從驅動 專用控制器接收的與電機轉速相關的信號，輸出包括第一控制電壓電平和第二控制電壓電 平的轉速控制信號；電晶體，電機轉速控制器輸出的轉速控制信號輸入到電晶體的基極，根 據所述轉速控制信號，電晶體工作在放大或截止狀態；其中，當電機轉速控制器輸出第一 控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在截止狀態，驅動專用控制器的用於控制電 機轉矩的輸入電壓僅僅基於正常設計而產生的電壓，電晶體對用於控制電機轉矩的輸入電 壓沒有調整；當電機轉速控制器輸出第二控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在 放大狀態時，驅動專用控制器的用於控制電機轉矩的輸入電壓受到電晶體集電極輸出的調 整。
[0012] 其中，驅動專用控制器選用ROHM公司的晶片BD6209FS來實現，電機轉速控制器選 用SANYO公司的晶片LB8503V來實現。
[0013] 其中，與電機轉速相關的信號是BD6209AFS的FG0 口輸出與轉速成一定關係的方 波信號。
[0014] 其中，第一控制電壓電平是0. 8V ;第二控制電壓電平是6. 2V。
[0015] 其中，無刷直流電機為87SWS正弦波塑封無刷直流電機。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016] 通過以下僅作為示例的並且結合附圖的所寫描述，對於本領域一位技術人員來 說，本發明的示例實施例將更好理解並且更明顯，附圖中：
[0017] 圖1是ROHM推薦的BD6209FS控制器線路連接的簡化示例圖；以及
[0018] 圖2示出了根據本發明的用於無刷直流電機的具有空載轉速限制的驅動控制裝 置。
【具體實施方式】
[0019] 本發明主要針對空載時電機轉速會很高，帶負載時電機轉速會正常的現有技術問 題，對電機空載轉速進行限制以防止電機空載時轉速過快加速電機軸承等元器件的磨損及 老化。下面結合附圖詳細說明本發明的原理。
[0020] 圖2示出了根據本發明的用於無刷直流電機的具有空載轉速限制的驅動控制裝 置。
[0021] 無刷直流電機例如為87SWS正弦波塑封無刷直流電機，用於帶動空調的風扇。風 扇作為無刷直流電機的負載。
[0022] 根據本發明的用於無刷直流電機的具有空載轉速限制的驅動控制裝置例如選用 SANYO公司的用於直流風扇電機速度控制的單片數字集成晶片LB8503V以及ROHM公司的用 於三相無刷直流電機控制的晶片BD6209FS。當然，也可以選用其他公司的類似的晶片。
[0023] 本發明的驅動控制裝置的LB8503V基於所輸入的風扇電機轉速是否過高而在 LB8503V的E03 口反饋數值為大約0. 8或大約6. 2V的電壓信號，該反饋的電壓再經過電阻 器R2、R3的合理適當的分壓進入三極體Q1的基極，通過三極體Q1組成的放大電路來調整 BD6209FS的EC控制端電壓，EC控制端控制電機的轉矩大小，進而控制電機的轉速高低。本 發明能夠在風扇電機空載轉速過高時對EC控制電壓值進行調整，從而實現了對電機空載 時轉速的限制。
[0024] 本發明驅動控制裝置的BD6209FS的控制電機轉矩大小的EC 口電壓值的大小直接 決定了電機的轉速，故使在電機空載高轉速時通過上述方式降低EC 口的電壓值，則最終可 達到降低或限制風扇電機轉速的目的。參見圖2,在電機空載高轉速時，通過對三極體Q1的 放大電路進行控制使得基於VSP電壓的EC 口電壓降低。其中，VSP電壓由控制電機的主控 板提供，外接控制電機的主控板控制電機需要310V高壓電源給線圈供電，15V低壓電壓給 晶片供電，其中的VSP調速電壓一般為2. IV - 6. 5V，以控制電機運轉速度。
[0025] 但在電機的風扇負載正常時應取消對基於VSP電壓的EC 口電壓的調整，在正常負 載轉速時通過BD6209FS本身預先設定好的超前角電路使電機在負載點工作在效率最高區 域。
[0026] 這樣可以有效地解決現有技術中存在的上述問題。
[0027] 本發明的驅動控制裝置的針對電機空載轉速的限制原理如下：電機的轉速會通過 BD6209AFS的FG0 口輸出與轉速成一定關係的方波信號，轉速越高，方波信號的頻率越高。 限速模塊LB8503V的E03 口會根據FGIN 口輸入的方波信號與RC 口外圍的R4、C2值進行判 定，輸出相應的電壓值。具體地，當FGIN檢測到的方波頻率高於RC 口設定值時，E03輸出 大約0. 8V，當FGIN檢測到的方波頻率低於RC 口設定值時，E03輸出大約6. 2V。
[0028] 當電機空載時的轉速高於設定的轉速時，使得LB8503V的E03 口輸出大約6. 2V，經 過分壓電阻R2、R3分壓使三極體Q1工作在放大區域，然後通過包括串聯在VSP電壓和三極 管Q1的集電極之間的電阻器R5、R1形成的集電極通路來將連接到電阻器R5、R1公共節點 的BD6209晶片的EC引腳電壓拉低，最終降低或限制電機轉速。
[0029] 當電機工作在負載狀態時，電機轉速小於設定的最高轉速時，使得LB8503V的E03 輸出大約0. 8V，經過分壓電阻R2、R3分壓不能使三極體Q1啟動，三極體Q1工作在截止狀 態，則控制電機轉矩的EC輸入電壓僅僅基於BD6209晶片EC引腳的正常設計而產生的電 壓，此時，EC引腳電壓基於經由電阻器R5連接到EC引腳的VSP電壓而產生，三極體Q1不 會對EC控制電壓進行調整，即不會對電機速度進行限制，並且由於之前已經設置好合適的 超前角，故此時使電機工作在最佳效率點。
[0030] 本發明的驅動控制裝置在需要限制電機空載轉速時通過調整基於VSP控制電壓 的EC輸入電壓能夠降低電機空載轉速並且同時使電機負載時工作在效率最高區域。在不 需要限制電機空載轉速時，VSP控制端直接連接至EC端控制電機速度，其中，VSP電壓值由 外接主板控制，此時，通過對外接主板提供的VSP電壓值進行降壓調整已符合EC端電壓值 要求。
[0031] 通過LB8503V和簡單的外圍電子元件就能夠實現本發明的驅動控制裝置，通過本 發明的驅動控制裝置的限速電路可以解決電機空載轉速高的問題，同時又保證電機負載點 性能達到預期要求，並且驗證在負載點有很高的效率。
[0032] 對於本領域普通技術人員而言，顯而易見的是，基於本發明的思路，可以選用其他 的限速電路來實現本發明的驅動控制裝置。
[0033] 雖然已經如此描述了以上示例實施例，但是將理解可以進行各種修改、替換和/ 或變化。本領域技術人員將理解，可以對特定實施例進行其他改變和/或修改，而不脫離如 寬泛地描述的本發明的精神或範圍。因此，無論從哪一點來看都要將本實施例認為是說明 性的而不是限制性的。
【權利要求】
1. 一種用於無刷直流電機的驅動控制裝置，包括： 驅動專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅動； 電機轉速控制器，根據從驅動專用控制器接收的與電機轉速相關的信號，輸出包括第 一控制電壓電平和第二控制電壓電平的轉速控制信號； 電晶體，電機轉速控制器輸出的轉速控制信號輸入到電晶體的基極，根據所述轉速控 制信號，電晶體工作在放大或截止狀態； 其中，當電機轉速控制器輸出第一控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在截 止狀態，驅動專用控制器的用於控制電機轉矩的輸入電壓僅僅基於正常設計而產生的電 壓，電晶體對用於控制電機轉矩的輸入電壓沒有調整； 當電機轉速控制器輸出第二控制電壓電平的轉速控制信號時，電晶體工作在放大狀態 時，驅動專用控制器的用於控制電機轉矩的輸入電壓受到電晶體集電極輸出的調整。
2. 如權利要求1所述的驅動控制裝置，其中 驅動專用控制器選用ROHM公司的晶片BD6209FS來實現，電機轉速控制器選用SANYO 公司的晶片LB8503V來實現。
3. 如權利要求2所述的驅動控制裝置，其中 與電機轉速相關的信號是BD6209AFS的FG0 口輸出與轉速成一定關係的方波信號。
4. 如權利要求3所述的驅動控制裝置，其中 第一控制電壓電平是0.8V; 第二控制電壓電平是6. 2V。
5. 如權利要求1所述的驅動控制裝置，其中 無刷直流電機為87SWS正弦波塑封無刷直流電機。
【文檔編號】H02P6/08GK104065313SQ201410337488
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月15日 優先權日:2014年7月15日
【發明者】池曉峰, 孫志平, 朱衛東 申請人:常州樂士雷利電機有限公司