直流無刷電機空調系統控制電路的製作方法
2023-05-21 04:59:01
專利名稱：直流無刷電機空調系統控制電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種直流無刷電機空調系統控制電路。
背景技術：
定速空調的制熱能力及交流電機的噪聲問題一直困擾著業內的技術人員，使定速空調器的使用狀況不盡如人意。已有的定速空調器，其室內、室外風扇電機大多採用交流感應電機，且室外電機多為一檔轉速控制，雖然在220V、50Hz的額定電源下能有一個穩定的轉速，但隨著電壓的變化，其轉速也將出現大範圍的波動，導致電網電壓高時，室外電機噪音過大；而在電網電壓低時，室外電機轉速過低，散熱效果差。少數高能效定速空調器風機雖然採用了直流無刷電機，但往往僅室外風扇電機採用直流無刷電機，且其控制極為簡單，僅給直流電機提供一個固定的驅動電壓。致使普通定速空調器制熱效果及交流電機的電磁聲一直難以解決，即使上述採用直流無刷電機的高能效定速空調也僅僅是在定速空調的整體能效上有所提升，而在制熱效果、特別是高、低溫制熱效果方面不盡如人意，高溫制熱情況下，由於採用了開啟外風機的方法控制系統負荷，致使制熱量波動很大，制熱效果不理想，且電能浪費極大。低溫制熱情況下，由於外風機採用一檔轉速，不能變換轉速，導致普通定速空調器的低溫制熱效果較差，結霜較多，有效制熱時間短。這種情況極大地影響了空調的使用效果，特別是冬季的使用效果。
發明內容
本發明是為避免上述已有技術中存在的不足之處，提供一種直流無刷電機空調系統控制電路，以對室內外風扇電機任意調速控制、取得更好的制熱效果。本發明為解決技術問題採用以下技術方案。直流無刷電機空調系統控制電路，其結構特點是，包括微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路、室內電機調速電壓切斷電路、室外電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路；所述室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路和溫度檢測電路均與所述微控制器相連接；所述室內電機調速電壓切斷電路與所述室內直流風扇電機轉速控制電路相連接，所述室外電機調速電壓切斷電路和室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路均與所述室外直流風扇電機轉速控制電路相連接；所述室外直流風扇電機轉速控制電路包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元包括插接件CN2,所述第二電路單元包括插接件CM ；所述直流無刷電機空調系統控制電路的電路板分為室外控制板和室內控制板；所述微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單元、室內電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路設置於所述室內控制板上，所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路和室外電機調速電壓切斷電路設置於所述室外控制板上；所述室外控制板和室內控制板之間通過插接件CN2和插接件CM相連接。本發明的直流無刷電機空調系統控制電路的結構特點也在於:所述室內直流風扇電機轉速控制電路包括電阻Rl R6、電容ECl EC2、電容Cl、反相器U3、光電稱合器U1、光電稱合器U2和穩壓管Zl ;所述微控制器U4的PWM輸出埠依次通過反相器U3和電阻R4與光電耦合器Ul的輸入端相連接，所述光電耦合器Ul的一個輸出端通過電阻R3連接+15V電源，所述光電耦合器Ul的另一個輸出端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口，所述電容Cl、電容EC1、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口與光電耦合器Ul之間，所述電容Cl、電容EC1、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述光電稱合器U2的一個輸入端相連接,所述光電I禹合器U2的另一個輸入端通過電阻R2連接+15V電源；所述光電稱合器U2的一個輸出端通過電阻R5與微控制器U4相連接；所述電阻R6和電容EC2相併聯連接後的一端連接在電阻R5與微控制器U4之間，所述電阻R6和電容EC2相併聯連接後的另一端接地。所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單元還包括光電耦合器U5、光電率禹合器U6、電阻R7 R9、反相器U3和電容EC3 ；所述光電稱合器U5的輸出端與所述插接件CN2的端子Vsp相連接，所述光電耦合器U5的輸入端依次通過電阻R7和反相器U3連接在微控制器U4的PWM輸出埠上；所述光電耦合器U6的兩個輸入端分別與所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相連接，所述光電耦合器U6的輸出端通過電阻R8與微控制器U4相連接；所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的一端連接在電阻R8與微控制器U4之間，所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的另一端接地；所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元還包括電阻Rll R16、電容EC4、電容C2、光電稱合器U7、光電稱合器U8和穩壓管Z2,所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元通過插接件CN3與所述室外直流風扇電機M0T0R2相連接；所述插接件CM的端子Vsp通過電 阻R16與光電稱合器U7的輸入端相連接,所述光電稱合器U7的一個輸出端通過電阻R14連接+15V電源，所述光電耦合器U7的另一個輸出端連接在室外直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口 ；所述電容02、電容￡04、電阻1 11和穩壓管22之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口與光電耦合器U7之間，所述電容C2、電容EC4、電阻Rl I和穩壓管Z2之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl通過電阻R13與光電耦合器U8的一個輸入端相連接，所述光電耦合器U8的另一個輸入端連接+15V電源；所述電阻R12的一端連接+15V電源，所述電阻R12的另一端連接在所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述電阻R13之間；所述光電稱合器U8的一個輸出端通過電阻R15連接+15V電源,所述光電稱合器U8的另一個輸出端與所述插接件CM的端子FG相連接。所述插接件CN3還包括端子Vdm2和端子GND2 ;所述端子Vdm2依次通過二極體Dl和熔斷器Fl與+310V電源相連接，所述端子GND2依次通過發光二極體LEDl和電阻RlO與+310V電源相連接。所述室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路包括固定分壓電路和固定分壓分斷電路；所述固定分壓電路包括電阻R17、可調電阻ZWl、電容EC6和PNP型三極體Ql ;所述固定分壓分斷電路包括光電耦合器U9 ;所述三極體Ql通過電阻R17連接+15V電源，該+15V電源和三極體Ql基極間並聯一個電解電容EC5 ;所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的一端連接在電阻R17和三極體Ql之間，所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的
另一端接地。所述室內電機調速電壓切斷電路包括第一分壓整形電路、第一直流電壓檢測電路和Vspl電壓切斷電路；第一分壓整形電路由電阻R21、電阻R22和電容EC8組成；第一直流電壓檢測電路包括穩壓管Z3、電阻R23和三極體Q2 ；Vspl電壓切斷電路包括電阻R24 R26、開關三極體Q3，其中開關三極體Q3作為Vspl電壓切斷電路的執行元件。所述室外電機調速電壓切斷電路包括第二分壓整形電路、第二直流電壓檢測電路和Vsp2電壓切斷電路；第二分壓整形電路由電阻R27、電阻R28和電容EC9組成；第二直流電壓檢測電路包括穩壓管TA、電阻R29和三極體Q4 ；Vsp2電壓切斷電路包括電阻R30 R32、開關三極體Q5，其中開關三極體Q5作為Vsp2電壓切斷電路的執行元件。所述溫度檢測電路包括熱敏電阻RTl、分壓電阻R33和整流電容EClO ;所述熱敏電阻RTl的一端連接+5V電源，所述熱敏電阻RTl的另一端連接微控制器U4 ;所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的一端連接在所述熱敏電阻RTl和微控制器U4之間，所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的另一端接地。與已有技術相比，本發明有益效果體現在:I)本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，由於對室內、室外風扇電機均採用了直流無刷電機，且設置了轉速控制電路，通過閉環控制，使電機轉速控制穩定且不受電壓影響，噪聲小；高溫制熱、低溫制熱工況下，空調器的制熱效果更好。2 )本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，對室外直流無刷電機設置了固定轉速與可調轉速切換電路裝置，基於這一電路結構，本發明可分離為兩塊控制板:一塊室內控制板和一塊室外控制板，當系統只需要室外電機採用直流電機且僅需一個固定轉速時，在原來的控制系統上，再增加這樣一塊室外控制板即可，無需對原控制系統作任何改變，且由於室外電機固定分壓電阻採用了可調電阻ZW1，使其可適用於任何轉速要求的系統。而當對這樣的室外控制板加上本發明中的室內控制板及相應連線後，即可對室外電機進行閉環轉速控制。由於本發明室外電機控制電路的固定轉速和可調轉速可隨意切換，又可在閉環轉速控制迴路損壞時，室外風機繼續正常工作。解決了普通定速空調器一個系統要求對應一種新電機的困境，使得此發明的控制電路的適用性和可組合性大大加強，大大縮短產品開發周期。3)本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，由於在固定分壓電路中設置了電解電容EC5和電機調速電壓Vsp2切斷電路，使Vsp2電壓後於電機Vdm2和Vcc2電壓施加，先於電機Vdm2和Vcc2電壓切斷，解決了普通空調直流電機控制電路簡單，電機易損壞的弊病。4)本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，噪音低、制熱效果好，工作穩定可靠，極有利於產品市場的拓寬。5)本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，不改變已有定速空調器的系統結構，通過控制電路的適當調整即可實現，易於實施。本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，採用了直流無刷電機的定速空調器，該空調器能有效提高系統的能效比(EER)及性能係數(C0P)，減少換熱器銅鋁材料的使用；避免交流感應風扇電機的電磁聲，去除電壓對電機轉速、對性能的影響；能對室內外風扇電機任意調速控制，取得更好的制熱效果；還能對室外電機固定轉速控制和閉環調速控制進行任意搭配，提高產品開發的便利性。
圖1為本發明的直流無刷電機空調系統的結構示意圖。圖2為本發明的室內直流風扇電機轉速控制電路原理圖。圖3為本發明的室外直流風扇電機轉速控制電路原理圖A (第一電路單元)。圖4為本發明的室外直流風扇電機轉速控制電路原理圖B (第二電路單元)。圖5為本發明的室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路原理圖。圖6為本發明的室內電機調速電壓Vspl切斷電路原理圖。圖7為本發明的室外電機調速電壓Vsp2切斷電路原理圖。圖8為本發明的室內盤管溫度檢測電路原理圖。圖9為本發明的整體控制電路原理圖。圖10為本發明的室外電機溫度-轉速關係的轉換圖表。圖1 圖10中標號:1壓縮機,2室外機換熱器,3軸流風扇，4室內機換熱器,5第一毛細管，6貫流風扇，7四通閥，8電熱器，9氣液分離器，10單向閥，11第一截止閥，12第二截止閥，13第二毛細管。以下通過具體實施方式
，並結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式參見圖9，直流無刷電機空調系統控制電路，包括微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路、室內電機調速電壓切斷電路、室外電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路；所述室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路和溫度檢測電路均與所述微控制器相連接；所述室內電機調速電壓切斷電路與所述室內直流風扇電機轉速控制電路相連接，所述室外電機調速電壓切斷電路和室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路均與所述室外直流風扇電機轉速控制電路相連接；所述室外直流風扇電機轉速控制電路包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元包括插接件CN2,所述第二電路單元包括插接件CM ；所述直流無刷電機空調系統控制電路的電路板分為室外控制板和室內控制板；所述微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單元、室內電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路設置於所述室內控制板上，所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路和室外電機調速電壓切斷電路設置於所述室外控制板上；所述室外控制板和室內控制板之間通過插接件CN2和插接件CM相連接。直流無刷電機空調系統包括室內機、室外機及本發明的控制電路，室內機和室外機的示意圖見圖1所示。所述室內機包括室內機換熱器4、電熱器8和貫流風扇6;所述室內機換熱器4的一端連接有第一截止閥11，所述室內機換熱器4的另一端與第二截止閥12相連接；所述室外機包括室外機換熱器2、壓縮機1、軸流風扇3、第一毛細管5、四通閥7、氣液分離器9和單向閥10 ;所述壓縮機I與所述四通閥7的第一埠相連接，所述四通閥7的第二埠與所述第一截止閥11相連接，所述四通閥7的第三埠與所述氣液分離器9相連接，所述四通閥7的第四埠與所述室外機換熱器2的一端相連接，所述室外機換熱器2的另一端與所述第一毛細管5的一端相連接，所述第一毛細管5的另一端與所述單向閥10的一端相連接，所述單向閥10的另一端與所述第二截止閥12相連接；所述室外機換熱器2的一側設置有軸流風扇3 ;所述貫流風扇6的電機和所述軸流風扇3的電機均為無刷直流電機；所述室內機的貫流風扇6的電機和所述室外機的軸流風扇3的電機分別由兩塊控制板控制。所述室外機還包括第二毛細管13 ;所述單向閥10與第二毛細管13相併聯連接。如圖1是本發明的一種應用直流無刷電機的空調系統，由室內機、室外機、製冷系統以及相應的控制電路構成。製冷時，製冷系統內的低壓、低溫製冷劑蒸汽被壓縮機I吸入，經壓縮為高壓、高溫的過熱蒸汽後排至室外機換熱器2 ;同時室外側風扇3吸入的室外空氣流經室外機換熱器2，帶走製冷劑放出的熱量，使高壓、高溫的製冷劑蒸汽凝結為高壓液體。高壓液體經過第一毛細管5降壓降溫流入室內機換熱器4，並在相應的低壓下蒸發，吸取周圍熱量；同時室內側風扇6使室內空氣不斷進入室內機換熱器4的肋片間進行熱交換，並將放熱後的變冷的氣體送向室內。如此，室內外空氣不斷循環流動，達到降低溫度的目的。制熱時，利用製冷系統的壓縮冷凝熱來加熱室內空氣的，低壓、低溫製冷劑液體在蒸發器內蒸發吸熱，而高溫高壓製冷劑氣體在冷凝器內放熱冷凝。熱泵制熱時通過四通閥7來改變製冷劑的循環方向，使原來製冷工作時作為蒸發器的室內機換熱器變成制熱時的冷凝器，原來製冷工作時作為冷凝器的室外機換熱器變成制熱時的蒸發器，這樣製冷系統在室外吸熱，室內放熱，實現制熱的目的。電熱器8用於作為輔助加熱裝置。室內、室外風機均採用直流無刷電機，分別由兩塊控制板控制，通過閉環控制，使電機轉速控制穩定且不受電壓影響，噪聲小；高溫制熱、低溫制熱工況下，空調器的制熱效果更好。室外電機採用單獨的控制電路，使得室外電機的固定轉速和可調轉速可隨意切換，又可在閉環轉速控制迴路損壞時，室外風機繼續正常工作。如圖9為本發明的控制電路的整體電路圖，圖9的電路圖是綜合了圖2 圖8的整體電路圖，該控制電路的電路板分離為兩塊控制板:一塊室內控制板和一塊室外控制板。對室內、室外風扇電機均採用直流無刷電機，且設置了轉速控制電路。當系統只需要室外電機採用直流電機且僅需一個固定轉速時，在原來的控制系統上，再增加這樣一塊室外控制板即可，無需對原控制系統作任何改變，且由於室外電機固定分壓電阻採用了可調電阻ZW1，使其可適用於任何轉速要求的系統。而當對這樣的室外控制板加上本發明中的室內控制板及相應連線後，即可對室外電機進行閉環轉速控制。由於本發明室外電機控制電路的固定轉速和可調轉速可隨意切換，又可在閉環轉速控制迴路損壞時，室外風機繼續正常工作。解決了普通定速空調器一個系統要求對應一種新電機的困境，使得此發明的控制電路的適用性和可組合性大大加強,大大縮短產品開發周期,提高制熱效果和工作穩定性及可靠性。所述室內直流風扇電機轉速控制電路包括電阻Rl R6、電容ECl EC2、電容Cl、反相器U3、光電稱合器U1、光電稱合器U2和穩壓管Zl ;所述微控制器U4的PWM輸出埠依次通過反相器U3和電阻R4與光電耦合器Ul的輸入端相連接，所述光電耦合器Ul的一個輸出端通過電阻R3連接+15V電源，所述光電耦合器Ul的另一個輸出端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口，所述電容Cl、電容EC1、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口與光電耦合器Ul之間，所述電容Cl、電容EC1、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述光電稱合器U2的一個輸入端相連接,所述光電I禹合器U2的另一個輸入端通過電阻R2連接+15V電源；所述光電稱合器U2的一個輸出端通過電阻R5與微控制器U4相連接；所述電阻R6和電容EC2相併聯連接後的一端連接在電阻R5與微控制器U4之間，所述電阻R6和電容EC2相併聯連接後的另一端接地。所述室內直流風扇電機MOTORl和所述室內直流風扇電機轉速控制電路之間通過插接件CNl相連接，所述CNl上包括有Vdml、GND1、Vccl、Vspl和FGl等連接端子。如圖2所示，室內直流風扇電機轉速控制電路，由轉速反饋電路及電機驅動電路構成。轉速反饋電路由電阻1 2、1 5、1 6、光電耦合器似和電容￡02等元件組成。電機驅動電路包括Rl、R3、R4、光電耦合器Ul、電容ECl、電容Cl、反相器U3和穩壓管Zl等元件組成。
所述轉速反饋電路以室內直流風扇電機的內置霍爾元件作為電機轉速檢測信號，通過室內直流風扇電機的插接件CNl的FGl 口米樣至光電稱合器U2輸入端,經光電稱合器U2輸出，經由電阻R5、R6、電容EC2組成信號整形電路輸入到微控制器U4。以反相器U3和光電耦合器Ul作為控制電機轉速的執行元件。微控制器U4根據檢測到的轉速信號，實時調節輸出至反相器U3的脈衝信號頻率。光電耦合器Ul輸出的脈衝再經由電阻R1、電容ECl、Cl組成的信號整形電路，形成平穩的電機驅動電壓VspI，施加在室內電機M0T0R1上。微控制器U4的PWM輸出埠先輸出一個小佔空比的PWM脈衝波形，經過反相器U3，通過光電耦合器Ul輸出，電阻R1、電容EC1、C1整形濾波後形成一定幅值的直流電壓加到室內電機M0T0R1的轉速調節Vspl 口，並在Vspl 口設置穩壓管Zl以防止Vspl電壓過高損壞電機。當室內風扇電機運轉後，電機內置的霍爾元件HALL輸出12個脈衝/轉，送入轉速反饋口 FGl，再經光電耦合器U2隔離輸出，由電阻R5、R6、電容EC2整形為方波，送入微控制器U4外部中斷口，微控制器U4對送入的脈衝進行計數，從而實現對風速的測量。並與微控制器U4內部設定的相應轉速的脈衝數進行比較，調整PWM波的佔空比。通過佔空比的改變可以控制Vspl 口的電壓值，從而控制室內電機M0T0R1的轉速。所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單元還包括光電耦合器U5、光電率禹合器U6、電阻R7 R9、反相器U3和電容EC3 ；所述光電稱合器U5的輸出端與所述插接件CN2的端子Vsp相連接，所述光電耦合器U5的輸入端依次通過電阻R7和反相器U3連接在微控制器U4的PWM輸出埠上；所述 光電耦合器U6的兩個輸入端分別與所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相連接，所述光電耦合器U6的輸出端通過電阻R8與微控制器U4相連接；所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的一端連接在電阻R8與微控制器U4之間，所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的另一端接地；所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元還包括電阻Rll R16、電容EC4、電容C2、光電稱合器U7、光電稱合器U8和穩壓管Z2,所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元通過插接件CN3與所述室外直流風扇電機M0T0R2相連接；所述插接件CM的端子Vsp通過電阻R16與光電稱合器U7的輸入端相連接,所述光電稱合器U7的一個輸出端通過電阻R14連接+15V電源，所述光電耦合器U7的另一個輸出端連接在室外直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口 ；所述電容02、電容￡04、電阻1 11和穩壓管22之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口與光電耦合器U7之間，所述電容C2、電容EC4、電阻Rl I和穩壓管Z2之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl通過電阻R13與光電耦合器U8的一個輸入端相連接，所述光電耦合器U8的另一個輸入端連接+15V電源；所述電阻R12的一端連接+15V電源，所述電阻R12的另一端連接在所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述電阻R13之間；所述光電稱合器U8的一個輸出端通過電阻R15連接+15V電源,所述光電稱合器U8的另一個輸出端與所述插接件CM的端子FG相連接。如圖3、圖4分別為室外直流風扇電機轉速控制電路的兩個電路單元，這兩個電路單元共同構成了室外電機轉速控制電路，其基本控制原理和上述室內直流風扇電機轉速控制電路的基本原理相同，電路結構也相似。為了使本發明獲得更好的適用性，而將室外電機控制電路分成室內(即第一電路單元，圖3所示)、室外(即第二電路單元，圖4所示)兩部分，兩個電路單元的插接件的相應端子通過導線連接後，即可實現電路的連通。 所述第一電路單元的插接件CN2和所述第二電路單元包括插接件CM均包括4個端子:Vsp、FG、0UT-和IN-。將這兩個插接件的相同名稱的端子通過導線相連接，即可將接插件CN2和CM相連接，從而可將室外控制板和室內控制板相連接。室外直流風扇電機轉速控制電路，以可隔離輸入輸出端的光電I禹合器U6、U8作為室外電機轉速信號的米樣兀件，以可隔離輸入輸出端的光電I禹合器U5、U7作為控制室外電機M0T0R2的轉速的執行器件。所述插接件CN3還包括端子Vdm2和端子GND2 ;所述端子Vdm2依次通過二極體Dl和熔斷器Fl與+310V電源相連接，所述端子GND2依次通過發光二極體LEDl和電阻RlO與+310V電源相連接。通過發光二極體LEDl可顯示室外電機M0T0R2是否接通電源，通過熔斷器Fl對室外電機M0T0R2實施保護。所述室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路包括固定分壓電路和固定分壓分斷電路；所述固定分壓電路包括電阻R17、可調電阻ZWl、電容EC6和PNP型三極體Ql ;所述固定分壓分斷電路包括光電耦合器U9 ;所述三極體Ql通過電阻R17連接+15V電源，該+15V電源和三極體Ql基極間並聯一個電解電容EC5 ;所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的一端連接在電阻R17和三極體Ql之間，所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的另一端接地。圖5為室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路，由固定分壓電路和固定分壓分斷電路構成。所述固定分壓電路`由電阻R17、可調電阻ZW1、電容EC6、PNP型三極體Ql組成；以光電耦合器U9作為固定分壓分斷電路的執行元件。在+15V電源端和三極體Ql基極間並聯一個電解電容EC5，使得在接通電源時，使固定分壓電路輸出的電機驅動電壓緩慢施加在室外電機M0T0R2上，以避免損壞電機。所述室內電機調速電壓切斷電路包括第一分壓整形電路、第一直流電壓檢測電路和Vspl電壓切斷電路；第一分壓整形電路由電阻R21、電阻R22和電容EC8組成；第一直流電壓檢測電路包括穩壓管Z3、電阻R23和三極體Q2 ；Vspl電壓切斷電路包括電阻R24 R26、開關三極體Q3，其中開關三極體Q3作為Vspl電壓切斷電路的執行元件。圖6為室內電機M0T0R1調速電壓Vspl切斷電路，由電阻R21、R22和電容EC8組成第一分壓整形電路，經由穩壓管Z3、三極體Q2作為+310V電壓檢測元件。以開關三極體Q3作為Vspl電壓切斷電路的執行元件。突遇斷電時，在電機MOTORl的Vdml和Vccl電壓切斷前，先切斷Vspl電壓，以保護室內直流電機M0T0R1不被損壞。所述室外電機調速電壓切斷電路包括第二分壓整形電路、第二直流電壓檢測電路和Vsp2電壓切斷電路；第二分壓整形電路由電阻R27、電阻R28和電容EC9組成；第二直流電壓檢測電路包括穩壓管TA、電阻R29和三極體Q4 ；Vsp2電壓切斷電路包括電阻R30 R32、開關三極體Q5，其中開關三極體Q5作為Vsp2電壓切斷電路的執行元件。圖1為室外電機M0T0R2調速電壓Vsp2切斷電路，其基本控制原理同室內直流風扇電機轉速控制電路。經由穩壓管Z4、三極體Q4作為+310V電壓檢測元件。以開關三極體Q5作為Vsp2電壓切斷電路的執行元件。突遇斷電時，在室外電機M0T0R2的Vdm2和Vcc2電壓切斷前，先切斷Vsp2電壓，以保護室外直流電機M0T0R2不被損壞。所述溫度檢測電路包括熱敏電阻RTl、分壓電阻R33和整流電容EClO ;所述熱敏電阻RTl的一端連接+5V電源，所述熱敏電阻RTl的另一端連接微控制器U4 ;所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的一端連接在所述熱敏電阻RTl和微控制器U4之間，所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的另一端接地。圖8為溫度檢測電路，設置室內機蒸發器的盤管溫度傳感器RT1，以所述盤管溫度傳感器RTl的溫度檢測信號作為室外電機不同轉速檔的轉換控制信號。 圖2和圖6構成了完整的室內電機M0T0R1控制電路，圖2中的A節點和圖6中的A節點相連接。當空調正常運行中，突遇斷電的情況時，由於開關電源的特性，室內電機M0T0R1的Vccl電壓以及微控制器U4的Vc電壓均會保持幾秒才會消失，而室內電機M0T0R1的Vdml電壓會緩慢下降，在這幾秒內，由於Vdml的下降導致室內電機M0T0R1的轉速下降，從而使微控制器U4檢測到室內電機M0T0R1的反饋的脈衝數減少，微控制器U4會加大輸出PWM波的佔空比，致使Vspl電壓升高，不正常的工作狀態極有可能導致直流電機M0T0R1內部的驅動模塊損壞。而通過設置電機M0T0R1調速電壓Vspl切斷電路，可有效解決此問題。當Vdml電壓+310V正常時，電阻R21、R22和電容EC8組成分壓整形電路，使得穩壓管Z3、三極體Q2導通，三極體Q3截止，不影響Vspl電壓，不影響電機的正常工作。而在斷電，當+310V電壓下降到一定程度時，電阻R22上分得的電壓低於穩壓管Z3的穩壓值時，三極體Q2截止，三極體Q3飽和導通，在電機M0T0R1的Vccl電壓以及微控制器U4的Vc電壓失電前，Vspl 口電壓因三極體Q3飽和導通，電壓下降至0V，從而保證直流電機M0T0R1不被損壞。圖3、圖4、圖5、圖7構成了完整的室外電機M0T0R2的控制電路，其中室外控制板的供電通過室內控制板的外風機信號控制繼電器控制，以方便與普通電控板對接。圖3中的CN2與圖4中的CM有相對應的端子，將相對應的端子相連接後可將兩部分電路圖連接在一起，圖中兩個節點B相連接，三個節點C相連接，構成完整的電路圖，如圖9所示。當室外控制板上電後，在室內控制板的接插件CN2和室外控制板上的接插件CN4未連接時，則+15V電壓經由電阻R17、可調電阻ZWl、電容EC6組成的分壓電路輸出電壓至PNP型三極體Ql的射極，三極體Ql的基極通過電阻R18、R19和電容EC7接地，PN結正偏，三極體Ql導通，分壓電路分得的電壓加到室外電機M0T0R2的Vsp2 口，使電機M0T0R2按一固定轉速運轉。+15V通過電阻R18、R19對電容EC5緩慢充電，使得三極體Ql慢慢導通，施加到Vsp2 口的電壓緩慢增加，從而使電機M0T0R2緩慢勻速起動，電容EC5的設置，使Vsp2電壓後於電機M0T0R2的Vdm2和Vcc2電壓施加，符合直流電機的控制要求，可有效保護直流電機M0T0R2不被損壞。可調電阻ZWl的設置，可使本發明的室外控制板適應任一系統要求的轉速，而不必重新設計控制板及電機。當室內控制板的接插件CN2和室外控制板上的接插件CM連接接通後，微控制器U4的PWM 口輸出的PWM脈衝波形，經過反相器U3、R7連接至光電耦合器U5的第2腳(圖3所示)，光耦U5第3腳輸出經R16連接至U9 (圖5所示)第I腳，從U9第3腳輸出，給電容EC7充電，使得三極體Ql的基極電壓高於發射極電壓，PN結反偏，三極體Ql截止，切斷了室外電機M0T0R2的Vsp2固定分壓電路。同時，微控制器U4的PWM 口輸出的PWM脈衝波形，經過反相器U3、R7連接至光電耦合器U5的第2腳(圖3所示)，光耦U5第3腳輸出經R16連接至U7 (圖4所示)第I腳，從U7第3腳輸出，電阻R11、電容EC4、C2 (圖4所示)整形濾波後形成一定幅值的直流電壓加到室外電機M0T0R2的轉速調節Vsp2 口，並在Vsp2 口設置穩壓管Z2以防止Vsp2電壓過高損壞電機，當室外風扇電機M0T0R2運轉後，電機M0T0R2內置的霍爾元件HALL輸出12個脈衝/轉，送入轉速反饋口 FG2，再經光電耦合器U8 (圖4所示)、U6 (圖3所示)隔離輸出，由電阻R8、R9、電容EC3 (圖3所示)整形為方波，送入微控制器U4外部中斷口，微控制器U4對送入的脈衝進行計數，進行室外風扇電機M0T0R2的轉速的測量，從而實現對室外風扇的風速的測量。將室外風扇電機M0T0R2的轉速與微控制器U4內部設定的相應轉速的脈衝數進行比較，調整PWM波的佔空比。通過佔空比的改變可以控制Vsp2 口的電壓值，從而控制室外風扇電機M0T0R2的轉速。圖7所示，電機調速電壓Vsp2切斷電路，斷電時，在電機的Vdm2和Vcc2電壓切斷前，先切斷Vsp2電壓，以保護直流電機M0T0R2不被損壞。根據圖8所示，通過在室內機換熱器上設置盤管溫度傳感器，5V電壓通過NTC熱敏電阻和R33分壓，EClO整形、穩壓，將NTC熱敏電阻RTl阻值的變化轉換為電壓變化，輸出直流電壓信號到微控制器U4的AD 口。微控制器U4通過對此電壓的AD轉換、採集來感知室內換熱器溫度的變化，空調製熱情況下，當換熱器溫度變化時，根據圖10的溫度-轉速轉換關係表，對室外電機的轉速進行控制。當溫度上升時，大於等於T3時，室外風機轉速下調一檔，至SP3，大於等於T5時，室外風機轉速再下調一檔，至SP2，大於等於T6時，室外風機轉速調至SPl ;當溫度下降時，小於T4時，室外風機轉速上調一檔，至SP2，小於T2時，室外風機轉速再上調一檔，至SP3，小於Tl時，室外風機轉速調至SP4。在溫度上升過程中，如果大於等於17時，為防止壓縮機因高負荷「跳機」，則關斷室外控制板的供電，一旦關斷室外控制板的供電後，為給系統負荷一個下降的時間，則需控制溫度下降至小於等於Tl時，再讓室外控制板重新得電，重複上述的風速控制過程。具體實施中，還可以再設置更檔位室外電機轉速，依據溫度變化，在低溫制熱時，提升轉速，在高溫制時，降低轉速。達到提升低溫制熱時的總有效制熱時間，提升高溫制熱時的制熱量的目的。在分體壁掛式空調器KFRd-32GW/051-Nl、KFRd-32GW/052-Nl、KFRd-32GW/053-Nl、KFRd-32Gff/054-Nl (I級能效，EER=3.6)機型上進行實驗時，室內顯示分別採用LED模塊、LED燈兩種顯示方式。根據實驗，製冷系統使用原先的KFRd-32GW/054-El (2級能效，EER=3.4)系統，未作改變。正常工作時，室外電機M0T0R2轉速設置在820轉/分鐘，室內風機MOTORl、室外風機M0T0R2均採用直流無刷電機，採用室內、室外兩塊控制板，室外控制板通過室內控制板的外風機控制繼電器供電，室外電機M0T0R2通過室內控制板進行閉環控制，為防止閉環控制線路損壞後，空調不能正常工作，調整好固定分壓電路中的可調電阻ZW1，達到一定的Vsp2電壓，使固定轉速為820轉/分鐘。制熱過程中，當溫度上升時，大於等於44°C時，室外風機轉速下調一檔，至720轉/分鐘；大於等於46°C時，室外風機M0T0R2轉速再下調一檔，至500轉/分鐘；大於等於46°C時，室外風機M0T0R2轉速調至300轉/分鐘；當溫度下降時，小於45°C時，室外風機M0T0R2轉速上調一檔，至500轉/分鐘；小於43°C時，室外風機M0T0R2轉速再上調一檔，至700轉/分鐘；小於41°C時，室外風機M0T0R2轉速調至820轉/分鐘。在溫度上升過程中，如果大於等於50°C時，為防止壓縮機因高負荷「跳機」，則關斷室外控制板的供電，一旦關斷室外控制板的供電後，為給系統負荷一個下降的時間，則需控制溫度下降至小於等於41°C時，再讓室外控制板重新得電，重複上述的風速控制過程。試驗證明，在原KFRd-32GW/054-El系統的基礎上，直接將能效比EER提升到3.6以上，且將最大制熱量由原先的平均制熱量3200W(制熱高負荷時，外風機頻繁啟停，造成制熱量波動)提高到了 4600W。高溫制熱時的COP由原先大幅提高了冬季制熱性能及環境適應性。產品成本與未採用直流電機的KFRd-32GW/05-Nl機型成本相當，但減小了外機的體積，減少了銅、鋁等用量，在包裝、運輸成本、噪音、性能方面均有著很大改善。市場推廣，效果良好。如上所述，結合
了本發明一種應用直流無刷電機的控制電路及其控制方法，但是本發明不能被本說明書中記載的實例和附圖限定，本領域的一般技術人員在本發明的技術思想保護範圍內可以提出多種變形例。
權利要求
1.直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，包括微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路、室內電機調速電壓切斷電路、室外電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路；所述室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路和溫度檢測電路均與所述微控制器相連接；所述室內電機調速電壓切斷電路與所述室內直流風扇電機轉速控制電路相連接，所述室外電機調速電壓切斷電路和室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路均與所述室外直流風扇電機轉速控制電路相連接； 所述室外直流風扇電機轉速控制電路包括第一電路單元和第二電路單元，所述第一電路單元包括插接件CN2,所述第二電路單元包括插接件CM。
所述直流無刷電機空調系統控制電路的電路板分為室外控制板和室內控制板；所述微控制器UU4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單元、室內電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路設置於所述室內控制板上，所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路和室外電機調速電壓切斷電路設置於所述室外控制板上；所述室外控制板和室內控制板之間通過插接件CN2和插接件CN4相連接。
2.根據權利要求1所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述室內直流風扇電機轉速控制電路包括電阻Rl R6、電容ECl EC2、電容Cl、反相器U3、光電耦合器U1、光電耦合器U2和穩壓管Zl ;所述中央處理器U4的PWM輸出埠依次通過反相器U3和電阻R4與光電稱合器Ul的輸入端相連接,所述光電稱合器Ul的一個輸出端通過電阻R3連接+15V電源，所述光電耦合器Ul的另一個輸出端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口，所述電容Cl、電容EC1、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vspl 口與光電耦合器Ul之間，所述電容Cl、電容ECl、電阻Rl和穩壓管Zl之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述光電稱合器U2的一個輸入端相連接,所述光電稱合器U2的另一個輸入端通過電阻R2連接+15V電源；所述光電耦合器U2的一個輸出端通過電阻R5與微控制器U4相連接；所述電阻R6和電容EC2 相併聯連接後的一端連接在電阻R5與微控制器U4之間，所述電阻R6和電容EC2相併聯連接後的另一端接地。
3.根據權利要求1所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第一電路單兀還包括光電稱合器U5、光電稱合器U6、電阻R7 R9、反相器U3和電容EC3 ;所述光電耦合器U5的輸出端與所述插接件CN2的端子Vsp相連接，所述光電耦合器U5的輸入端依次通過電阻R7和反相器U3連接在微控制器U4的PWM輸出埠上；所述光電耦合器U6的兩個輸入端分別與所述插接件CN2的端子FG和端子OUT-相連接，所述光電耦合器U6的輸出端通過電阻R8與微控制器U4相連接；所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的一端連接在電阻R8與微控制器U4之間，所述電阻R9和電容EC3相併聯連接後的另一端接地。
所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元還包括電阻Rll R16、電容EC4、電容C2、光電耦合器U7、光電耦合器U8和穩壓管Z2，所述室外直流風扇電機轉速控制電路的第二電路單元通過插接件CN3與所述室外直流風扇電機M0T0R2相連接；所述插接件CN4的端子Vsp通過電阻R16與光電稱合器U7的輸入端相連接,所述光電稱合器U7的一個輸出端通過電阻R14連接+15V電源，所述光電耦合器U7的另一個輸出端連接在室外直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口 ；所述電容02、電容￡04、電阻1 11和穩壓管22之間相併聯連接後的一個連接端連接在室內直流風扇電機的轉速調節Vsp2 口與光電耦合器U7之間，所述電容C2、電容EC4、電阻Rl I和穩壓管Z2之間相併聯連接後的另一個連接端接地；所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl通過電阻R13與光電耦合器U8的一個輸入端相連接，所述光電耦合器U8的另一個輸入端連接+15V電源；所述電阻R12的一端連接+15V電源，所述電阻R12的另一端連接在所述室內直流風扇電機的轉速反饋口 FGl與所述電阻R13之間；所述光電稱合器U8的一個輸出端通過電阻R15連接+15V電源,所述光電稱合器U8的另一個輸出端與所述插接件CM的端子FG相連接。
4.根據權利要求3所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述插接件CN3還包括端子Vdm2和端子GND2 ;所述端子Vdm2依次通過二極體Dl和熔斷器Fl與+310V電源相連接，所述端子GND2依次通過發光二極體LEDl和電阻RlO與+310V電源相連接。
5.根據權利要求1所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路包括固定分壓電路和固定分壓分斷電路；所述固定分壓電路包括電阻Rl7、可調電阻ZWl、電容EC6和PNP型三極體Ql ;所述固定分壓分斷電路包括光電耦合器U9 ;所述三極體Ql通過電阻R17連接+15V電源，該+15V電源和三極體Ql基極間並聯一個電解電容EC5 ;所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的一端連接在電阻R17和三極體Ql之間，所述可調電阻ZWl和電容EC6並聯連接後的另一端接地。
6.根據權利要求1所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述室內電機調速電壓切斷電路包括第一分壓整形電路、第一直流電壓檢測電路和Vspl電壓切斷電路；第一分壓整形電路由電阻R21、電阻R22和電容EC8組成；第一直流電壓檢測電路包括穩壓管Z3、電阻R23和三極體Q2 ；Vspl電壓切斷電路包括電阻R24 R26、開關三極體Q3，其中開關三極體Q3作為Vspl電壓切斷電路的執行元件。
7.根據權利要求1所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述室外電機調速電壓切斷電路包括第 二分壓整形電路、第二直流電壓檢測電路和Vsp2電壓切斷電路；第二分壓整形電路由電阻R27、電阻R28和電容EC9組成；第二直流電壓檢測電路包括穩壓管Z4、電阻R29和三極體Q4 ；Vsp2電壓切斷電路包括電阻R30 R32、開關三極體Q5，其中開關三極體Q5作為Vsp2電壓切斷電路的執行元件。
8.根據權利要求1、2、3、4、5和7所述的直流無刷電機空調系統控制電路，其特徵是，所述溫度檢測電路包括熱敏電阻RT1、分壓電阻R33和整流電容EClO ;所述熱敏電阻RTl的一端連接+5V電源，所述熱敏電阻RTl的另一端連接微控制器U4 ;所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的一端連接在所述熱敏電阻RTl和微控制器U4之間，所述分壓電阻R33和整流電容EClO相併聯連接後的另一端接地。
全文摘要
本發明公開了一種直流無刷電機空調系統控制電路，包括微控制器U4、室內直流風扇電機轉速控制電路、室外直流風扇電機轉速控制電路、室外直流電機固定轉速與可調轉速切換電路、室內電機調速電壓切斷電路、室外電機調速電壓切斷電路和溫度檢測電路；室外直流風扇電機轉速控制電路包括第一電路單元和第二電路單元；直流無刷電機空調系統控制電路的電路板分為室外控制板和室內控制板；室外控制板和室內控制板之間通過插接件CN2和插接件CN4相連接。本發明的直流無刷電機空調系統控制電路，具有能對室內外風扇電機任意調速控制，取得更好的制熱效果、還能對室外電機固定轉速控制和閉環調速控制進行任意搭配以提高產品開發的便利性等優點。
文檔編號G05D13/62GK103197699SQ20131013664
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者方立勇, 梁濤 申請人:中國揚子集團滁州揚子空調器有限公司