一種集成變頻電機控制器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種集成變頻電機控制器，集成于變頻電機外殼上，且設(shè)于霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器與變頻電機之間，用于根據(jù)變頻電機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號輸出指令以驅(qū)動變頻電機運轉(zhuǎn)，包括邏輯發(fā)生器、PWM處理模塊、功率驅(qū)動單元、逆變電路和輔助電路。所述集成變頻電機控制器通過邏輯發(fā)生器實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制信號用來控制功率器件的導(dǎo)通與截止，從而改變加在電機繞組上的平均電壓和電流，達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的；且其內(nèi)部集成了PWM發(fā)生器、邏輯發(fā)生器、霍爾接口等硬件模塊，適用于家電用變頻驅(qū)動器、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變頻驅(qū)動器、多環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。
【專利說明】
一種集成變頻電機控制器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本實用新型涉及變頻電機領(lǐng)域，尤其涉及一種集成變頻電機控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]在家電領(lǐng)域的變頻空調(diào)、冰箱、洗衣機、吸油煙機、風(fēng)扇，洗碗機等家電中都需要電機的變頻驅(qū)動控制?，F(xiàn)在變頻驅(qū)動主要使用PWM合成驅(qū)動方式，這要求其控制器有很強的PWM生成能力。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實用新型提供一種集成變頻電機控制器，內(nèi)部集成了 PWM發(fā)生器、邏輯發(fā)生器、霍爾接口等硬件模塊，適用于家電用變頻驅(qū)動器、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變頻驅(qū)動器、多環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。
[0004]為此，本實用新型提供了一種集成變頻電機控制器，集成于變頻電機外殼上，且設(shè)于霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器與變頻電機之間，用于根據(jù)變頻電機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號輸出指令以驅(qū)動變頻電機運轉(zhuǎn)，包括邏輯發(fā)生器、PWM處理模塊、功率驅(qū)動單元和逆變電路。
[0005]所述邏輯發(fā)生器內(nèi)置霍爾接口，與所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器電連接，用于接收所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號并進(jìn)行信號處理和運算后輸出PWM信號至所述PWM處理豐旲塊。
[0006]所述PffM處理模塊設(shè)于所述邏輯發(fā)生器與所述功率驅(qū)動單元之間，用于接收PffM信號并進(jìn)行邏輯處理以控制所述功率驅(qū)動單元中各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷以控制所述變頻電機的運轉(zhuǎn)。
[0007]所述逆變電路設(shè)于電源單元和變頻電機之間，用于將電源單元的直流電源轉(zhuǎn)換為變頻電機用的交流電源。
[0008]所述功率驅(qū)動單元包括Tl?T6共6個功率MOS開關(guān)和ROl、R02兩個功率檢流電阻，1'133、了5為上橋臂了436、了2為下橋臂，1'1和了4為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機六相，形成控制流經(jīng)電機A相線圈的開關(guān);T3和T6為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機B相，形成控制流經(jīng)電機B相線圈的開關(guān);T5和T2為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機C相，形成控制流經(jīng)電機C相線圈的開關(guān)。功率檢流電阻ROl和R02用于測量電機相電流。
[0009]進(jìn)一步地，所述邏輯發(fā)生器包括AD變換單元、時鐘單元和運算單元。
[0010]進(jìn)一步地，所述PffM處理模塊包括電連接的比較單元和PffM電路，PffM信號由比較單元產(chǎn)生六路信號經(jīng)PWM電路驅(qū)動后控制所述功率驅(qū)動單元各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0011 ]進(jìn)一步地，還包括輔助電路，所述輔助電路包括電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速電路和制動電路，所述電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速電路和制動電路分別作為所述邏輯發(fā)生器的輸入電路連接于所述邏輯發(fā)生器，所述邏輯發(fā)生器根據(jù)電流、電壓、轉(zhuǎn)速以及調(diào)速或制動信號經(jīng)AD變換和運算后經(jīng)時鐘單元產(chǎn)生一個帶各種信息的PWM信號輸出至所述PWM處理模塊。
[0012]本實用新型提供的所述集成變頻電機控制器通過邏輯發(fā)生器實現(xiàn)PffM脈寬調(diào)制信號用來控制功率器件的導(dǎo)通與截止，從而改變加在電機繞組上的平均電壓和電流，達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的;且其內(nèi)部集成了PWM發(fā)生器、邏輯發(fā)生器、霍爾接口等硬件模塊，適用于家電用變頻驅(qū)動器、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變頻驅(qū)動器、多環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。
【附圖說明】
[0013]圖1為本實用新型提供的一種集成變頻電機控制器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0014]圖2為圖1中功率驅(qū)動單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為PffM處理模塊中比較單元和PffM電路產(chǎn)生對稱的PffM波形圖；
[0016]圖4為電機位置檢測及功率MOS開關(guān)的驅(qū)動信號圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結(jié)合附圖對本實用新型的實施例進(jìn)行詳述。
[0018]請參閱圖1，本實用新型提供了一種集成變頻電機控制器，集成于變頻電機30外殼上，且設(shè)于霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20與變頻電機30之間，用于根據(jù)變頻電機30旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20的位置信號輸出指令以驅(qū)動變頻電機30運轉(zhuǎn)，包括邏輯發(fā)生器I UPffM處理模塊12、功率驅(qū)動單元13、逆變電路14和輔助電路。
[0019]所述邏輯發(fā)生器11內(nèi)置霍爾接口，與所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20電連接，用于接收所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20的位置信號并進(jìn)行信號處理和運算后輸出PWM信號至所述PffM處理模塊12。
[0020]所述PWM處理模塊12設(shè)于所述邏輯發(fā)生器11與所述功率驅(qū)動單元13之間，用于接收PWM信號并進(jìn)行邏輯處理以控制所述功率驅(qū)動單元13中各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷以控制所述變頻電機30的運轉(zhuǎn)。
[0021 ]所述逆變電路14設(shè)于電源單元和變頻電機30之間，用于將電源單元的直流電源轉(zhuǎn)換為變頻電機30用的交流電源。
[0022]請參閱圖2，所述功率驅(qū)動單元13包括Tl?T6共6個功率MOS開關(guān)和ROl、R02兩個功率檢流電阻，Tl、T3、T5為上橋臂T4、T6、T2為下橋臂，Tl和T4為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機A相，形成控制流經(jīng)電機A相線圈的開關(guān);Τ3和Τ6為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機B相，形成控制流經(jīng)電機B相線圈的開關(guān);Τ5和Τ2為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機C相，形成控制流經(jīng)電機C相線圈的開關(guān)。功率檢流電阻R01、R02用于測量電機相電流。
[0023]所述邏輯發(fā)生器11包括AD變換單元111、時鐘單元112和運算單元113。
[0024]所述PWM處理模塊12包括電連接的比較單元和PWM電路，PWM信號由比較單元產(chǎn)生六路信號經(jīng)PWM電路驅(qū)動后控制所述功率驅(qū)動單元13各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。
[0025]在初始化時，強制PffMl?PWM6輸出高電平，電機開始運轉(zhuǎn)時可改變PWM波形的載波周期，并改變PWM波形的占空比。所述比較單元和PWM電路產(chǎn)生對稱的PWM波形如圖3所示。
[0026]圖3中的死區(qū)時間用于保證在任何情況下，每個比較單元相關(guān)的2路P麗輸出控制已對正向?qū)ê拓?fù)向?qū)ㄔO(shè)備時沒有重疊，即一個器件在沒有完全關(guān)斷時，另一個器件不能導(dǎo)通。如果比較單元的死區(qū)被使能，則周期結(jié)束時與這個比較單元相關(guān)的PWM輸出不會復(fù)位到一個無效狀態(tài)。死區(qū)時間插入到一個器件的關(guān)斷和另一個器件的開啟之間。這種延時使得一個功率器件在開啟前，另一個功率器件已完全關(guān)斷。所需的死區(qū)延時時間由功率器件的開啟和關(guān)斷特性以及具體應(yīng)用中的負(fù)載特性來設(shè)定。
[0027]霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20是磁敏式位置傳感器20的一種，它是一種半導(dǎo)體器件，是利用霍爾效應(yīng)制成的。當(dāng)霍爾元件按要求通以電流并置于外磁場中，即輸出霍爾電勢信號，當(dāng)其不受外磁場作用時，其輸出端無信號。用霍爾元件作轉(zhuǎn)子位置傳感器20通常有兩種方式。
[0028]第一種方式是將霍爾元件粘貼于電機端蓋內(nèi)表面，靠近霍爾元件并與之有一小間隙處，安裝在與電機軸同軸的永磁體。對于兩相導(dǎo)通星形三相六狀態(tài)無刷直流電機，三個霍爾元件在空間彼此相隔120°電角度，永磁體的極弧寬度為180°電角度。這樣，當(dāng)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，三個霍爾元件便交替輸出三個寬度為180°電角、相位互差120°電角的矩形波信號。
[0029]第二種方式是直接將霍爾元件敷貼在定子電樞鐵芯氣隙表面或繞組端部緊靠鐵芯處，利用電機轉(zhuǎn)子上的永磁體主極作為傳感器的永磁體，根據(jù)霍爾元件的輸出信號即可判斷轉(zhuǎn)子磁極位置，將信號放大處理后便可驅(qū)動逆變電路14工作。
[0030]該霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20結(jié)構(gòu)簡單、體積小、價格低、可靠，但對工作溫度有一定要求，同時霍爾元件應(yīng)靠近傳感器的永磁體，否則輸出信號電平太低，不能正常工作。
[0031]所述輔助電路包括電流采樣電路15、電壓比較電路17、過電流保護(hù)電路16、調(diào)速電路18和制動電路19，所述電流采樣電路15、電壓比較電路17、過電流保護(hù)電路16、調(diào)速電路18和制動電路19分別作為所述邏輯發(fā)生器11的輸入電路連接于所述邏輯發(fā)生器11，所述邏輯發(fā)生器11根據(jù)電流、電壓、轉(zhuǎn)速以及調(diào)速或制動信號經(jīng)AD變換和運算后經(jīng)時鐘單元112產(chǎn)生一個帶各種信息的PWM信號輸出至所述PWM處理模塊12。
[0032]工作時，當(dāng)位于霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20位置處的磁場極性發(fā)生變化時，霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20的輸出電平將發(fā)生改變，由于三個霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器20的檢測元件的位置在空間上各差120電角度，因此從這三個檢測元件輸出端可以獲得，分別用A、B、C來表示，如圖4所示，以信號A為例，A相位置寬度為180電導(dǎo)角:在0-60度，Tl必須導(dǎo)通，故Tl狀態(tài)為I，而C相還剩下60度通電寬度，所以此段時間為Tl和T6等于I，(此時下部可供導(dǎo)通的管子為T4、T6和T2，而為避免橋臂直通，T4不能導(dǎo)通；T2的導(dǎo)通時間未到，故只能是T6導(dǎo)通)；而在60度一 120度，此時只有A相通電，B和C相處于非導(dǎo)電期，故導(dǎo)通的開關(guān)管為Tl和T2(T1和T2等于I)，其中Τ2是為B相導(dǎo)電作準(zhǔn)備；而在120度一180度時，由于每一相只有120電導(dǎo)角導(dǎo)電時間，故此時Tl關(guān)斷(Tl=O)，Τ2仍然導(dǎo)通(B相開始進(jìn)入導(dǎo)電期)，此時可知，Tl關(guān)斷，Τ5不能開通(防止橋臂直通)，則此時只能開通Τ3，所以Τ3信號此時間段為I。其他時間段的開關(guān)管導(dǎo)通情況與此類似。
[0033]綜上，本實用新型提供的所述集成變頻電機控制器通過邏輯發(fā)生器11實現(xiàn)PWM脈寬調(diào)制信號用來控制功率器件的導(dǎo)通與截止，從而改變加在電機繞組上的平均電壓和電流，達(dá)到控制電動機轉(zhuǎn)速的目的;且其內(nèi)部集成了PWM發(fā)生器、邏輯發(fā)生器11、霍爾接口等硬件模塊，適用于家電用變頻驅(qū)動器、標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)變頻驅(qū)動器、多環(huán)伺服驅(qū)動系統(tǒng)等復(fù)雜應(yīng)用。
[0034]以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本實用新型的技術(shù)方案及其實用新型構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種集成變頻電機控制器，集成于變頻電機外殼上，且設(shè)于霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器與變頻電機之間，用于根據(jù)變頻電機旋轉(zhuǎn)方向的要求和來自霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號輸出指令以驅(qū)動變頻電機運轉(zhuǎn)，其特征在于，包括邏輯發(fā)生器、PWM處理模塊、功率驅(qū)動單元和逆變電路，其中: 所述邏輯發(fā)生器內(nèi)置霍爾接口，與所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器電連接，用于接收所述霍爾轉(zhuǎn)子位置傳感器的位置信號并進(jìn)行信號處理和運算后輸出PWM信號至所述PWM處理模塊； 所述PWM處理模塊設(shè)于所述邏輯發(fā)生器與所述功率驅(qū)動單元之間，用于接收PWM信號并進(jìn)行邏輯處理以控制所述功率驅(qū)動單元中各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷以控制所述變頻電機的運轉(zhuǎn)； 所述逆變電路設(shè)于電源單元和變頻電機之間，用于將電源單元的直流電源轉(zhuǎn)換為變頻電機用的交流電源； 所述功率驅(qū)動單元包括Tl?T6共6個功率MOS開關(guān)，T1、T3、T5為上橋臂T4、T6、T2為下橋臂，Tl和Τ4為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機A相，形成控制流經(jīng)電機A相線圈的開關(guān)；Τ3和Τ6為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機B相，形成控制流經(jīng)電機B相線圈的開關(guān);Τ5和Τ2為上下一組對應(yīng)的橋臂，中間連接電機C相，形成控制流經(jīng)電機C相線圈的開關(guān)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成變頻電機控制器，其特征在于，所述邏輯發(fā)生器包括AD變換單元、時鐘單元和運算單元。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成變頻電機控制器，其特征在于，所述P麗處理模塊包括電連接的比較單元和PWM電路，PffM信號由比較單元產(chǎn)生六路信號經(jīng)PffM電路驅(qū)動后控制所述功率驅(qū)動單元各功率開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種集成變頻電機控制器，其特征在于，還包括輔助電路，所述輔助電路包括電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速電路和制動電路，所述電流采樣電路、電壓比較電路、過電流保護(hù)電路、調(diào)速電路和制動電路分別作為所述邏輯發(fā)生器的輸入電路連接于所述邏輯發(fā)生器，所述邏輯發(fā)生器根據(jù)電流、電壓、轉(zhuǎn)速以及調(diào)速或制動信號經(jīng)AD變換和運算后經(jīng)時鐘單元產(chǎn)生一個帶各種信息的PWM信號輸出至所述PWM處理模塊。
【文檔編號】H02P27/08GK205545053SQ201620345627
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月22日
【發(fā)明人】高強, 金紅心, 陸新芳
【申請人】江蘇新安電器有限公司