專利名稱：空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法及其控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法及實現(xiàn)該方法的控制系統(tǒng)，屬于空調(diào)的直流變頻控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
直流無刷電機(jī)主要由電機(jī)主體和內(nèi)置的驅(qū)動模塊組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。電機(jī)主體的定子繞組呈三相對稱星形接法，同三相異步電動機(jī)十分相似。電機(jī)主體的轉(zhuǎn)子上粘有已充磁的永磁體。為了檢測轉(zhuǎn)子的極性，在電機(jī)主體內(nèi)裝有位置傳感器。驅(qū)動模塊由功率電子器件和集成電路等構(gòu)成，其功能是:接受控制板的啟動、停止、制動信號，以控制電機(jī)主體的啟動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整轉(zhuǎn)速；提供保護(hù)和顯不等等。直流無刷電機(jī)以其線性的機(jī)械性和調(diào)節(jié)特性，以及功率密度高、過載能力強(qiáng)、調(diào)速方便、動態(tài)特性好、效率高、噪音低等一系列優(yōu)點，成為直流變頻空調(diào)中用于驅(qū)動室內(nèi)、外風(fēng)扇的最佳選擇。如

圖1所示，現(xiàn)有空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，主要由控制板和直流無刷電機(jī)經(jīng)線纜L1、線纜L2、線纜L3、線纜L4、線纜L5共5跟線纜連接而成。其中，線纜L1、線纜L2為電源線，分別為控制板提供電源DC 310V、DC 15V給直流無刷電機(jī)提供傳輸；線纜L3、線纜L4為信號線，依次為控制板發(fā)送信號來驅(qū)動控制直流無刷電機(jī)(簡稱驅(qū)動控制)、直流無刷電機(jī)發(fā)送信號將速度反饋給控制板(簡稱速度反饋)提供傳輸；線纜L5連接直流無刷電機(jī)能和控制板共同接地(GND)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于進(jìn)一步優(yōu)化空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法及實施該控制方法的控制系統(tǒng)。為此，本發(fā)明提供了一種空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法，控制板發(fā)送信號來驅(qū)動控制直流無刷電機(jī)，而直流無刷電機(jī)發(fā)送信號將速度反饋給控制板，其特征在于:
(1)控制板發(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號，該信號為具有可控占空比的脈寬調(diào)制方波；
(2)直流無刷電機(jī)啟動后，發(fā)出位置信號，該信號為具有下降沿的窄脈沖；
(3)前述兩信號產(chǎn)生疊加形成復(fù)合信號；
(4)前述復(fù)合信號通過共同載體雙向傳送給控制板、直流無刷電機(jī)；
(5)控制板通過復(fù)合信號中的下降沿信息推算出直流無刷電機(jī)的速度，即產(chǎn)生速度反饋信號；
(6)復(fù)合信號中的方波被轉(zhuǎn)化為等效的、平滑的直流電圧，即產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，從而控制直流無刷電機(jī)增加還是降低速度。方波是一種非正弦曲線的波形。理想方波只有“高(I)”和“低(O)”這兩個值，兩個值進(jìn)行周期轉(zhuǎn)換。占空比(duty cycle)是方波值“I”占一個周期的時間比例。方波的平均值是由占空比決定的。另外，本發(fā)明還提供了一種實施上述空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法的控制系統(tǒng)，主要由控制板、直流無刷電機(jī)及連接兩者的線纜組成，其特征在于:
(1)控制板包括偏置電阻三、限流電阻四、限流電阻七、分壓電阻八、上拉電阻十、三極管二組成的電路，其中偏置電阻三的一端和三極管二的基極連接，另一端和三極管二的發(fā)射極連接接地；限流電阻四的一端連接電機(jī)驅(qū)動信號，另一端連接三極管二的基極；限流電阻七一端連接速度反饋信號，一端連接三極管二的集電極；分壓電阻八的一端連接速度反饋信號，另一端接地；上拉電阻十的一端連接DC 15V，另一端連接三極管二的集電極；三極管二的集電極連接到線纜上；
(2)直流無刷電機(jī)包括偏置電阻一、限流電阻二、限流電阻五、分壓電阻六、上拉電阻九、積分平波電容、三極管一組成的電路，偏置電阻一的一端和三極管一的基極連接，另一端和三極管一的發(fā)射極連接接地；限流電阻二的一端連接位置信號，另一端連接三極管一的基極；限流電阻五的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端連接三極管的集電極；分壓電阻六的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端接地；上拉電阻九的一端連接電源DC 15V，另一端連接三極管一的集電極；積分平波電容的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端接地；三極管一的集電極連接到線纜上；
(3)上述線纜為一跟，一端連接三極管一的集電極，另一端連接三極管二的集電極。三極管一和三極管二用于共同控制線纜上的電壓信號。當(dāng)三極管一和三極管二都關(guān)斷的時候，線纜上的電壓被上拉電阻九、上拉電阻十拉高并被分壓電阻六、分壓電阻八分壓在5V左右。當(dāng)三極管一和三極管二的任意一個導(dǎo)通或兩個都導(dǎo)通時，線纜上的電壓都會被拉到低電平0.7V左右。當(dāng)直流無刷電機(jī)啟動后，位置信號送出；該信號通過偏置電阻一、限流電阻二控制三極管一的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，繼而位置信號傳遞到線纜上(線纜上的電平從5V被拉到低電平0.7V)?？刂瓢灏l(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號，該信號通過偏置電阻三和限流電阻四控制三極管二的導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比例，即占空比(導(dǎo)通時線纜上的電平從5V被拉到低電平0.7V)，繼而電機(jī)驅(qū)動信號傳遞到線纜上。前述位置信號、電機(jī)驅(qū)動信號在線纜上產(chǎn)生疊加形成復(fù)合信號?？刂瓢蹇刂迫龢O管二總是跟在三極管一之后導(dǎo)通，從而延長了線纜的低電平時間。這樣，控制板可以通過檢測線纜上的復(fù)合信號的下降沿發(fā)生周期來推算出直流無刷電機(jī)的速度，即產(chǎn)生速度反饋信號；同時，線纜上的復(fù)合信號的方波被電解電容積分平波為等效的、平滑的直流電圧，即產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，從而控制直流無刷電機(jī)增加還是降低速度。因此，本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)如圖2所示，主要由控制板和直流無刷電機(jī)經(jīng)4跟線纜連接而成。其中，兩根線纜為電源線，分別由控制板提供電源DC310V、DC 15V給直流無刷電機(jī)；一根線纜為信號線，同時用作控制板發(fā)送信號來驅(qū)動控制直流無刷電機(jī)，和直流無刷電機(jī)發(fā)送信號將速度反饋給控制板；另一跟線纜將直流無刷電機(jī)和控制板共同接地。整個控制系統(tǒng)的工作過程為:
一、驅(qū)動控制:控制板發(fā)出如圖4所示的電機(jī)驅(qū)動信號，該信號為具有可控占空比的脈寬調(diào)制方波；該信號在信號線中和如圖3所示的位置信號(為具有下降沿的窄脈沖)疊加、形成如圖5所示的復(fù)合信號傳輸?shù)津?qū)動電路；然后復(fù)合信號中的占空比信息(如圖5所示，時間t表示方波值“I”所占時間，時間T表示周期，占空比即為t/T)再通過積分電路轉(zhuǎn)變?yōu)殡娖娇勺兊尿?qū)動電壓信號；驅(qū)動電路依據(jù)驅(qū)動電壓信號，輸出3相驅(qū)動電流驅(qū)動電機(jī)主體以穩(wěn)定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動；
二、速度反饋:電機(jī)主體內(nèi)有位置傳感器，將位置信號傳輸給速度反饋電路；速度反饋電路發(fā)送如圖3所示的位置信號，該信號為具有下降沿的窄脈沖(如圖3所示，箭頭所示處為下降沿)；該信號在信號線中和如圖4所示的電機(jī)驅(qū)動信號(為具有可控占空比的脈寬調(diào)制方波)疊加、形成如圖5所示的復(fù)合信號，復(fù)合信號中的下降沿信息(如圖5所示，箭頭所示處為下降沿)被控制板接受，轉(zhuǎn)換為速度反饋信號。因此，在該工作過程中，同一跟信號線上的復(fù)合信號被驅(qū)動電路和速度反饋電路同時使用到。復(fù)合信號的下降沿信息被控制板最終接收使用，占空比信息被驅(qū)動電路最終接收使用。因此，相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不僅可節(jié)省一根信號線和相應(yīng)的一對接口，控制系統(tǒng)的設(shè)計也更加簡單、制造成本也更低、穩(wěn)定性也更強(qiáng)。
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進(jìn)一步說明本發(fā)明。圖1為現(xiàn)有空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)的原理 圖2為本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)的原理 圖3為本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)中位置信號的波形 圖4為本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)中電機(jī)驅(qū)動信號的波形 圖5為本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)中復(fù)合信號的波形 圖6為本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)的一實施例的電路圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合具體圖示，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。如圖6所示，該實施例的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)，主要由控制板10和直流無刷電機(jī)20經(jīng)線纜L1、線纜L2、線纜L6、線纜L5連接而成。其中，直流無刷電機(jī)20包括電機(jī)本體(未示出)、驅(qū)動電路21、速度反饋電路22、偏置電阻一 Rl、限流電阻二 R2、限流電阻五R5、分壓電阻六R6、上拉電阻九R9、電解電容E1、三極管一 Tl，速度反饋電路22中產(chǎn)生位置信號SI，驅(qū)動電路21中產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號Q2。其中，控制板10中產(chǎn)生速度反饋信號S2、電機(jī)驅(qū)動信號Q1，包括電源DC 15V、偏置電阻三R3、限流電阻四R4、限流電阻七R7、分壓電阻八R8、上拉電阻十RlO、三極管二 T2。其中，線纜LI將直流無刷電機(jī)連接到電源DC 3IOV上，線纜L2將控制板10、直流無刷電機(jī)20共同連接到電源DC 15V，線纜L5將控制板10、直流無刷電機(jī)20共同接地。另外，偏置電阻一 Rl的一端和三極管一 Tl的基極連接，另一端和三極管一 Tl的發(fā)射極連接后經(jīng)線纜L5接地；限流電阻二 R2的一端連接位置信號SI，另一端連接偏置電阻一 Rl和三極管一 Tl的基極；偏置電阻三R3的一端和三極管二 T2的基極連接，另一端和三極管二 T2的發(fā)射極連接后經(jīng)線纜L5接地；限流電阻四R4的一端連接電機(jī)驅(qū)動信號Q1，另一端連接偏置電阻三R3和三極管二 T2的基極；限流電阻五R5的一端連接驅(qū)動電壓信號Q2，另一端連接三極管一 Tl的集電極；分壓電阻六R6的一端連接驅(qū)動電壓信號Q2，另一端接地；限流電阻七R7的一端連接速度反饋信號S2，另一端連接三極管二 T2的集電極；分壓電阻八R8的一端連接速度反饋信號S2，另一端接地；上拉電阻九R9的一端經(jīng)線纜L2連接電源DC 15V，另一端連接三極管一 Tl的集電極；上拉電阻十RlO的一端連接15V，另一端連接三極管二 T2的集電極；電解電容El是積分平波電容，它的一端連接驅(qū)動電壓信號Q2，另一端接地；三極管一 Tl是速度反饋開關(guān)，它的基極經(jīng)限流電阻二 R2連接到位置信號SI，集電極連接在線纜L6上，發(fā)射極經(jīng)線纜L5接地；三極管二 T2是驅(qū)動控制開關(guān)，它的基極經(jīng)限流電阻四R4連接電機(jī)驅(qū)動信號Q1，集電極連接在線纜L6上，發(fā)射極接地。三極管一 Tl和三極管二 T2是該電路的核心部件，用于共同控制線纜L6上的電壓信號。當(dāng)三極管一 Tl和三極管二 T2都關(guān)斷的時候，線纜L6上的電壓被上拉電阻九R9、上拉電阻十RlO拉高并被分壓電阻六R6、分壓電阻八R8分壓在5V左右。當(dāng)三極管一 Tl和三極管二 T2的任意一個導(dǎo)通或兩個都導(dǎo)通時，線纜L6上的電壓都會被拉到低電平0.7V左右。當(dāng)直流無刷電機(jī)20啟動后，位置信號SI送出；該信號通過偏置偏置電阻一 R1、限流限流電阻二 R2控制三極管一 Tl的集電極和發(fā)射極導(dǎo)通，繼而位置信號SI傳遞到線纜L6上(線纜L6上的電平從5V被拉到低電平0.7V)?？刂瓢?0發(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號Q1，該信號通過偏置偏置電阻三R3和限流限流電阻四R4控制三極管二 T2的導(dǎo)通和關(guān)斷的時間比例，即占空比(導(dǎo)通時線纜L6上的電平從5V被拉到低電平0.7V)，繼而電機(jī)驅(qū)動信號Ql傳遞到線纜L6上。前述位置信號S1、電機(jī)驅(qū)動信號Ql在線纜L6上產(chǎn)生疊加形成復(fù)合信號?？刂瓢?0控制三極管二 T2總是跟在三極管一 Tl之后導(dǎo)通，從而延長了線纜L6的低電平時間。這樣，控制板10可以通過檢測線纜L6上的復(fù)合信號的下降沿發(fā)生周期來推算出直流無刷電機(jī)的速度，即產(chǎn)生速度反饋信號S2 ;同時，線纜L6上的復(fù)合信號的方波被電解電容El積分平波為等效的、平滑的直流電圧，即驅(qū)動電路21產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號Q2，從而控制直流無刷電機(jī)20增加還是降低速度。因此，本發(fā)明的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制系統(tǒng)中，控制板10和直流無刷電機(jī)20間僅有4跟線纜連接，相對現(xiàn)有技術(shù)，不僅可節(jié)省一根線纜和一對線纜接口，控制系統(tǒng)的設(shè)計也更加簡單、制造成本也更低、穩(wěn)定性也更強(qiáng)。以上是本發(fā)明的實施方式之一，對于本領(lǐng)域內(nèi)的一般技術(shù)人員，不花費創(chuàng)造性的勞動，在上述實施例的基礎(chǔ)上可以做多種變化，同樣能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的目的。但是，這種變化顯然應(yīng)該在本發(fā)明的權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法，控制板發(fā)送信號來驅(qū)動控制直流無刷電機(jī)，而直流無刷電機(jī)發(fā)送信號將速度反饋給控制板，其特征在于: (1)控制板發(fā)出電機(jī)驅(qū)動信號，該信號為具有可控占空比的脈寬調(diào)制方波； (2)直流無刷電機(jī)啟動后，發(fā)出位置信號，該信號為具有下降沿的窄脈沖； (3)前述兩信號產(chǎn)生疊加形成復(fù)合信號； (4)前述復(fù)合信號通過共同載體雙向傳送給控制板、直流無刷電機(jī)； (5)控制板通過復(fù)合信號中的下降沿信息推算出直流無刷電機(jī)的速度，即產(chǎn)生速度反饋信號； (6)復(fù)合信號中的方波被轉(zhuǎn)化為等效的、平滑的直流電圧，即產(chǎn)生驅(qū)動電壓信號，從而控制直流無刷電機(jī)增加還是降低速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法的控制系統(tǒng)，主要由控制板、直流無刷電機(jī)及連接兩者的線纜組成，其特征在于: (1)控制板包括偏置電阻三、限流電阻四、限流電阻七、分壓電阻八、上拉電阻十、三極管二組成的電路，其中偏置電阻三的一端和三極管二的基極連接，另一端和三極管二的發(fā)射極連接接地；限流電阻四的一端連接電機(jī)驅(qū)動信號，另一端連接三極管二的基極；限流電阻七一端連接速度反饋信號，一端連接三極管二的集電極；分壓電阻八的一端連接速度反饋信號，另一端接地；上拉電阻十的一端連接DC 15V，另一端連接三極管二的集電極；三極管二的集電極連接到線纜上； (2)直流無刷電機(jī)包括偏置電阻一、限流電阻二、限流電阻五、分壓電阻六、上拉電阻九、積分平波電容、三極管一組成的電路，偏置電阻一的一端和三極管一的基極連接，另一端和三極管一的發(fā)射極連接接地；限流電阻二的一端連接位置信號，另一端連接三極管一的基極；限流電阻五的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端連接三極管的集電極；分壓電阻六的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端接地；上拉電阻九的一端連接電源DC 15V，另一端連接三極管一的集電極；積分平波電容的一端連接驅(qū)動電壓信號，另一端接地；三極管一的集電極連接到線纜上； (3)上述線纜為一跟，一端連接三極管一的集電極，另一端連接三極管二的集電極。
全文摘要
空調(diào)用直流無刷電機(jī)的控制方法，控制板發(fā)出具有可控占空比的脈寬調(diào)制方波作為電機(jī)驅(qū)動信號；直流無刷電機(jī)發(fā)出具有下降沿的窄脈沖作為位置信號；兩信號在同一信號線上疊加、形成復(fù)合信號；復(fù)合信號通過共同載體雙向傳送給控制板、直流無刷電機(jī)；控制板通過復(fù)合信號中的下降沿信息推算出直流無刷電機(jī)的速度；復(fù)合信號中的方波被轉(zhuǎn)化為等效的、平滑的直流電圧，從而控制直流無刷電機(jī)速度。本發(fā)明還涉及實施該控制方法的控制系統(tǒng)。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明不僅可節(jié)省一根信號線和相應(yīng)的一對接口，控制系統(tǒng)的設(shè)計也更加簡單、制造成本也更低、穩(wěn)定性也更強(qiáng)。
文檔編號H02P6/08GK103151973SQ20131006359
公開日2013年6月12日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者王毅, 邊靖, 鄭堅江 申請人:寧波奧克斯空調(diào)有限公司