監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路及包含該電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路及包含該電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。該監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路包括：用于通過(guò)濾除電機(jī)換向電流中的相對(duì)高頻的分量來(lái)獲得指示電機(jī)換向電流中的相對(duì)低頻特征（例如反電動(dòng)勢(shì)紋波）的電機(jī)信號(hào)的電路。該監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路也包括用于產(chǎn)生脈沖的電路，該脈沖的寬度和從電機(jī)信號(hào)獲得的電機(jī)速度有關(guān)。該用于產(chǎn)生脈沖的電路還包括門(mén)限電路，該門(mén)限電路提供指示所述電機(jī)換向電流的信號(hào)和所述電機(jī)換向電流的平均電流信號(hào)的對(duì)比輸出。該電路輸出可用于在電機(jī)故障時(shí)進(jìn)行動(dòng)作的控制功能，或以用戶界面告警的方式提供一個(gè)輸出信號(hào)以通知用戶該電機(jī)故障或電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生故障。
【專(zhuān)利說(shuō)明】監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路及包含該電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路及包含該電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，特別涉及驅(qū)動(dòng)制冷風(fēng)扇的無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)。
【背景技術(shù)】
[0002]諸如無(wú)刷直流電機(jī)(BLDC)的特征在于定子和轉(zhuǎn)子之間無(wú)任何電氣接觸。電機(jī)根據(jù)檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置來(lái)切換定子繞組電壓以控制電機(jī)換向。在換向周期內(nèi)，當(dāng)換向發(fā)生時(shí)繞組內(nèi)的換向電流波形具有和換向事件有關(guān)的高頻分量(尖峰)，并且其中的低頻分量是由于繞組(紋波)電感造成的反電動(dòng)勢(shì)所引起的換向波形的一部分。當(dāng)電機(jī)速度變化時(shí)，波形中的事件周期的頻率因繞組換向率的增加而增加。
[0003]在監(jiān)控運(yùn)行中的無(wú)刷直流電機(jī)時(shí)，很自然地假設(shè)和換向有關(guān)的高頻尖峰構(gòu)成了波形中最明確的點(diǎn)以監(jiān)控(例如)電機(jī)速度。為此，過(guò)去人們提議專(zhuān)注于尖峰而放棄波形中的其它部分，因?yàn)樗麄冋J(rèn)為這些部分沒(méi)有有用信息。例如，在美國(guó)專(zhuān)利6054823中公開(kāi)了一種系統(tǒng)，該專(zhuān)利指出高頻信息是“需要的”信息，而低頻信息是“不需要的”信息。
[0004]在實(shí)際應(yīng)用中，采用高頻換向尖峰不是一種直接方法。首先，實(shí)際情況下，尖峰“埋沒(méi)”在波形中并不容易被隔離出來(lái)。其次，不同的電機(jī)和電機(jī)類(lèi)型，其尖峰的形狀和幅值也不相同。而且它們?cè)诙虝簳r(shí)間內(nèi)比較窄。因此，當(dāng)設(shè)計(jì)一種監(jiān)控電機(jī)故障的系統(tǒng)時(shí)，采用尖峰的方法比看上去要困難的多。
[0005]無(wú)刷直流電機(jī)的一個(gè)典型應(yīng)用是(例如)驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)機(jī)柜中的風(fēng)扇以冷卻工作部件。若風(fēng)扇出了故障，則會(huì)由于計(jì)算機(jī)過(guò)熱而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)被損壞。因此，對(duì)于這種應(yīng)用和很多其它應(yīng)用中很重要的一點(diǎn)是監(jiān)控電機(jī)的運(yùn)行狀況以確保電機(jī)有效運(yùn)行。當(dāng)電機(jī)故障時(shí)或其有效運(yùn)行受到影響時(shí)，需要能夠產(chǎn)生告警信號(hào)或其它動(dòng)作信號(hào)以便于用戶或應(yīng)用系統(tǒng)可以針對(duì)相關(guān)的運(yùn)行部件采取補(bǔ)救措施以防止或緩和由于電機(jī)故障而導(dǎo)致的損壞。因此，需要一種可靠并廣泛適用的監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的方法或裝置，這種方法或裝置不用直接接觸電機(jī)本身，也不會(huì)要求有任何復(fù)雜的設(shè)置過(guò)程，并且在許多不同應(yīng)用場(chǎng)合下應(yīng)該是通用的。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型公開(kāi)的實(shí)施例提供了一種改進(jìn)的監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路及包含該電路的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。
[0007]—方面，本實(shí)用新型提供了一種監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路，包括:用于通過(guò)濾除電機(jī)換向電流中的相對(duì)高頻的分量來(lái)獲得指示電機(jī)換向電流中的相對(duì)低頻特征的電機(jī)信號(hào)的電路；還包括:用于產(chǎn)生脈沖的電路，所述脈沖的寬度與從電機(jī)信號(hào)獲得的電機(jī)速度有關(guān)，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路包括門(mén)限電路，所述門(mén)限電路提供指示所述電機(jī)換向電流的信號(hào)和所述電機(jī)換向電流的平均電流信號(hào)的對(duì)比輸出。
[0008]上述門(mén)限電路包括低通濾波器，所述低通濾波器產(chǎn)生基本恒定的平均信號(hào)。
[0009]上述用于產(chǎn)生脈沖的電路包括一輸出，以可操作地從所述脈沖產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)的幅值表明所述電機(jī)速度。
[0010]上述用于產(chǎn)生脈沖的電路的輸出包括電容器，所述電容器的放電和所施加的脈沖寬度成反比，因此所述電容器兩端的電壓與所述電機(jī)速度相關(guān)。
[0011]另一方面，本實(shí)用新型還提供了一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，包括由開(kāi)關(guān)控制的電機(jī)和上述的監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路，其中連接用于獲得電機(jī)信號(hào)的所述電路以通過(guò)所述開(kāi)關(guān)接收指示電機(jī)換向電流的信號(hào)。
[0012]上述電機(jī)是無(wú)刷直流電機(jī)。
[0013]上述電機(jī)換向電流中的相對(duì)低頻特征是反電動(dòng)勢(shì)紋波。
[0014]上述驅(qū)動(dòng)電路可操作地連接并驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇。
[0015]優(yōu)選地，所述低頻特征基于電機(jī)換向電流中的反電動(dòng)勢(shì)紋波。這是許多種電機(jī)的一個(gè)特點(diǎn)，人們發(fā)現(xiàn)通過(guò)濾除所述的高頻分量可以可靠地獲得這種低頻特征。
[0016]優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路還包括門(mén)限電路，所述門(mén)限電路提供了指示所述電機(jī)換向電流的信號(hào)和所述電機(jī)換向電流的平均電流信號(hào)的對(duì)比輸出。優(yōu)選地，所述門(mén)限電路包括低通濾波器，所述低通濾波器產(chǎn)生基本恒定的平均信號(hào)。
[0017]優(yōu)選地，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路包括輸出，以可操作地從所述脈沖產(chǎn)生信號(hào)，所述信號(hào)的幅值和所述電機(jī)速度有關(guān)。所述輸出可能包括電容器，所述電容器的放電和所施加的脈沖寬度成反比，因此所述電容器兩端的電壓與所述電機(jī)速度成反比相關(guān)。
[0018]該電路輸出可用于在電機(jī)故障時(shí)進(jìn)行動(dòng)作的控制功能，或以用戶界面告警的方式提供一個(gè)輸出信號(hào)以通知用戶該電機(jī)故障或電機(jī)運(yùn)行產(chǎn)生故障。例如，在計(jì)算機(jī)風(fēng)扇電機(jī)中，該電路輸出可以返回到控制微處理器以便于微處理器采取有效動(dòng)作從而防止計(jì)算機(jī)過(guò)熱。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]通過(guò)以下對(duì)附圖的描述，本實(shí)用新型實(shí)施方式的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加容易理解，其中:
[0020]圖1是用于監(jiān)控風(fēng)扇電機(jī)運(yùn)行狀況的電路框圖。
[0021]圖2是圖1中所示電機(jī)基于換向電流的一組波形。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的描述僅僅是示范性的，而絕不是對(duì)本實(shí)用新型及其應(yīng)用或用法的限制。在各個(gè)附圖中采用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示相同的部件，因此相同部件的構(gòu)造將不再重復(fù)描述。
[0023]以下結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做進(jìn)一步說(shuō)明。
[0024]在圖1中，計(jì)算機(jī)的風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)電路包括用于驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇的無(wú)刷直流風(fēng)扇電機(jī)10，其連接在電源12和14之間。風(fēng)扇用于使冷空氣通過(guò)基于處理器的控制器機(jī)柜:電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器是一種典型的控制器。電機(jī)繞組兩端的電壓由開(kāi)關(guān)控制，如圖中所示，該開(kāi)關(guān)優(yōu)選地為單絕緣柵雙極型晶體管16 (功率晶體管)。當(dāng)然，無(wú)刷直流電機(jī)10可能包括很多相，并且控制每相的功率開(kāi)關(guān)可能包括其它功率開(kāi)關(guān)器件。圖中給出的電機(jī)和開(kāi)關(guān)僅僅是舉例說(shuō)明目的，不對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案做任何限制。功率晶體管16由柵極驅(qū)動(dòng)電路18控制，柵極驅(qū)動(dòng)電路18由微處理器20 ( μ )控制。分流電阻22和分流電阻24 (Rshimt)與電機(jī)10以及功率晶體管16串聯(lián)連接在正極12及接地的潛在電源14之間。分流電阻24提供一電壓降，通過(guò)該壓降可得到指示換向電流的信號(hào)VSHraT。運(yùn)算放大器26作為比較器。運(yùn)算放大器26的反向輸入端輸入由電阻Rl和R2設(shè)定的、來(lái)自分流電阻24的門(mén)限電壓Vt。來(lái)自分流電阻24的同一信號(hào)由一個(gè)長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的、基于電阻R3和電容Cl的低通濾波器28過(guò)濾。濾波器28的輸出是通過(guò)分流電阻24的電壓的平均值Vave并基本上是一個(gè)常數(shù)值，并連接到運(yùn)算放大器26的非反向輸入端。
[0025]運(yùn)算放大器26的輸出端和電阻R5串聯(lián)并且通過(guò)電阻R5分別和電阻R4和電容C2串聯(lián)，電阻R4和電容C2連接在信號(hào)電壓端30和32之間。這里，信號(hào)電壓Vsrc可很容易從微處理器20供電電壓獲得。
[0026]在本電路中，運(yùn)算放大器26反向輸入端輸入的門(mén)限電壓Vt可從電阻Rl和電阻R2的比率推導(dǎo)出，而門(mén)限電壓和平均電壓的比率為:[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路，其特征在于，包括:用于通過(guò)濾除電機(jī)換向電流中的相對(duì)高頻的分量來(lái)獲得指示電機(jī)換向電流中的相對(duì)低頻特征的電機(jī)信號(hào)的電路；還包括:用于產(chǎn)生脈沖的電路，所述脈沖的寬度與從所述電機(jī)信號(hào)獲得的電機(jī)速度有關(guān)，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路包括門(mén)限電路，所述門(mén)限電路提供指示所述電機(jī)換向電流的信號(hào)和所述電機(jī)換向電流的平均電流信號(hào)的對(duì)比輸出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述門(mén)限電路包括低通濾波器，所述低通濾波器產(chǎn)生基本恒定的平均信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路包括輸出，以可操作地從所述脈沖產(chǎn)生信號(hào)，該信號(hào)的幅值表明所述電機(jī)速度。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電路，其特征在于，所述用于產(chǎn)生脈沖的電路的輸出包括電容器，所述電容器的放電和所施加的脈沖寬度成反比，因此所述電容器兩端的電壓與所述電機(jī)速度相關(guān)。
5.一種電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，包括由開(kāi)關(guān)控制的電機(jī)和如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的監(jiān)控電機(jī)運(yùn)行狀況的電路，其中連接用于獲得電機(jī)信號(hào)的所述電路以通過(guò)所述開(kāi)關(guān)接收指示電機(jī)換向電流的信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述電機(jī)是無(wú)刷直流電機(jī)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述電機(jī)換向電流中的相對(duì)低頻特征是反電動(dòng)勢(shì)紋波。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7中任一項(xiàng)所述的驅(qū)動(dòng)電路，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)電路可操作地連接并驅(qū)動(dòng)冷卻風(fēng)扇。
【文檔編號(hào)】H02P6/12GK203617943SQ201320687263
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2013年11月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月2日
【發(fā)明者】西蒙·大衛(wèi)·哈特, 安東尼·約翰·韋伯斯特, 孔達(dá)拉·拉奧·甘杜 申請(qǐng)人:控制技術(shù)有限公司