無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置制造方法
【專利摘要】一種無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置，包括：驅(qū)動專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅(qū)動；電機轉(zhuǎn)速控制器，根據(jù)從驅(qū)動專用控制器接收的與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號，輸出包括第一和第二控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號；晶體管，根據(jù)輸入到晶體管的基極的所述轉(zhuǎn)速控制信號，晶體管工作在放大或截止狀態(tài)；其中，當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第一控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在截止狀態(tài)，驅(qū)動專用控制器的用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓僅基于正常設(shè)計而產(chǎn)生的電壓，晶體管對用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓沒有調(diào)整；當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第二控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在放大狀態(tài)時，驅(qū)動專用控制器的用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓受到晶體管集電極輸出的調(diào)整。
【專利說明】無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明一般地涉及一種用于無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置。更具體地，涉及一種 用于無刷直流電機的具有空載轉(zhuǎn)速限制的驅(qū)動控制裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] BD6209FS是ROHM公司專門針對驅(qū)動變頻空調(diào)的風扇的無刷直流電機設(shè)計的一種 低成本的正弦波驅(qū)動的專用控制器。該專用控制器是全硬件電路，內(nèi)置正弦波發(fā)生器，具有 常規(guī)MCU控制無法比擬的抗干擾能力。
[0003] 由于無刷直流電機為感性負載，因此電機的相電流滯后于相電壓，即電機相電流 滯后于反電勢。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(yōu)。適當調(diào)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(zhuǎn)矩，提高電 機驅(qū)動的系統(tǒng)效率。
[0004] 但是對于超前角的控制，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選用芯片BD6209FS來實現(xiàn)，控制器U1輸出6路PWM控制信 號到功率驅(qū)動模塊2,功率驅(qū)動模塊2對無刷直流電機3進行驅(qū)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(shè)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(jīng)過分壓電阻R1、R2分壓后送給 超前角PC 口，所以超前角PC 口的電壓經(jīng)過分壓后基本是固定不變的。該分壓值通常是根 據(jù)電機額定負載時的情況調(diào)整電阻器Rl、R2的分壓比來設(shè)定的。
[0007] 如圖1所示的ROHM推薦的電路所示，設(shè)定超前角的PC電壓可根據(jù)實際負載選取。 通常，設(shè)定超前角的PC電壓是根據(jù)額定負載選取的。在額定負載下為電機選擇了合適的超 前角之后，電機的超前角就不能夠隨負載的變化而變化，即無論電機處于空載狀態(tài)時的超 前角還是處于負載狀態(tài)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，基于 額定負載設(shè)定的PC電壓會使得超前角太大，這樣就會導(dǎo)致電機轉(zhuǎn)速過高，電機轉(zhuǎn)速可高達 lOOOOr/min以上。電機空載轉(zhuǎn)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(diào)的風扇負載，設(shè)定電機超前角的PC 口的電壓設(shè)定值通常在IV? 2. 2V。當超前角PC電壓設(shè)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(diào)風扇與電機因故而不連接時），即空載時，則由于PC腳的 電壓是由基于5V分壓得到的，所以還是為2. 2V，此時電機的空載轉(zhuǎn)速將會很高，甚至達到 10000r/min左右，這對于空調(diào)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(zhuǎn)速 也會遠遠高于負載時的轉(zhuǎn)速，如果長期空載或輕載運行會導(dǎo)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(dǎo)致空載轉(zhuǎn)速過高的問題，提出一種 在針對超前角的設(shè)定固定時，限制電機空載轉(zhuǎn)速的控制方案。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種用于無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置，包括：驅(qū)動 專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅(qū)動；電機轉(zhuǎn)速控制器，根據(jù)從驅(qū)動 專用控制器接收的與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)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(zhuǎn)速控制信號；晶體管，電機轉(zhuǎn)速控制器輸出的轉(zhuǎn)速控制信號輸入到晶體管的基極，根 據(jù)所述轉(zhuǎn)速控制信號，晶體管工作在放大或截止狀態(tài)；其中，當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第一 控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在截止狀態(tài)，驅(qū)動專用控制器的用于控制電 機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓僅僅基于正常設(shè)計而產(chǎn)生的電壓，晶體管對用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電 壓沒有調(diào)整；當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第二控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在 放大狀態(tài)時，驅(qū)動專用控制器的用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓受到晶體管集電極輸出的調(diào) 整。
[0012] 其中，驅(qū)動專用控制器選用ROHM公司的芯片BD6209FS來實現(xiàn)，電機轉(zhuǎn)速控制器選 用SANYO公司的芯片LB8503V來實現(xiàn)。
[0013] 其中，與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號是BD6209AFS的FG0 口輸出與轉(zhuǎn)速成一定關(guān)系的方 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并且結(jié)合附圖的所寫描述，對于本領(lǐng)域一位技術(shù)人員來 說，本發(fā)明的示例實施例將更好理解并且更明顯，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(jù)本發(fā)明的用于無刷直流電機的具有空載轉(zhuǎn)速限制的驅(qū)動控制裝 置。

【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明主要針對空載時電機轉(zhuǎn)速會很高，帶負載時電機轉(zhuǎn)速會正常的現(xiàn)有技術(shù)問 題，對電機空載轉(zhuǎn)速進行限制以防止電機空載時轉(zhuǎn)速過快加速電機軸承等元器件的磨損及 老化。下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的原理。
[0020] 圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的用于無刷直流電機的具有空載轉(zhuǎn)速限制的驅(qū)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，用于帶動空調(diào)的風扇。風 扇作為無刷直流電機的負載。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的用于無刷直流電機的具有空載轉(zhuǎn)速限制的驅(qū)動控制裝置例如選用 SANYO公司的用于直流風扇電機速度控制的單片數(shù)字集成芯片LB8503V以及ROHM公司的用 于三相無刷直流電機控制的芯片BD6209FS。當然，也可以選用其他公司的類似的芯片。
[0023] 本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置的LB8503V基于所輸入的風扇電機轉(zhuǎn)速是否過高而在 LB8503V的E03 口反饋數(shù)值為大約0. 8或大約6. 2V的電壓信號，該反饋的電壓再經(jīng)過電阻 器R2、R3的合理適當?shù)姆謮哼M入三極管Q1的基極，通過三極管Q1組成的放大電路來調(diào)整 BD6209FS的EC控制端電壓，EC控制端控制電機的轉(zhuǎn)矩大小，進而控制電機的轉(zhuǎn)速高低。本 發(fā)明能夠在風扇電機空載轉(zhuǎn)速過高時對EC控制電壓值進行調(diào)整，從而實現(xiàn)了對電機空載 時轉(zhuǎn)速的限制。
[0024] 本發(fā)明驅(qū)動控制裝置的BD6209FS的控制電機轉(zhuǎn)矩大小的EC 口電壓值的大小直接 決定了電機的轉(zhuǎn)速，故使在電機空載高轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速的目的。參見圖2,在電機空載高轉(zhuǎn)速時，通過對三極管Q1的 放大電路進行控制使得基于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 芯片供電，其中的VSP調(diào)速電壓一般為2. IV - 6. 5V，以控制電機運轉(zhuǎn)速度。
[0025] 但在電機的風扇負載正常時應(yīng)取消對基于VSP電壓的EC 口電壓的調(diào)整，在正常負 載轉(zhuǎn)速時通過BD6209FS本身預(yù)先設(shè)定好的超前角電路使電機在負載點工作在效率最高區(qū) 域。
[0026] 這樣可以有效地解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題。
[0027] 本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置的針對電機空載轉(zhuǎn)速的限制原理如下：電機的轉(zhuǎn)速會通過 BD6209AFS的FG0 口輸出與轉(zhuǎn)速成一定關(guān)系的方波信號，轉(zhuǎn)速越高，方波信號的頻率越高。 限速模塊LB8503V的E03 口會根據(jù)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(yīng)的電壓值。具體地，當FGIN檢測到的方波頻率高于RC 口設(shè)定值時，E03輸出 大約0. 8V，當FGIN檢測到的方波頻率低于RC 口設(shè)定值時，E03輸出大約6. 2V。
[0028] 當電機空載時的轉(zhuǎn)速高于設(shè)定的轉(zhuǎn)速時，使得LB8503V的E03 口輸出大約6. 2V，經(jīng) 過分壓電阻R2、R3分壓使三極管Q1工作在放大區(qū)域，然后通過包括串聯(lián)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(jié)點 的BD6209芯片的EC引腳電壓拉低，最終降低或限制電機轉(zhuǎn)速。
[0029] 當電機工作在負載狀態(tài)時，電機轉(zhuǎn)速小于設(shè)定的最高轉(zhuǎn)速時，使得LB8503V的E03 輸出大約0. 8V，經(jīng)過分壓電阻R2、R3分壓不能使三極管Q1啟動，三極管Q1工作在截止狀 態(tài)，則控制電機轉(zhuǎn)矩的EC輸入電壓僅僅基于BD6209芯片EC引腳的正常設(shè)計而產(chǎn)生的電 壓，此時，EC引腳電壓基于經(jīng)由電阻器R5連接到EC引腳的VSP電壓而產(chǎn)生，三極管Q1不 會對EC控制電壓進行調(diào)整，即不會對電機速度進行限制，并且由于之前已經(jīng)設(shè)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(fā)明的驅(qū)動控制裝置在需要限制電機空載轉(zhuǎn)速時通過調(diào)整基于VSP控制電壓 的EC輸入電壓能夠降低電機空載轉(zhuǎn)速并且同時使電機負載時工作在效率最高區(qū)域。在不 需要限制電機空載轉(zhuǎn)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(diào)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?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置，通過本 發(fā)明的驅(qū)動控制裝置的限速電路可以解決電機空載轉(zhuǎn)速高的問題，同時又保證電機負載點 性能達到預(yù)期要求，并且驗證在負載點有很高的效率。
[0032] 對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，顯而易見的是，基于本發(fā)明的思路，可以選用其他 的限速電路來實現(xiàn)本發(fā)明的驅(qū)動控制裝置。
[0033] 雖然已經(jīng)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(lǐng)域技術(shù)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(fā)明的精神或范圍。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(quán)利要求】
1. 一種用于無刷直流電機的驅(qū)動控制裝置，包括： 驅(qū)動專用控制器，輸出PWM控制信號來控制無刷直流電機的驅(qū)動； 電機轉(zhuǎn)速控制器，根據(jù)從驅(qū)動專用控制器接收的與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)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(zhuǎn)速控制信號； 晶體管，電機轉(zhuǎn)速控制器輸出的轉(zhuǎn)速控制信號輸入到晶體管的基極，根據(jù)所述轉(zhuǎn)速控 制信號，晶體管工作在放大或截止狀態(tài)； 其中，當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第一控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在截 止狀態(tài)，驅(qū)動專用控制器的用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓僅僅基于正常設(shè)計而產(chǎn)生的電 壓，晶體管對用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓沒有調(diào)整； 當電機轉(zhuǎn)速控制器輸出第二控制電壓電平的轉(zhuǎn)速控制信號時，晶體管工作在放大狀態(tài) 時，驅(qū)動專用控制器的用于控制電機轉(zhuǎn)矩的輸入電壓受到晶體管集電極輸出的調(diào)整。
2. 如權(quán)利要求1所述的驅(qū)動控制裝置，其中 驅(qū)動專用控制器選用ROHM公司的芯片BD6209FS來實現(xiàn)，電機轉(zhuǎn)速控制器選用SANYO 公司的芯片LB8503V來實現(xiàn)。
3. 如權(quán)利要求2所述的驅(qū)動控制裝置，其中 與電機轉(zhuǎn)速相關(guān)的信號是BD6209AFS的FG0 口輸出與轉(zhuǎn)速成一定關(guān)系的方波信號。
4. 如權(quán)利要求3所述的驅(qū)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(quán)利要求1所述的驅(qū)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(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】池曉峰, 孫志平, 朱衛(wèi)東 申請人:常州樂士雷利電機有限公司