專利名稱：直流無刷風扇電機驅動器及采用所述驅動器的空調器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于風扇電機驅動系統(tǒng)技術領域，具體地說，是涉及一種用于控制直流無刷風扇電機轉速的驅動控制器以及采用所述直流無刷風扇電機驅動器設計的空調器。
背景技術：
目前空調系統(tǒng)上使用的直流無刷風扇電機大多是已經內置了驅動器的直流無刷風扇電機，也就是說這種風扇電機需要將驅動器內置到電機內部，并采用轉子位置傳感器來精確控制直流無刷風扇電機的轉速，由此不僅增加了生產這種電機的技術難度，而且由于空調器室外機常年暴露在室外，運行環(huán)境比較惡劣，這也造成風扇電機內部驅動器的工作環(huán)境相對惡劣，一般的電機廠家很難具備這種技術水平。因此，目前這種直流無刷風扇電機的生產技術多被日本企業(yè)所控制，國內的空調器生產廠商需要進口這種電機應用在自己的空調產品中，由此造成硬件成本的升高?；诖?，如何設計一種技術簡單、成本低廉的驅動器，以適用于對直流無刷風扇電機的驅動控制，是目前空調器生產廠商亟待解決的一項主要問題。

實用新型內容本實用新型針對現有直流無刷風扇電機由于將驅動器內置而導致的生產技術難度大、成本高的問題，提出了一種外置于直流無刷風扇電機的驅動器，以降低設計難度，改善電機驅動器的工作環(huán)境。為解決上述技術問題，本實用新型采用以下技術方案予以實現一種直流無刷風扇電機驅動器，包括控制模塊、三相逆變器、電流檢測模塊和為各模塊提供工作電源的電源模塊；所述三相逆變器接收電源模塊輸出的直流母線電壓，并在控制模塊發(fā)出的開關控制信號的控制作用下，將直流母線電壓逆變成三相交流電壓輸出至直流無刷風扇電機；通過所述三相逆變器下橋臂IGBT的源極輸出的電流傳輸至所述的電流檢測模塊，經電流檢測模塊處理后反饋至所述的控制模塊。進一步的，在所述電流檢測模塊中包含有兩個相電流檢測單元，分別對逆變器中其中兩路下橋臂IGBT的源極輸出的電流進行采樣檢測；在每一個相電流檢測單元中均包含有一路集成運放，其同相輸入端通過電流采樣電阻連接其中一路下橋臂IGBT的源極，其反相輸入端連接電源地，同時連接集成運放的輸出端構成負反饋網絡，集成運放的同相輸入端與反相輸入端共同組成差分放大電路，通過高速集成運放輸出的用于反映采樣電流的電壓信號反饋至所述的控制模塊。又進一步的，在所述集成運放的同相輸入端上還連接有電阻分壓網絡，通過電阻分壓網絡的分壓節(jié)點輸出的偏置電壓施加到所述集成運放的同相輸入端上。再進一步的，在所述反饋網絡中至少包含有兩個分壓電阻，所述集成運放的反相輸入端一方面通過一路分壓電阻接地，另一方面通過另外一路分壓電阻連接所述集成運放的輸出端。[0010]優(yōu)選的，在所述電流檢測模塊中還設置有一個母線電流檢測單元，包括用于采集母線電流的采樣電路，將采集到的母線電流轉換為采樣電壓輸出至一路集成運放的同相輸入端，所述集成運放的反相輸入端通過反饋電路連接集成運放的輸出端，通過所述集成運放輸出的用于反映母線電流大小的電壓信號輸出至一比較器，通過比較器與設定的參考電壓進行比較后，輸出過流保護信號反饋至所述的控制模塊。進一步的，在所述采樣電路中包括四路電流采樣電阻，其中三路分別連接在逆變器中三路下橋臂IGBT的源極和所述集成運放的同相輸入端之間，另外一路電流采樣電阻連接在所述集成運放的同相輸入端與電源地之間，用來對三路電流采樣值進行疊加，以生成當前母線電流所對應的采樣電壓值。再進一步的，所述控制模塊連接存儲器，從存儲器中調取直流無刷風扇電機的轉速設定值以及電機參數等信息。優(yōu)選的，所述存儲器優(yōu)選采用EEPR0M，通過1 總線與控制模塊連接通信。更進一步的，所述控制模塊為單片機；所述逆變器優(yōu)選采用智能功率模塊IPM完成從直流母線電壓到驅動直流無刷風扇電機運行所需三相交流電源的逆變過程?；谏鲜鲋绷鳠o刷風扇電機驅動器的設計結構，本實用新型又提供了一種采用所述直流無刷風扇電機驅動器設計的空調器，包括室內機和室外機，在所述室外機中設置有直流無刷風扇電機，在所述風扇電機的外部連接有用于驅動其運行的驅動器，在所述驅動器中設置有控制模塊、三相逆變器、電流檢測模塊和為各模塊提供工作電源的電源模塊；所述三相逆變器接收電源模塊輸出的直流母線電壓，并在控制模塊發(fā)出的開關控制信號的控制作用下，將直流母線電壓逆變成三相交流電壓輸出至直流無刷風扇電機；通過所述三相逆變器下橋臂IGBT的源極輸出的電流傳輸至所述的電流檢測模塊，經電流檢測模塊處理后反饋至所述的控制模塊。所述控制模塊可以根據電流檢測模塊反饋的檢測信號判斷直流無刷風扇電機的當前轉速，進而控制三相逆變器驅動直流無刷風扇電機運行在所要求的設定轉速上。與現有技術相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型采用設置于直流無刷風扇電機外部的驅動器來控制直流無刷風扇電機運行，不僅能夠精確地控制風扇電機的轉速，使其轉速誤差范圍限定在士5轉以內，而且無需設置轉子位置傳感器，降低了硬件成本。將其應用在空調系統(tǒng)中，在保證空調器工作性能的同時，可以改善驅動器的工作環(huán)境，降低空調產品的整機成本。結合附圖閱讀本實用新型實施方式的詳細描述后，本實用新型的其他特點和優(yōu)點將變得更加清楚。

圖1是本實用新型所提出的直流無刷風扇電機驅動器的電路原理框圖；圖2是圖1中控制模塊的一種實施例的電路原理圖；圖3是圖1中三相逆變器和電流檢測模塊的一種實施例的電路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行詳細地描述。[0022]實施例一，本實施例以空調產品為例進行說明。為了實現對直流無刷風扇電機的驅動控制，本實施例在直流無刷風扇電機的外部設計驅動器，在完成對風扇電機驅動控制的同時，降低風扇電機的設計難度，擺脫空調產品依賴進口風扇電機的現狀，降低產品的硬件成本。本實施例的直流無刷風扇電機驅動器主要由電源模塊、控制模塊、三相逆變器、電流檢測模塊等部分組成，參見圖1所示。其中，電源模塊為驅動器中各用電負載供電；控制模塊輸出用于控制三相逆變器中各切換元件通斷的開關控制信號，進而控制三相逆變器將電源模塊輸出的直流母線電壓逆變成后級直流無刷風扇電機運行所需的三相交流電壓輸出，以驅動直流無刷風扇運轉。為了達到對直流無刷風扇電機轉速的精確控制，本實施例采用電流檢測模塊代替?zhèn)鹘y(tǒng)內置于風扇電機的位置傳感器來對風扇電機的當前轉速進行檢測，連接在三相逆變器的下橋臂I GBT的源極與控制模塊之間，將采樣檢測到的三相逆變器中下橋臂IGBT的源極輸出的電流值反饋至控制模塊，利用控制模塊中的轉速計算方法計算出當前直流無刷風扇電機的轉速，并與轉速設定值進行比較，以確定出其輸出的PWM形式的開關控制信號的占空比，進而調節(jié)三相逆變器中各切換元件的通斷時序，改變其輸出至直流無刷風扇電機的三相交流驅動電源，最終實現對直流無刷風扇電機轉速的調節(jié)，使其轉速能夠穩(wěn)定在預先設定的轉速值上，達到對直流無刷風扇電機轉速的精確控制。對于轉速設定值、被控電機參數(比如電機中繞組的阻值、D軸、Q軸電感量等)、 程序控制參數、保護參數等信息可以預先寫入到與所述控制模塊相連接的存儲器中，供控制模塊在程序運行時讀取調用。作為本實施例的一種優(yōu)選設計方案，所述存儲器可以采用一顆EEPROM來保存程序運行時所需的各種參數信息，通過1 總線實現與控制模塊的連接通信，結合圖1、圖2所示。圖2為所述控制模塊的一種具體電路設計，可以采用一顆單片機ICOl配合簡單的外圍電路設計實現。其中，單片機ICOl通過其6路I/O 口，比如18 23腳，輸出開關控制信號UP、UN、VP、VN、WP、WN,分別對應傳輸至三相逆變器中的三對切換元件，比如三對IGBT 的柵極，以控制IGBT的通斷時序。在本實施例中，所述開關控制信號UP、UN、VP、VN、WP、WN 優(yōu)選為PWM信號，通過調節(jié)PWM信號的占空比實現對6路IGBT通斷時序的準確控制。圖3是三相逆變器及電流檢測模塊的一種優(yōu)選電路設計原理圖，其中，三相逆變器可以采用一顆智能功率模塊IPM實現，接收單片機ICOl輸出的開關控制信號UP、UN、VP、 VN、WP、WN以及電源模塊輸出的直流母線電壓，比如+310V，具體可以通過IPM的P管腳接入所述的直流母線電壓+310V，進而在開關控制信號UP、UN、VP、VN、WP、WN的通斷控制作用下，將直流母線電壓+310V逆變成三相交流電壓，通過其U、V、W管腳輸出至直流無刷風扇電機，驅動其運行。為了對直流無刷風扇電機的轉速進行精確控制，本實施例在電流檢測模塊中設計了兩個相電流檢測單元，分別對三相逆變器IPM中其中兩路下橋臂IGBT的源極輸出的電流進行采樣檢測。如圖3所示，本實施例以檢測U相、V相兩路電流為例進行說明。在每一個相電流檢測單元中均包含有一路集成運放U2、U3，其中，集成運放U2的同相輸入端通過電流采樣電阻R12連接U相的下橋臂IGBT的源極NU，并通過電流采樣電阻R32連接電源地， 其反相輸入端連接電源地，同時連接集成運放U2的輸出端構成負反饋網絡，集成運放U2的同相輸入端與反相輸入端共同組成差分放大電路，通過集成運放U2輸出可以反映出U相的
5電流大小的電壓信號IU_AD，進而反饋至單片機ICOl用于電機轉速的計算。本實施例的相電流檢測單元通過在逆變器下橋臂IGBT的源極與電源地之間串接大功率、高精度的無感電阻R32，通過檢測該電阻R32上分壓變化來表征相電流的變化。此外，集成運放電路采用差分放大方式，可以有效抑制共模干擾。在本實施例中，所述集成運放U2的同相輸入端還同時連接有電阻分壓網絡，如圖 3所示，具體可以由分壓電阻R03、R04以及直流電源AVDD連接而成，通過電阻分壓網絡的分壓節(jié)點輸出偏置電壓，施加到所述集成運放U2的同相輸入端上，為通過電流采樣電阻R12 獲得的采樣電壓提供偏置電壓。在所述集成運放U2的反相輸入端與輸出端之間連接有反饋網絡，可以具體采用分壓電阻R01、R02和Rll連接而成，如圖3所示。其中，分壓電阻R01、R02并聯(lián)后跨接在集成運放U2的輸出端與反相輸入端之間，集成運放U2的反相輸入端同時通過分壓電阻Rll 連接電源地。經集成運放U2處理后輸出的電壓信號通過電阻R09傳輸至單片機ICOl的其中一路AD端口，比如30腳，將模擬信號轉換為數字信號供程序調用計算。同理，在用于采集檢測V相電流的相電流檢測單元中，集成運放U3的同相輸入端通過電流采樣電阻R17連接三相逆變器IPM中V相的下橋臂IGBT的源極NV，并接收由電阻 R07、R08以及直流電源AVDD連接而成的電阻分壓網絡提供的直流偏置電壓，其反相輸入端通過由分壓電阻R05、R06和R16連接而成的反饋網絡連接集成運放U3的輸出端，并通過集成運放U3的輸出端輸出用于反映V相電流大小的電壓信號IV_AD，傳輸至單片機ICOl的另外一路AD端口，比如四腳，將模擬信號轉換為數字信號，用于電機轉速的計算。另外，為了達到過電流保護的目的，本實施例在電流檢測模塊中還進一步設置有一個母線電流檢測單元，包括用于采集母線電流的采樣電路、集成運放UlA和比較器Ul，如圖3所示。其中，采樣電路中可以設置四路電流采樣電阻R13、R14、R15、R40，其中三路R13、 R14、R15分別連接在三相逆變器IPM中三路下橋臂IGBT的源極NU、NV、NW和集成運放UlA 的同相輸入端之間，另外一路電流采樣電阻R40連接在所述集成運放UlA的同相輸入端與電源地之間，通過對U、V、W三路電流采樣值進行疊加，進而可以得到當前時刻直流母線的電流值，采集電流采樣電阻R40兩端的壓降，即可獲得能夠反映出當前母線電流大小所對應的采樣電壓值。將所述采樣電壓值輸出至集成運放UlA的同相輸入端，集成運放UlA的反相輸入端通過由電阻R39、R44組成的反饋電路連接其輸出端，進而輸出用于反映母線電流大小的電壓信號，通過由電阻R42和電容C204組成的低通濾波器輸出至比較器Ul的反相輸入端，通過比較器Ul與其同相輸入端接入的參考電壓進行比較后，進而輸出高電平或者低電平的過流保護信號IPMERR，反饋至所述的單片機IC01。在本實施例中，所述參考電壓可以利用分壓電阻R45、R38對電源模塊輸出的直流電壓AVDD分壓獲得，如圖3所示。通過調整分壓電阻R45、R38的阻值，可以使參考電壓達到電流保護閾值所對應的幅值上。當通過集成運放UlA輸出的用于反映母線電流大小的電壓信號的幅值超過所述的參考電壓時，通過比較器Ul輸出低電平有效的過流保護信號 IPMERR0此時，單片機ICOl控制三相逆變器IPM中各路IGBT截止，以停止三相交流電源的逆變輸出，使直流無刷風扇電機停止運轉，達到過流保護的目的。本實施例所提出的直流無刷風扇電機外置驅動器，技術簡單，成本低廉，適合在空調器等需要采用直流無刷風扇電機的電子產品中推廣應用。[0035] 當然，以上所述僅是本實用新型的一種優(yōu)選實施方式，應當指出的是，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于包括控制模塊、三相逆變器、電流檢測模塊和為各模塊提供工作電源的電源模塊；所述三相逆變器接收電源模塊輸出的直流母線電壓，并在控制模塊發(fā)出的開關控制信號的控制作用下，將直流母線電壓逆變成三相交流電壓輸出至直流無刷風扇電機；通過所述三相逆變器下橋臂IGBT的源極輸出的電流傳輸至所述的電流檢測模塊，經電流檢測模塊處理后反饋至所述的控制模塊。
2.根據權利要求1所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于在所述電流檢測模塊中包含有兩個相電流檢測單元，分別對逆變器中其中兩路下橋臂IGBT的源極輸出的電流進行采樣檢測；在每一個相電流檢測單元中均包含有一路集成運放，其同相輸入端通過電流采樣電阻連接其中一路下橋臂IGBT的源極，其反相輸入端連接電源地，同時連接集成運放的輸出端構成負反饋網絡，集成運放的同相輸入端與反相輸入端共同組成差分放大電路，通過高速集成運放輸出的用于反映采樣電流的電壓信號反饋至所述的控制模塊。
3.根據權利要求2所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于在所述集成運放的同相輸入端還連接有電阻分壓網絡，施加偏置電壓到所述集成運放的同相輸入端。
4.根據權利要求2所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于在所述反饋網絡中至少包含有兩個分壓電阻，所述集成運放的反相輸入端一方面通過一路分壓電阻接地，另一方面通過另外一路分壓電阻連接所述集成運放的輸出端。
5.根據權利要求1至4中任一項所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于在所述電流檢測模塊中設置有一個母線電流檢測單元，包括用于采集母線電流的采樣電路，將采集到的母線電流轉換為采樣電壓輸出至一路集成運放的同相輸入端，所述集成運放的反相輸入端通過反饋電路連接集成運放的輸出端，通過所述集成運放輸出的用于反映母線電流大小的電壓信號輸出至一比較器，通過比較器與設定的參考電壓進行比較后，輸出過流保護信號反饋至所述的控制模塊。
6.根據權利要求5所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于在所述采樣電路中包括四路電流采樣電阻，其中三路分別連接在逆變器中三路下橋臂I GBT的源極和所述集成運放的同相輸入端之間，另外一路電流采樣電阻連接在所述集成運放的同相輸入端與電源地之間。
7.根據權利要求5所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于所述控制模塊連接存儲器。
8.根據權利要求7所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于所述存儲器為 EEPR0M，通過1 總線與控制模塊連接通信。
9.根據權利要求7所述的直流無刷風扇電機驅動器，其特征在于所述控制模塊為單片機；所述逆變器為智能功率模塊IPM。
10.一種空調器，包括室內機和室外機，在所述室外機中設置有直流無刷風扇電機；其特征在于所述直流無刷風扇電機外接如權利要求1至9中任一項權利要求所述的直流無刷風扇電機驅動器。
專利摘要本實用新型公開了一種直流無刷風扇電機驅動器及采用所述驅動器的空調器，包括控制模塊、三相逆變器、電流檢測模塊和電源模塊；所述三相逆變器接收電源模塊輸出的直流母線電壓，并在控制模塊發(fā)出的開關控制信號的控制作用下，將直流母線電壓逆變成三相交流電壓輸出至直流無刷風扇電機；通過所述三相逆變器下橋臂IGBT的源極輸出的電流傳輸至所述的電流檢測模塊，經電流檢測模塊處理后反饋至所述的控制模塊。本實用新型采用設置于直流無刷風扇電機外部的驅動器來控制電機運行，不僅能夠精確控制電機轉速，而且無需設置轉子位置傳感器，降低了硬件成本。將其應用在空調系統(tǒng)中，可以改善驅動器的工作環(huán)境，降低空調產品的整機成本。
文檔編號H02P6/18GK202014219SQ20102069913
公開日2011年10月19日 申請日期2010年12月30日 優(yōu)先權日2010年12月30日
發(fā)明者蓋學剛 申請人:海信(山東)空調有限公司