一种交流定时定向的电机驱动电路的制作方法

1.本实用新型涉及一种电机驱动电路领域，尤其涉及一种交流定时定向的电机驱动电路。


背景技术：

2.目前常用的单相永磁电机驱动采用可控硅驱动，但是采用可控硅驱动效率低下，且整体电路复杂，成本大。例如，一种在中国专利文献上公开的“一种单相交流电机的驱动电路”，其公告号cn211239731u，包括：工作电源、双向可控硅、以及用于控制双向可控硅的触发电路和用于同步触发电路的时序同步电路，所述的触发电路包括：脉宽调制电路和触发用光电隔离电路，触发用光电隔离电路的两个输出脚分别通过输出侧限流电阻与所述双向可控硅的两个主电极一一对应相连，双向可控硅的门极与所述触发用光电隔离电路的相应输出脚相连；所述脉宽调制电路的输出脚与触发用光电隔离电路的控制端相连，触发用光电隔离电路的电源脚与工作电源之间设置有抗干扰电路。该方案的电路采用可控硅驱动，效率低，且电路复杂，成本大，不适用于低成本的产品。


技术实现要素：

3.本实用新型主要解决现有技术采用可控硅定向驱动电机，驱动效率低下的问题；提供一种交流定时定向的电机驱动电路，利用霍尔元件检测永磁转子相位，通过场效应管控制换相实现定向运行，代替可控硅解决低效率问题；利用单片机检测工频电压信号实现定时运行，本电路成本低，效率高，器件少，适用于低成本的产品。
4.本实用新型的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
5.本实用新型包括主控模块、电机检测模块和供电模块，主控模块通过电机检测模块获取电机的相位，供电模块为主控模块供电；所述的电机驱动电路还包括开关控制模块和过零点检测模块，开关控制模块包括若干场效应管，交流电源经过场效应管与电机连接；主控模块根据获取的电机相位控制场效应管通断；过零点检测模块用于检测交流电源过零点周期，以获取当前交流电源的工频，作为主控模块的计时频率。
6.本方案的电路通过电机检测模块实时获取单相永磁电机的相位位置，将检测到的电机位置信号发送给主控模块，主控模块根据电机的位置控制开关控制模块中的场效应管通断，以此来完成电机的定向控制。通过过零点检测模块检测的交流电源工频，主控模块以此作为计时频率，简化电路，利用场效应管代替可控硅，提高了效率，整体的电路简单，器件少，成本低，适用于低成本产品。
7.作为优选，所述的开关控制模块的场效应管包括带保护二极管的n沟道场效应管q1和带保护二极管的n沟道场效应管q2；开关控制模块还包括电阻r2和电阻r3；电阻r2的第一端作为开关控制模块的控制输入端连接主控模块的控制输出端；电阻r2的第二端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端接地；电阻r2的第二端分别连接场效应管q1的栅极和场效应管q2的栅极；场效应管q1的源极和场效应管q2的源极均接地；场效应管q2的漏极连接交
流电源的火线，场效应管q1的漏极连接电机。
8.开关控制模块使用两个场效应管组成电子开关，主要由场效应管q1和场效应管q2组成，两个场效应管源极连接并接地，场效应管内部保护二极管等效为整流桥组成部分电路。主控模块的控制输出端输出为高电平情况下，场效应管q1和场效应管q2同时导通，电机线圈通电工作，主控模块的控制输出端输出为低电平情况下，场效应管q1和场效应管q2截止，电机线圈断开供电。
9.作为优选，所述的过零点检测模块包括电阻r8、二极管d4、二极管d5和电容c5；电阻r8的第一端作为输入端连接交流电源的零线，电阻r8的第二端连接电容c5的第一端，电容c5的第二端接地；二极管d5的阴极连接电阻r8的第二端，二极管d5的阳极接地；二极管d4的阳极接电阻r8的第二端，二极管d4的阴极连接主控模块的工频检测端。
10.本方案的过零点检测模块被用于主控模块检测当前交流电源输入的相位。电阻r8为限流电阻，电容c5用于对交流电源上的差模信号滤波，抑制出现过流零点干扰信号，二极管d4和二极管d5为嵌位二极管，为两个低漏电流小压降的二极管，二极管d4和二极管d5将检测信号的电压嵌位在主控模块的端口允许的输入电压范围内。主控模块通过过零点检测电路多次检测过零点周期，以识别当前工作的工频频率，并以工频频率作为计数器，电路简单，器件少，介绍单片机的端口资源。
11.作为优选，所述的开关控制模块还包括电阻r11，电阻r11的第一端连接交流电源的火线，电阻r11的第二端接地。电阻r11用于解决浮地问题，避免“地”和火线处于悬浮状态而导致过零点检测电路无法正常检测过零点。
12.作为优选，所述的电流检测模块包括依次连接的差分放大器和低通滤波器；差分放大器的同相输入端连接开关控制模块的电流采样端，差分放大器的反相输入端接地；低通滤波器的输出端连接主控模块的电流检测端。通过差分放大器来检测开关控制模块的电流，通过低通滤波器滤除高频干扰信号在输入主控模块进行运算处理。
13.作为优选，所述的开关控制模块还电阻r1，电阻r1设置在两个场效应管的源极之间，电阻r1的一端作为开关控制模块的电流采样端。电阻r1为电流采样电阻，连接到差分放大器，用于电流检测保护场效应管。
14.作为优选，所述的差分放大器包括运放u4、电阻r4、电阻r5、电阻r7、电阻r9和电阻r10；低通滤波器包括电阻r6和电容c3；电阻r4的第一端连接运放u4的输出端，电阻r4的第二端连接运放u4的反相输出端；电阻r5的第一端连接运放u4的反相输入端，电阻r5的第二端接地；电阻r7的第一端连接运放u4的同相输入端，电阻r7的第二端作为电流检测模块的采样输入端与开关控制模块的电流采样端连接；电阻r9的第一端接地，电阻r9的第二端连接运放u4的同相输入端，电阻r10的第一端连接运放u4的同相输入端，电阻r10的第二端连接电源vcc。由电阻r6和电容c3组成的低通滤波器滤除高频干扰信号。
15.作为优选，所述的电机检测模块包括霍尔传感器，霍尔传感器设置在电机上，用于获取电机转子位置。霍尔元件输出的信号经过主控模块的adc转换，通过程序运算获得当前电机转子的相位。
16.作为优选，所述的供电模块包括稳压芯片u3、二极管d3、电解电容c1和电容c2；二极管d3的阳极连接交流电源，二极管d3的阴极连接电解电容c1的正极，电解电容c1的负极接地；二极管d3的阴极连接稳压芯片u3的输入端，稳压芯片u3的输出端连接电容c2的第一
端，电容c2的第二端接地。通过半波整流和稳压模块，将交流电源整流为直流电源，并输出稳压电源给主控模块以及外围电路。
17.本实用新型的有益效果是：
18.1.开关控制模块利用场效应管代替可控硅，提高了效率，整体的电路简单，器件少，成本低，适用于低成本产品。
19.2. 主控模块通过过零点检测电路多次检测过零点周期，以识别当前工作的工频频率，并以工频频率作为计数器，电路简单，器件少，介绍单片机的端口资源。
附图说明
20.图1是本实用新型的电路原理连接结构框图。
21.图2是本实用新型的开关控制模块电路连接图。
22.图3是本实用新型的过零点检测模块电路连接图。
23.图4是本实用新型的供电模块电路连接图。
24.图5是本实用新型的电流检测模块电路连接图。
25.图中1.主控模块，2.开关控制模块，3.电流检测模块，4.电机检测模块，5.供电模块，6.过零点检测模块，7.电机。
具体实施方式
26.下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
27.实施例：
28.本实施例的一种交流定时定向的电机驱动电路，如图1所示，包括主控模块1、开关控制模块2、电流检测模块3、电机检测模块4、供电模块5、过零点检测模块6和电机7。
29.交流电源的火线经过开关控制模块2与电机7的第一交流输入端连接，甲流电源的零线与电机7的第二交流输入端连接。开关控制控制模块2的控制输入端与主控模块1的控制输出端连接；过零点检测模块6的输入端与交流电源的零线连接，过零点检测模块6的输出端与主控模块1的工频检测端连接。电机检测模块4设置在电机7上，电机检测模块4的输出端连接主控模块的相位检测端。电流检测模块3的采样输入端连接开关控制模块2的电流采样端，电流检测模块3的输出端连接主控模块1的电流检测端。
30.主控模块1为单片机及其最小电路，在本实施例中，主控模块1采用赛元单片机sc92f7320m08u。内部资源车工组，电压范围稳定，工作温度范围宽，具有较高的性价比。
31.电机检测模块4用于获取电机7转子位置。在本实施例朱工，电机检测模块4采用霍尔传感器。霍尔元件用于检测电机永磁转子的位置，霍尔元件的输出信号连接到单片机adc检测口，通过程序运算获得当前电机转子相位。
32.供电模块5包括稳压芯片u3、二极管d3、电解电容c1和电容c2。在本实施例中，稳压芯片u3为l78l05，输出+5v的稳压电源vcc。
33.二极管d3的阳极连接交流电源的零线，二极管d3的阴极连接电解电容c1的正极，电解电容c1的负极接地。二极管d3的阴极连接稳压芯片u3的输入端，稳压芯片u3的输出端连接电容c2的第一端，电容c2的第二端接地。
34.稳压芯片u3、二极管d3、电解电容c1和电容c2构成一个半波整流加稳压的回路，二
极管d3的电解电容c1组成半波整流回路，将交流电源整流为直流电源，并通过稳压芯片u3输出稳压电源vcc给主控模块1以及外围电路。
35.过零点检测模块6包括电阻r8、二极管d4、二极管d5和电容c5。
36.电阻r8的第一端作为过零点检测模块6的输入端连接交流电源的零线，电阻r8的第二端连接电容c5的第一端，电容c5的第二端接地；二极管d5的阴极连接电阻r8的第二端，二极管d5的阳极接地；二极管d4的阳极接电阻r8的第二端，二极管d4的阴极连接主控模块1的工频检测端。
37.过零点检测模6块被用于主控模块1检测当前交流电源输入的相位。电阻r8为限流电阻，电容c5用于对交流电源上的差模信号滤波，抑制出现过流零点干扰信号，二极管d4和二极管d5为嵌位二极管，为两个低漏电流小压降的二极管，二极管d4和二极管d5将检测信号的电压嵌位在主控模块1的端口允许的输入电压范围内。
38.主控模块1通过过零点检测电路多次检测过零点周期，以识别当前工作的工频频率，并以工频频率作为计数器，电路简单，器件少，介绍单片机的端口资源。
39.开关控制模块2包括带保护二极管的n沟道场效应管q1、带保护二极管的n沟道场效应管q2、电阻r1、电阻r2、电阻r3和电阻r11。
40.电阻r2的第一端作为开关控制模块2的控制输入端连接主控模块1的控制输出端；电阻r2的第二端连接电阻r3的第一端，电阻r3的第二端接地。电阻r2的第二端分别连接场效应管q1的栅极和场效应管q2的栅极。电阻r1的第一端连接场效应管q1的源极，电阻r1的第二端连接场效应管q2的源极；电阻r1的第一端作为开关控制模块的电流蔡阳端与电流检测模块3的采样输入端连接，电阻r1的第二端接地。场效应管q2的漏极连接交流电源的火线，场效应管q1的漏极连接电机7。电阻r11的第一端连接交流电源的火线，电阻r11的第二端接地。
41.电阻r1为电流采样电阻，连接到差分放大器，用于电流检测保护场效应管。电阻r11用于解决浮地问题，避免“地”和火线处于悬浮状态而导致过零点检测电路无法正常检测过零点。
42.开关控制模块2使用两个场效应管组成电子开关，主要由场效应管q1和场效应管q2组成，两个场效应管源极连接并接地，场效应管内部保护二极管等效为整流桥组成部分电路。
43.主控模块1的控制输出端输出为高电平情况下，场效应管q1和场效应管q2同时导通，电机线圈通电工作；主控模块的控制输出端输出为低电平情况下，场效应管q1和场效应管q2截止，电机线圈断开供电。
44.电流检测模块3包括依次连接的差分放大器和低通滤波器。差分放大器的同相输入端连接开关控制模块2的电流采样端，差分放大器的反相输入端接地；低通滤波器的输出端连接主控模块1的电流检测端。
45.差分放大器包括运放u4、电阻r4、电阻r5、电阻r7、电阻r9和电阻r10；低通滤波器包括电阻r6和电容c3。
46.电阻r4的第一端连接运放u4的输出端，电阻r4的第二端连接运放u4的反相输出端；电阻r5的第一端连接运放u4的反相输入端，电阻r5的第二端接地；电阻r7的第一端连接运放u4的同相输入端，电阻r7的第二端作为电流检测模块的采样输入端与开关控制模块的
电流采样端连接；电阻r9的第一端接地，电阻r9的第二端连接运放u4的同相输入端，电阻r10的第一端连接运放u4的同相输入端，电阻r10的第二端连接电源vcc。
47.电流检测模块3主要由运放u4组成，差分放大器的输出再经过电阻r6和电容c3组成的低通滤波器滤除高频干扰信号再输入单片机进行运算处理。
48.本实施例方案的定时实现包括：开机前300ms通过过零点检测模块6多次检测过零点周期，以识别当前工作的工频频率，并以工频频率作为计数器，上电后累积工作 10小时，接着停机14小时，以此循环工作。
49.定向实现包括：假设霍尔传感器实时检测位置分为a和b相，交流电压为正半周p和负半周n，当霍尔传感器检测为a相情况下，通电为正半周p时电机转子旋转；当霍尔传感器检测为b相情况下，通电为负半周n时电机转子旋转。
50.由于电机禁止状态下启动必须要较长的通电时间，但是由于电路为定频方式，故需要根据实时的转子位置给与条件通电，实现往正确的方向运行。
51.本实施例方案的电路通过电机检测模块4实时获取单相永磁电机的相位位置，将检测到的电机7位置信号发送给主控模块1，主控模块1根据电机的位置控制开关控制模块2中的场效应管通断，以此来完成电机的定向控制。通过过零点检测模块6检测的交流电源工频，主控模块1以此作为计时频率，简化电路，利用场效应管代替可控硅，提高了效率，整体的电路简单，器件少，成本低，适用于低成本产品。
52.应理解，实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。