专利名称：直流无刷风扇电机驱动器及采用所述驱动器的空调器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于风扇电机驱动系统技术领域，具体地说，是涉及一种用于控制直流无刷风扇电机转速的驱动控制器以及采用所述直流无刷风扇电机驱动器设计的空调器。
背景技术：
目前空调系统上使用的直流无刷风扇电机大多是已经内置了驱动器的直流无刷风扇电机，也就是说这种风扇电机需要将驱动器内置到电机内部，并采用转子位置传感器来精确控制直流无刷风扇电机的转速，由此不仅增加了生产这种电机的技术难度，而且由于空调器室外机常年暴露在室外，运行环境比较恶劣，这也造成风扇电机内部驱动器的工作环境相对恶劣，一般的电机厂家很难具备这种技术水平。因此，目前这种直流无刷风扇电机的生产技术多被日本企业所控制，国内的空调器生产厂商需要进口这种电机应用在自己的空调产品中，由此造成硬件成本的升高。基于此，如何设计一种技术简单、成本低廉的驱动器，以适用于对直流无刷风扇电机的驱动控制，是目前空调器生产厂商亟待解决的一项主要问题。
实用新型内容本实用新型针对现有直流无刷风扇电机由于将驱动器内置而导致的生产技术难度大、成本高的问题，提出了一种外置于直流无刷风扇电机的驱动器，以降低设计难度，改善电机驱动器的工作环境。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现一种直流无刷风扇电机驱动器，包括控制模块、三相逆变器、电流检测模块和为各模块提供工作电源的电源模块；所述三相逆变器接收电源模块输出的直流母线电压，并在控制模块发出的开关控制信号的控制作用下，将直流母线电压逆变成三相交流电压输出至直流无刷风扇电机；通过所述三相逆变器下桥臂IGBT的源极输出的电流传输至所述的电流检测模块，经电流检测模块处理后反馈至所述的控制模块。进一步的，在所述电流检测模块中包含有两个相电流检测单元，分别对逆变器中其中两路下桥臂IGBT的源极输出的电流进行采样检测；在每一个相电流检测单元中均包含有一路集成运放，其同相输入端通过电流采样电阻连接其中一路下桥臂IGBT的源极，其反相输入端连接电源地，同时连接集成运放的输出端构成负反馈网络，集成运放的同相输入端与反相输入端共同组成差分放大电路，通过高速集成运放输出的用于反映采样电流的电压信号反馈至所述的控制模块。又进一步的，在所述集成运放的同相输入端上还连接有电阻分压网络，通过电阻分压网络的分压节点输出的偏置电压施加到所述集成运放的同相输入端上。再进一步的，在所述反馈网络中至少包含有两个分压电阻，所述集成运放的反相输入端一方面通过一路分压电阻接地，另一方面通过另外一路分压电阻连接所述集成运放的输出端。[0010]优选的，在所述电流检测模块中还设置有一个母线电流检测单元，包括用于采集母线电流的采样电路，将采集到的母线电流转换为采样电压输出至一路集成运放的同相输入端，所述集成运放的反相输入端通过反馈电路连接集成运放的输出端，通过所述集成运放输出的用于反映母线电流大小的电压信号输出至一比较器，通过比较器与设定的参考电压进行比较后，输出过流保护信号反馈至所述的控制模块。进一步的，在所述采样电路中包括四路电流采样电阻，其中三路分别连接在逆变器中三路下桥臂IGBT的源极和所述集成运放的同相输入端之间，另外一路电流采样电阻连接在所述集成运放的同相输入端与电源地之间，用来对三路电流采样值进行叠加，以生成当前母线电流所对应的采样电压值。再进一步的，所述控制模块连接存储器，从存储器中调取直流无刷风扇电机的转速设定值以及电机参数等信息。优选的，所述存储器优选采用EEPR0M，通过1 总线与控制模块连接通信。更进一步的，所述控制模块为单片机；所述逆变器优选采用智能功率模块IPM完成从直流母线电压到驱动直流无刷风扇电机运行所需三相交流电源的逆变过程。基于上述直流无刷风扇电机驱动器的设计结构，本实用新型又提供了一种采用所述直流无刷风扇电机驱动器设计的空调器，包括室内机和室外机，在所述室外机中设置有直流无刷风扇电机，在所述风扇电机的外部连接有用于驱动其运行的驱动器，在所述驱动器中设置有控制模块、三相逆变器、电流检测模块和为各模块提供工作电源的电源模块；所述三相逆变器接收电源模块输出的直流母线电压，并在控制模块发出的开关控制信号的控制作用下，将直流母线电压逆变成三相交流电压输出至直流无刷风扇电机；通过所述三相逆变器下桥臂IGBT的源极输出的电流传输至所述的电流检测模块，经电流检测模块处理后反馈至所述的控制模块。所述控制模块可以根据电流检测模块反馈的检测信号判断直流无刷风扇电机的当前转速，进而控制三相逆变器驱动直流无刷风扇电机运行在所要求的设定转速上。与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是本实用新型采用设置于直流无刷风扇电机外部的驱动器来控制直流无刷风扇电机运行，不仅能够精确地控制风扇电机的转速，使其转速误差范围限定在士5转以内，而且无需设置转子位置传感器，降低了硬件成本。将其应用在空调系统中，在保证空调器工作性能的同时，可以改善驱动器的工作环境，降低空调产品的整机成本。结合附图阅读本实用新型实施方式的详细描述后，本实用新型的其他特点和优点将变得更加清楚。
图1是本实用新型所提出的直流无刷风扇电机驱动器的电路原理框图；图2是图1中控制模块的一种实施例的电路原理图；图3是图1中三相逆变器和电流检测模块的一种实施例的电路原理图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行详细地描述。[0022]实施例一，本实施例以空调产品为例进行说明。为了实现对直流无刷风扇电机的驱动控制，本实施例在直流无刷风扇电机的外部设计驱动器，在完成对风扇电机驱动控制的同时，降低风扇电机的设计难度，摆脱空调产品依赖进口风扇电机的现状，降低产品的硬件成本。本实施例的直流无刷风扇电机驱动器主要由电源模块、控制模块、三相逆变器、电流检测模块等部分组成，参见图1所示。其中，电源模块为驱动器中各用电负载供电；控制模块输出用于控制三相逆变器中各切换元件通断的开关控制信号，进而控制三相逆变器将电源模块输出的直流母线电压逆变成后级直流无刷风扇电机运行所需的三相交流电压输出，以驱动直流无刷风扇运转。为了达到对直流无刷风扇电机转速的精确控制，本实施例采用电流检测模块代替传统内置于风扇电机的位置传感器来对风扇电机的当前转速进行检测，连接在三相逆变器的下桥臂I GBT的源极与控制模块之间，将采样检测到的三相逆变器中下桥臂IGBT的源极输出的电流值反馈至控制模块，利用控制模块中的转速计算方法计算出当前直流无刷风扇电机的转速，并与转速设定值进行比较，以确定出其输出的PWM形式的开关控制信号的占空比，进而调节三相逆变器中各切换元件的通断时序，改变其输出至直流无刷风扇电机的三相交流驱动电源，最终实现对直流无刷风扇电机转速的调节，使其转速能够稳定在预先设定的转速值上，达到对直流无刷风扇电机转速的精确控制。对于转速设定值、被控电机参数(比如电机中绕组的阻值、D轴、Q轴电感量等)、 程序控制参数、保护参数等信息可以预先写入到与所述控制模块相连接的存储器中，供控制模块在程序运行时读取调用。作为本实施例的一种优选设计方案，所述存储器可以采用一颗EEPROM来保存程序运行时所需的各种参数信息，通过1 总线实现与控制模块的连接通信，结合图1、图2所示。图2为所述控制模块的一种具体电路设计，可以采用一颗单片机ICOl配合简单的外围电路设计实现。其中，单片机ICOl通过其6路I/O 口，比如18 23脚，输出开关控制信号UP、UN、VP、VN、WP、WN,分别对应传输至三相逆变器中的三对切换元件，比如三对IGBT 的栅极，以控制IGBT的通断时序。在本实施例中，所述开关控制信号UP、UN、VP、VN、WP、WN 优选为PWM信号，通过调节PWM信号的占空比实现对6路IGBT通断时序的准确控制。图3是三相逆变器及电流检测模块的一种优选电路设计原理图，其中，三相逆变器可以采用一颗智能功率模块IPM实现，接收单片机ICOl输出的开关控制信号UP、UN、VP、 VN、WP、WN以及电源模块输出的直流母线电压，比如+310V，具体可以通过IPM的P管脚接入所述的直流母线电压+310V，进而在开关控制信号UP、UN、VP、VN、WP、WN的通断控制作用下，将直流母线电压+310V逆变成三相交流电压，通过其U、V、W管脚输出至直流无刷风扇电机，驱动其运行。为了对直流无刷风扇电机的转速进行精确控制，本实施例在电流检测模块中设计了两个相电流检测单元，分别对三相逆变器IPM中其中两路下桥臂IGBT的源极输出的电流进行采样检测。如图3所示，本实施例以检测U相、V相两路电流为例进行说明。在每一个相电流检测单元中均包含有一路集成运放U2、U3，其中，集成运放U2的同相输入端通过电流采样电阻R12连接U相的下桥臂IGBT的源极NU，并通过电流采样电阻R32连接电源地， 其反相输入端连接电源地，同时连接集成运放U2的输出端构成负反馈网络，集成运放U2的同相输入端与反相输入端共同组成差分放大电路，通过集成运放U2输出可以反映出U相的
5电流大小的电压信号IU_AD，进而反馈至单片机ICOl用于电机转速的计算。本实施例的相电流检测单元通过在逆变器下桥臂IGBT的源极与电源地之间串接大功率、高精度的无感电阻R32，通过检测该电阻R32上分压变化来表征相电流的变化。此外，集成运放电路采用差分放大方式，可以有效抑制共模干扰。在本实施例中，所述集成运放U2的同相输入端还同时连接有电阻分压网络，如图 3所示，具体可以由分压电阻R03、R04以及直流电源AVDD连接而成，通过电阻分压网络的分压节点输出偏置电压，施加到所述集成运放U2的同相输入端上，为通过电流采样电阻R12 获得的采样电压提供偏置电压。在所述集成运放U2的反相输入端与输出端之间连接有反馈网络，可以具体采用分压电阻R01、R02和Rll连接而成，如图3所示。其中，分压电阻R01、R02并联后跨接在集成运放U2的输出端与反相输入端之间，集成运放U2的反相输入端同时通过分压电阻Rll 连接电源地。经集成运放U2处理后输出的电压信号通过电阻R09传输至单片机ICOl的其中一路AD端口，比如30脚，将模拟信号转换为数字信号供程序调用计算。同理，在用于采集检测V相电流的相电流检测单元中，集成运放U3的同相输入端通过电流采样电阻R17连接三相逆变器IPM中V相的下桥臂IGBT的源极NV，并接收由电阻 R07、R08以及直流电源AVDD连接而成的电阻分压网络提供的直流偏置电压，其反相输入端通过由分压电阻R05、R06和R16连接而成的反馈网络连接集成运放U3的输出端，并通过集成运放U3的输出端输出用于反映V相电流大小的电压信号IV_AD，传输至单片机ICOl的另外一路AD端口，比如四脚，将模拟信号转换为数字信号，用于电机转速的计算。另外，为了达到过电流保护的目的，本实施例在电流检测模块中还进一步设置有一个母线电流检测单元，包括用于采集母线电流的采样电路、集成运放UlA和比较器Ul，如图3所示。其中，采样电路中可以设置四路电流采样电阻R13、R14、R15、R40，其中三路R13、 R14、R15分别连接在三相逆变器IPM中三路下桥臂IGBT的源极NU、NV、NW和集成运放UlA 的同相输入端之间，另外一路电流采样电阻R40连接在所述集成运放UlA的同相输入端与电源地之间，通过对U、V、W三路电流采样值进行叠加，进而可以得到当前时刻直流母线的电流值，采集电流采样电阻R40两端的压降，即可获得能够反映出当前母线电流大小所对应的采样电压值。将所述采样电压值输出至集成运放UlA的同相输入端，集成运放UlA的反相输入端通过由电阻R39、R44组成的反馈电路连接其输出端，进而输出用于反映母线电流大小的电压信号，通过由电阻R42和电容C204组成的低通滤波器输出至比较器Ul的反相输入端，通过比较器Ul与其同相输入端接入的参考电压进行比较后，进而输出高电平或者低电平的过流保护信号IPMERR，反馈至所述的单片机IC01。在本实施例中，所述参考电压可以利用分压电阻R45、R38对电源模块输出的直流电压AVDD分压获得，如图3所示。通过调整分压电阻R45、R38的阻值，可以使参考电压达到电流保护阈值所对应的幅值上。当通过集成运放UlA输出的用于反映母线电流大小的电压信号的幅值超过所述的参考电压时，通过比较器Ul输出低电平有效的过流保护信号 IPMERR0此时，单片机ICOl控制三相逆变器IPM中各路IGBT截止，以停止三相交流电源的逆变输出，使直流无刷风扇电机停止运转，达到过流保护的目的。本实施例所提出的直流无刷风扇电机外置驱动器，技术简单，成本低廉，适合在空调器等需要采用直流无刷风扇电机的电子产品中推广应用。[0035] 当然，以上所述仅是本实用新型的一种优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于包括控制模块、三相逆变器、电流检测模块和为各模块提供工作电源的电源模块；所述三相逆变器接收电源模块输出的直流母线电压，并在控制模块发出的开关控制信号的控制作用下，将直流母线电压逆变成三相交流电压输出至直流无刷风扇电机；通过所述三相逆变器下桥臂IGBT的源极输出的电流传输至所述的电流检测模块，经电流检测模块处理后反馈至所述的控制模块。
2.根据权利要求1所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于在所述电流检测模块中包含有两个相电流检测单元，分别对逆变器中其中两路下桥臂IGBT的源极输出的电流进行采样检测；在每一个相电流检测单元中均包含有一路集成运放，其同相输入端通过电流采样电阻连接其中一路下桥臂IGBT的源极，其反相输入端连接电源地，同时连接集成运放的输出端构成负反馈网络，集成运放的同相输入端与反相输入端共同组成差分放大电路，通过高速集成运放输出的用于反映采样电流的电压信号反馈至所述的控制模块。
3.根据权利要求2所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于在所述集成运放的同相输入端还连接有电阻分压网络，施加偏置电压到所述集成运放的同相输入端。
4.根据权利要求2所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于在所述反馈网络中至少包含有两个分压电阻，所述集成运放的反相输入端一方面通过一路分压电阻接地，另一方面通过另外一路分压电阻连接所述集成运放的输出端。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于在所述电流检测模块中设置有一个母线电流检测单元，包括用于采集母线电流的采样电路，将采集到的母线电流转换为采样电压输出至一路集成运放的同相输入端，所述集成运放的反相输入端通过反馈电路连接集成运放的输出端，通过所述集成运放输出的用于反映母线电流大小的电压信号输出至一比较器，通过比较器与设定的参考电压进行比较后，输出过流保护信号反馈至所述的控制模块。
6.根据权利要求5所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于在所述采样电路中包括四路电流采样电阻，其中三路分别连接在逆变器中三路下桥臂I GBT的源极和所述集成运放的同相输入端之间，另外一路电流采样电阻连接在所述集成运放的同相输入端与电源地之间。
7.根据权利要求5所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于所述控制模块连接存储器。
8.根据权利要求7所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于所述存储器为 EEPR0M，通过1 总线与控制模块连接通信。
9.根据权利要求7所述的直流无刷风扇电机驱动器，其特征在于所述控制模块为单片机；所述逆变器为智能功率模块IPM。
10.一种空调器，包括室内机和室外机，在所述室外机中设置有直流无刷风扇电机；其特征在于所述直流无刷风扇电机外接如权利要求1至9中任一项权利要求所述的直流无刷风扇电机驱动器。
专利摘要本实用新型公开了一种直流无刷风扇电机驱动器及采用所述驱动器的空调器，包括控制模块、三相逆变器、电流检测模块和电源模块；所述三相逆变器接收电源模块输出的直流母线电压，并在控制模块发出的开关控制信号的控制作用下，将直流母线电压逆变成三相交流电压输出至直流无刷风扇电机；通过所述三相逆变器下桥臂IGBT的源极输出的电流传输至所述的电流检测模块，经电流检测模块处理后反馈至所述的控制模块。本实用新型采用设置于直流无刷风扇电机外部的驱动器来控制电机运行，不仅能够精确控制电机转速，而且无需设置转子位置传感器，降低了硬件成本。将其应用在空调系统中，可以改善驱动器的工作环境，降低空调产品的整机成本。
文档编号H02P6/18GK202014219SQ20102069913
公开日2011年10月19日 申请日期2010年12月30日 优先权日2010年12月30日
发明者盖学刚 申请人:海信(山东)空调有限公司