PG风机控制装置的制作方法

pg风机控制装置
技术领域
1.本说明书一个或多个实施例涉及风机控制技术领域，尤其涉及一种pg风机控制装置。


背景技术：

2.在当前主流的变频空调产品中，大多选用pg风机(英文为pulse generate motor)作为室内外风机。由单片机通过比较当前转速与目标转速来调整脉宽调制模块(即pwm模块)的输出占空比，进而改变pg风机的开关器件的导通角和导通时间，从而实现对pg风机的无极平稳调速。目前，空调内外风机所用的pg风机均是通过插座直接与内外主控板相连，由内外主控板对pg风机进行控制，这样虽然结构简捷紧凑，仅用一块单片机完成整个控制流程。但缺点是一旦产品系列需要扩容增加pg风机数量，而超出了内外主控板的控制能力时，则必须对系统进行重新设计。
3.同时，pg风机的控制涉及多个重要参数，这些重要参数的取值，对pg风机的控制至关重要。若设定不当，轻则无法驱动pg风机运转或误判故障，重则烧毁pg风机，造成无法挽回的损失。当前的参数确定方法是把pg风机连接到主控电路板上(即室外pg风机连接到外机控制板，室内pg风机连接到内机控制板)，以一个相对安全的小值开始逐渐增大，根据实测风机转速来判断参数的具体取值。这种方式，效率较低，且存在隐患。因为一旦某次设定值超出上限范围，就可能直接烧掉电机，造成无法挽回的成本损失。


技术实现要素：

4.本说明书一个或多个实施例描述了一种pg风机控制装置。
5.本发明提供了一种弱磁电流控制装置，所述pg风机控制装置分别与主控板和pg风机连接，所述pg风机控制装置包括：开关电源模块、光耦隔离模块和控制模块，其中：
6.所述开关电源模块用于：将交流电源转化为所述控制模块和所述pg风机各自所需的直流电源；
7.所述光耦隔离模块用于：将所述pg风机的直流电源和所述控制模块的直流电源进行隔离；
8.所述控制模块用于：在所述光耦隔离模块的电机侧检测启动速度指令电压，根据空载速度指令电压和所述启动速度指令电压确定启动占空比；确定速度指令电压与占空比之间的比例系数；根据所述比例系数、所述启动速度指令电压、所述启动占空比、额定空载速度指令电压和额定满载速度指令电压，确定最小占空比和最大占空比；在接收到所述主控板发送来的启动风机指令和对应的目标转速时，采用所述启动占空比控制所述pg风机启动，并使pg风机加速至所述目标转速；周期性获取所述pg风机的实际转速，根据所述实际转速、所述目标转速、所述最小占空比和所述最大占空比，对所述pg风机进行故障判断和转速控制。
9.本说明书实施例提供的pg风机控制装置，在启动pg风机之前，通过控制模块确定
启动占空比、最小占空比和最大占空比，然后在接收到所述主控板发送来的启动风机指令和对应的目标转速时，采用所述启动占空比控制所述pg风机启动，根据最小占空比和最大占空比进行故障判断和转速控制。可以避免因参数设定不当而造成烧机损失，同时相对于现有技术中的方式可以提高参数设置的效率。而且，本发明中如果需要扩容，不需要对主控板的程序进行修改，只需要对控制模块的控制逻辑进行适当修改即可，改动很小，相对于现有技术中只能修改主控板程序的方式，更加方便、快捷。
附图说明
10.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
11.图1是本说明书一个实施例中pg风机控制装置的结构框图；
12.图2a是本说明书一个实施例中pg风机的vsp
‑
pwm占空比的对应关系表；
13.图2b是本说明书一个实施例中pg风机的vsp
‑
pwm占空比的对应关系曲线图；
14.图3是本说明书一个实施例中占空比和速度指令电压之间的对应关系曲线图；
15.图4是本说明书一个实施例中占空比和转速之间的对应关系曲线图。
具体实施方式
16.下面结合附图，对本说明书提供的方案进行描述。
17.第一方面，本发明提供一种pg风机控制装置，所述pg风机控制装置分别与主控板和pg风机连接，如图1所示，所述pg风机控制装置包括：开关电源模块、光耦隔离模块和控制模块，其中：
18.所述开关电源模块用于：将交流电源转化为所述控制模块和所述pg风机各自所需的直流电源；
19.所述光耦隔离模块(在图1中未示出)用于：将所述pg风机的直流电源和所述控制模块的直流电源进行隔离；
20.所述控制模块用于：在所述光耦隔离模块的电机侧检测启动速度指令电压，根据空载速度指令电压和所述启动速度指令电压确定启动占空比；确定速度指令电压与占空比之间的比例系数；根据所述比例系数、所述启动速度指令电压、所述启动占空比、额定空载速度指令电压和额定满载速度指令电压，确定最小占空比和最大占空比；在接收到所述主控板发送来的启动风机指令和对应的目标转速时，采用所述启动占空比控制所述pg风机启动，并使pg风机加速至所述目标转速；周期性获取所述pg风机的实际转速，根据所述实际转速、所述目标转速、所述最小占空比和所述最大占空比，对所述pg风机进行故障判断和转速控制。
21.其中，pg风机是指电机的转速是由可控硅的导通角来控制的，而不是由继电器来控制的。在空调里面pg风机是由220vac供电，通过调整导通角实现风机的调速。
22.其中，pg风机的控制涉及几个重要的参数：最小转速对应的最小占空比d_min及其速度指令电压vsp_min，启动转速对应的启动占空比d_star及其速度指令电压vsp_star，最
大转速对应的最大占空比d_max及其速度指令电压vsp_max。对应关系可以参见图3和图4，其中图3示出的是占空比和速度指令电压之间的对应关系，图4示出的是占空比和转速之间的对应关系。其中，d_min的作用是控制风机的最低转速，可用于判断电机是否存在故障，d_star(或vsp_star)的作用是提供一个适合的初始启动电压，以便电机能从静止开始转动起来，d_max(或vsp_max)的作用是设定电机转速上限，以确保电机在安全范围内工作。
23.在实际中，室外pg风机对应的pg风机控制装置与外机的主控板连接，室内pg风机对应的pg风机控制装置与内机的主控板连接。一个主控板可以连接多个pg风机控制装置，每一个pg风机控制装置可以连接多个pg风机。pg风机控制装置独立于主控板之外，pg风机控制装置作为从机，可以通过串口与主控板进行实时通信，接收来自于主控板的指令，且向主控板上传pg风机的状态等参数。由于每一个pg风机控制装置可以连接多个pg风机，在实际中可以根据产品功率需要来灵活设定所连接的pg风机的数量。当需要增大功率时，可以保持主控板的程序不变，只修改控制模块中的底层配置和逻辑控制，就可以实现扩容和多个功率产品兼容的目的。
24.例如，所述开关电源模块可以将220v的交流电转化为310v的直流电压源vdc、3.3v的直流电压源vcc以及15v的直流电压源vsp，直流电压源vdc是供给pg风机的驱动模块用的，驱动模块用310v驱动pg风机工作。直流电压源vcc是供给控制模块用的，直流电压源vsp是供给pg风机的驱动模块用的，驱动模块用15v为电路中的其它模块供电。可见，开关电源模块可以将交流电源转化为控制模块和pg风机各自所需的直流电源。
25.其中，光耦隔离模块可以将所述pg风机的直流电源和所述控制模块的直流电源进行隔离，主要是将310v的高压直流电压源和3.3v的低压直流电压源进行有效隔离，避免两者相互干扰。
26.其中，所述控制模块可以输出不同频率、不同占空比的pwm方波，也能接收pg风机返回回来的脉冲进而得知pg风机的实际转速。
27.在使用pg风机控制装置前需要进行一些准备工作，例如，预先根据规格书，确定pg风机的额定空载速度指令电压vsp_idl、额定满载速度指令电压vsp_full、低于占空比2％对应的速度指令电压vsp_0、占空比100％对应的速度指令电压vsp_100。而且，将pg风机控制装置接入220v的交流电源，这样经过开关电源模块可以产生稳定的vdc、vcc、vsp。对控制模块进行初始化，包括对驱动和控制电机所需的pwm、定时器timer、通用输入输出接口gpio、外部中断等模块进行初始化。
28.可理解的是，所述控制模块的算法流程大致包括：
29.(1)在所述光耦隔离模块的电机侧检测启动速度指令电压，根据空载速度指令电压和所述启动速度指令电压确定启动占空比；
30.可以预先在控制模块的程序中设定一个启动占空比的初始值，然后在电机侧检测对应的启动速度指令电压。
31.在具体实施时，(1)确定启动占空比的步骤可以具体包括：
32.s1、在所述光耦隔离模块的电机侧检测启动速度指令电压，将所述启动速度指令电压vsp_star与所述空载速度指令电压vsp_idl进行比较；
33.s2、若所述启动速度指令电压与所述空载速度指令电压的比值小于第一值，则增大启动占空比，确定增大后的启动占空比对应的启动速度指令电压，并返回s1；
34.例如，第一值取1.2，也就是说，如果启动速度指令电压vsp_star小于空载速度指令电压vsp_idl的1.2倍，说明此时启动速度指令电压vsp_star对应的启动占空比比较小，此时需要在初始值的基础上增大启动占空比，然后再返回s1中，继续检测启动速度指令电压，再进行比较。
35.s3、若所述启动速度指令电压与所述空载速度指令电压的比值大于第二值，则减小启动占空比，确定减少后的启动占空比对应的启动速度指令电压，并返回s1；
36.例如，第二值取1.5，也就是说，启动速度指令电压大于1.5倍的空载速度指令电压，说明此时启动速度指令电压vsp_star对应的启动占空比比较大，此时需要在初始值的基础上减少启动占空比，然后再返回到s1中，继续检测启动速度指令电压，再进行比较。
37.s4、若所述启动速度指令电压与所述空载速度指令电压的比值落在所述预设范围内，输出当前的启动占空比；其中，所述第一值小于所述第二值。
38.例如，启动速度指令电压与所述空载速度指令电压的比值落在[1.2，1.5]中，说明启动速度指令电压和空载速度指令电压是相当的，此时的启动占空比非常合适，不必进行调整，可以将此时的启动占空比作为后续步骤使用的启动占空比。
[0039]
当然，预设范围也可以[0.9，1.5]，此时第一值为0.9，第二值为1.5。
[0040]
(2)确定速度指令电压与占空比之间的比例系数；根据所述比例系数、所述启动速度指令电压、所述启动占空比、额定空载速度指令电压和额定满载速度指令电压，确定最小占空比和最大占空比；
[0041]
在具体实施时，所述控制模块可以具体用于：采用第一公式计算所述比例系数，所述第一公式包括：
[0042]
k＝(vsp_100
‑
vsp_0)/100
[0043]
式中，k为所述比例系数，vsp_0为占空比2％对应的速度指令电压，vsp_100为占空比100％对应的速度指令电压。
[0044]
在pg风机的规格书中提供了速度指令电压和pwm占空比之间的映射关系，从该映射关系中找到占空比2％对应的速度指令电压和占空比100％对应的速度指令电压，将这两个电压值输入到第一公式中，便可以得到比例系数。
[0045]
在具体实施时，确定最小占空比和最大占空比的过程可以包括：
[0046]
a1、根据预设最小比例值和额定空载速度指令电压，确定最小启动速度指令电压；根据所述比例系数、所述启动速度指令电压、所述启动占空比和所述最小启动速度指令电压，确定最小占空比；
[0047]
其中，所述控制模块可以具体用于：采用第二公式计算最小启动速度指令电压，所述第二公式包括：
[0048]
vsp_min＝kmin*vsp_idl
[0049]
式中，vsp_min为所述最小启动速度指令电压，kmin为所述预设最小比例值，kmin的取值范围为[0.6,1.0)，vsp_idl为所述额定空载速度指令电压。
[0050]
例如，将kmin选取0.7，此时vsp_idl为3.3v，经过计算vsp_min＝2.31v。可以根据空调能力的需求，从[0.6,1.0)中选取合适的kmin。
[0051]
在具体实施时，所述控制模块可以具体用于：采用第三公式计算所述最小占空比，所述第三公式包括：
[0052]
dmin＝d_star
‑
(vsp_star
‑
vsp_min)/k
[0053]
式中，dmin为所述最小占空比，d_star为所述启动占空比，vsp_star为所述启动速度指令电压，vsp_min为所述最小启动速度指令电压，k为所述比例系数。第三公式是由(vsp_star
‑
vsp_min)/(d_star
‑
dmin)＝k推导得来。
[0054]
a2、根据预设最大比例值和额定满载速度指令电压，确定最大启动速度指令电压；根据所述比例系数、额定满载速度指令电压和所述最大启动速度指令电压，确定最大占空比。
[0055]
其中，所述控制模块可以具体用于：采用第四公式计算所述最大启动速度指令电压，所述第四公式包括：
[0056]
vsp_max＝kmax*vsp_full
[0057]
式中，vsp_max为所述最大启动速度指令电压，kmax为所述预设最大比例值，kmax的取值范围为[0.75,1.0)，vsp_full为所述额定满载速度指令电压。
[0058]
例如，kmax为0.75，vsp_full为5.7，经过计算vsp_max＝4.275v。可以根据空调能力的需求，从[0.75,1.0)中选取合适的kmax。
[0059]
其中，所述控制模块具体可以用于：采用第五公式计算所述最大占空比，所述第五公式包括：
[0060]
dmax＝100
‑
(vsp_full
‑
vsp_max)/k
[0061]
式中，dmax为所述最大占空比，vsp_full为所述额定满载速度指令电压，vsp_max为所述最大启动速度指令电压，k为比例系数。上述第五公式是由(vsp_full
‑
vsp_max)/(100
‑
dmax)＝k推导得来。
[0062]
(3)在接收到所述主控板发送来的启动风机指令和对应的目标转速时，采用所述启动占空比控制所述pg风机启动，并使pg风机加速至所述目标转速；
[0063]
当主控板通过串口向pg风机控制装置发送启动风机指令和目标转速时，pg风机控制装置就会将启动占空比赋值给给控制模块中的pwm单元，pwm单元根据启动占空比输出对应的pwm方波至pg风机，从而使得pg风机启动，这样pg风机就会由静止逐渐转动起来，并逐渐加速至目标转速。
[0064]
(4)周期性获取所述pg风机的实际转速，根据所述实际转速、所述目标转速、所述最小占空比和所述最大占空比，对所述pg风机进行故障判断和转速控制。
[0065]
在pg风机加速过程中，pg风机控制装置可以周期性的获取pg风机的实际转速，然后判断pg风机是否发生故障，以及进行转速控制。所述控制模块具体可以用于：在所述pg风机启动的预设时长后，若所述pg风机的实际转速未达到所述最小占空比对应的转速，则所述pg风机出现故障；若所述实际转速和目标转速之间的差值超过阈值，则所述pg风机出现故障；若所述目标转速对应的占空比大于所述最大占空比，则将所述pg风机的转速限定在所述最大占空比对应的转速。
[0066]
例如，风机在启动5s后仍未达到最小占空比对应的转速，则说明pg风机出现故障。如果在较长时间后，实际转速和目标转速仍有较大差距，说明pg风机也出现故障。如果风机的目标转速超过了最大占空比对应的转速，则将pg风机的转速限定在最大占空比对应的转速，不再提速。
[0067]
在具体实施时，所述装置还可以包括：指示灯，所述控制模块还用于：在所述风机
出现故障时点亮所述指示灯。当然除了故障指示灯之外，还可以包括其它指示灯以对pg风机的其它状态进行指示。
[0068]
在具体实施时，所述控制模块中所述周期性获取所述pg风机的实际转速，具体可以包括：确定外中断输入信号是上升沿有效还是下降沿有效，若上升沿有效，则确定pg风机的空闲期电平为低电平，若下降沿有效，则确定pg风机的空闲期电平为高电平；在非空闲期内，根据外中断输入信号的输入端口在一个周期内接收到的反馈脉冲的数量，确定所述pg风机的实际转速。
[0069]
其中，外中断输入信号是pg风机输入给控制模块的fg管脚(feedback generater，即上述输入端口)的信号，这个信号可以用来计算pg风机的实际转速。外中断输入信号是上升沿有效还是下降沿有效是提前设定好的，如果外中断输入信号为上升沿有效，则pg风机在空闲期输入给控制模块的fg管脚的电平为低电平，在非空闲期，输入给控制模块的fg管脚的电平为高电平。如果外中断输入信号为下降沿有效，则pg风机在空闲期输入给控制模块的fg管脚的电平为高电平，在非空闲期，输入给控制模块的fg管脚的电平为低电平。
[0070]
例如，在非空闲期内，在一个周期内pg风机向控制模块输入了12个脉冲信号，也就是说，pg风机在这个周期内转动了12圈，从而得到pg风机的实际转速。
[0071]
可理解的是，如果上升沿有效，则空闲期必须为高电平，如果下降沿有效，则空闲期必须为低电平。如果不是这样，则需要检查并重新配置，以保证pg风机能输出至控制模块以正确的空闲电平。
[0072]
可见，通过本发明可以快速的确定启动占空比、最大占空比和最小占空比这三个重要参数，即在风机启动之前就可以确定这三个参数，在确定之后对风机的启动进行控制即可，既能使风机可以快速启动起来，又能避免在试验阶段因参数设定不慎而烧毁风机的发生。
[0073]
举例来说，针对某10p空调室外机，采用两个dc310v/100w、额定转速为850r/min的pg电机作为室外风机。将一个pg风机控制装置与室外机的主控板连接，并将该pg风机控制装置与两个pg室外风机连接。该pg风机控制装置中的开关电源模块为每一个pg室外风机提供所需的直流电压源：dc310v(即vdc)、dc15v(即vcc)和dc5v(即vsp)。该pg风机控制装置采用某24mhz主频的64pin、内带三个pwm模块的控制模块，该pg风机控制装置作为从机与100pin的主控板进行rs485通信(波特率设为1200bps，lsb，带1个偶校验位)。
[0074]
由电机规格书查到，其空载速度指令电压vsp_idl为3.3v，速度指令电压取值范围为0～6.5v，额定满载速度指令电压vsp_full为5.2v，参见图2a和图2b，低于2％占空比对应的vsp_0和100％占空比对应的vsp_100分别为1.8v和5.7v。
[0075]
具体根据以下具体步骤确定三个关键参数：
[0076]
1、初始化pg风机控制装置的pwm1、pwm2、timer1、timer2、外部中断int0、int1及gpio等模块；
[0077]
2、在程序中设定pwm1、pwm2各自的启动占空比的初始值为25％，对应启动速度sp_star为230(千分比)，外中断输入信号int0以下降沿有效，测得此时sp(speed pulse，速度脉冲)管脚输出的方波频率为3mhz，在空闲期外中断输入信号的管脚fg1、fg2的电平均为高电平；
[0078]
3、在光耦隔离模块的电机侧测得的启动速度指令电压vsp_star为“3.09v”，是空
载速度指令电压vsp_idl的0.94倍，两者大致相当，则不必改变vsp_star，即启动占空比的初始值就可以满足要求；
[0079]
4、根据pg风机的规格书提供的速度指令电压和pwm占空比(％)之间的正比例函数关系，计算出比例系数k：k＝(5.7
–
1.8)/(100
‑
0)＝0.039；
[0080]
5、根据10p空调能力需求，设定vsp_min＝0.7*3.3v＝2.31v，由dmin＝d_star
‑
(vsp_star
‑
vsp_min)/k，求得最小占空比d_min为“10”，将最小占空比d_min换算为程序所需千分比为单位的值，即“100”；
[0081]
6、根据10p空调能力需求，考虑到多种高低温环境下满载安全风速范围，设定vsp_max＝0.75*5.7＝4.275v，根据公式dmax＝100
‑
[0082]
(vsp_full
‑
vsp_max)/k，可以得到最大占空比d_max为“628”(单位为千分比)；
[0083]
7、当pg电机控制装置的控制模块通过串口接收到室外机的主控板发来的对两个风机的启动指令以及目标转速后，将启动占空比赋值给pwm1、pwm1，使两个pg风机逐渐转动起来，并加速到目标转速。
[0084]
在此加速过程中，控制模块会周期性地根据pg风机的反馈脉冲算出其实际风速，同时进行故障判断。若在启动达5s后，风机的实际转速未能达到最小占空比对应的转速sp_min，则判断为风机故障；若在较长时间后目标风速与实际风速的差值超过设定阈值，也判断为风机故障；若目标风速对应占空比超过最大占空比d_max，则将其限定为d_max，即将转速限定在最大占空比对应的转速。
[0085]
发明提供了一种空调pg电机控制装置，独立于室外或室内机主控板之外，可以用于对多个pg风机的驱动控制。同时，在启动电机之前，就可以确定出对应的关键控制参数，可以避免因参数设定不当而造成烧机损失，且具有对不同型号的电机在风机驱动能力上的兼容灵活性，可有效缩短开发周期，提高研发效率。
[0086]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
[0087]
本领域技术人员应该可以意识到，在上述一个或多个示例中，本发明所描述的功能可以用硬件、软件、挂件或它们的任意组合来实现。当使用软件实现时，可以将这些功能存储在计算机可读介质中或者作为计算机可读介质上的一个或多个指令或代码进行传输。
[0088]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。