专利名称：一种直流变频冰箱驱动模块的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及变频冰箱，尤其涉及一种用于变频冰箱压縮机电机的直流 变频冰箱驱动模块。
背景技术：
现有的冰箱压縮机一般为定速压縮机，即把交流220V输入压縮机线圈，频率 为50HZ。压縮机在以略低于3000RPM的转速运转，因此冰箱系统的冷量控制粗 糙，温度波动大，造成能源的浪费。另外，由于异步电机在转子中感应电流，因此 转子上有铜损、铁损、涡流损等损耗，冰箱效率低。
直流无刷电机的出现，为以上问题提供了可能。直流无刷电机作为变频冰箱压 縮机电机，其转子为永磁体，没有感应电流，因此电机损耗小；然而只有通过针对 此种压縮机电机的驱动模块的控制，直流无刷电机才可在很宽的转速范围内实现较 为精确的转速控制。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种集成度高，低成本、可靠稳 定的直流变频冰箱驱动模块，用以针对变频冰箱压縮机电机为直流无刷电机时 的控制需要，另外本实用新型还具有电流保护、温度保护、过欠电压保护等功 能。
本实用新型所述的一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压縮 机电机，其特征在于它包括逆变单元、位置检测单元和检测控制单元，其中
逆变单元，包括六个IGBT (Insulated-gate bipolar transistor,绝缘栅双极晶 体管)，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压縮机电机的三相 绕组供电；
位置检测单元，用于接收所述压縮机电机的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；
检测控制单元，分别与所述的逆变单元、位置检测单元连接，用于接收从 所述位置检测单元输出的三相相位信号，并以转速为界，检测所述压縮机电机 的三相反电动势过零点；同时该检测控制单元包括设置在该检测控制单元内部 的电压比较器、电流运放器、与该电流运放器连接的电流比较器以及寄存器， 一方面用于向所述逆变单元输出驱动信号，控制所述六个IGBT的通断；另一 方面通过所述的电流运放器将从所述逆变单元接收到的直流母线电流测量信 号放大，并输送到所述电流比较器，用于与设定的电流保护值比较，实现所述 压縮机电机的电流保护功能。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，分别在所述逆变单元的第十一引脚、 第十五引脚、第十九引脚上连接一二极管，以及分别与所述的每个二极管连接 的电阻，且在所述的每个电阻的另一端连接同一电源；同时，分别在所述的第 十一引脚和第十二引脚之间、第十五引脚和第十六引脚之间、第十九引脚和第 二十引脚之间连接一电容，且所述的第十二引脚、第十六引脚、第二十引脚分 别与第二十四引脚、第二十五引脚、第二十六引脚连接。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，所述逆变单元的第二十一引脚、第二 十二引脚、第二十三引脚共同与参考零电位之间连接一电阻，用于采样电流测 量信号，并将该电流测量信号输送到第八引脚。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，所述压縮机电机的三相反电动势电压 各相通过所述位置检测单元的接口分别与一电阻的一端连接，所述的每个电阻 的另一端分别与参考零电位间反向接入一二极管；且所述的每相相位信号输出 端分别与所述检测控制单元的第二十一引脚、第二十三引脚、第二十八引脚之 间连接一个电阻。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，在所述检测控制单元的第十四引脚和 第十五引脚之间、第十四引脚和参考零电位之间分别连接一电阻，用于确定所 述内部电流运放器的放大倍数。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，通过所述检测控制单元的第二十四引 脚输入方波信号作为所述压縮机电机的转速，第二十二引脚用于输出一 PWM 脉冲(Pulse-width modulation,脉宽调制脉冲)，且该第二十二引脚与一电阻以及与该电阻串联连接的电容连接，用于对所述PWM脉冲进行滤波，且该电 容的另一端与参考零电位连接，并向第十六引脚输送所述电阻与电容之间的电 位信号，用于决定所述的电流保护值。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，在所述逆变单元的第七引脚和参考零 电位间连接一电容。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，所述逆变单元的第六引脚与所述检测 控制单元的第四引脚连接，当所述第六引脚输出低电平脉冲信号时，触发所述 检测控制单元中断，中断服务程序做相应处理。
在上述的直流变频冰箱驱动模块中，所述的逆变单元的第二十七引脚与直 流母线电压连接；第一引脚、第十引脚、第十四引脚、第十八引脚分别与一电 源连接。
由于采用了上述的技术解决方案，本实用新型为变频冰箱提供了一种高 效、低成本、高集成度的驱动模块，利用该驱动模块，可以可靠检测到过零位 信号，实现变频冰箱压縮机电机的较精确的转速控制(误差小于3%)，以及 实现宽电压范围(170V-250V)，宽调速范围(1200RPM-4500RPM)的可靠驱 动，并提供电流保护、过欠电压保护、防抖动、强制切换等功能。
图1是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块的最佳实施例框图； 图2是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块中逆变单元的最佳实施例示 意图3是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块中位置检测单元的最佳实施 例示意图4是本实用新型一种直流变频冰箱驱动模块检测控制单元的最佳实施例 示意图。
具体实施方式
请参阅图l，并结合图2.、图3、图4所示，本实用新型，即一种直流变频冰 箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压縮机电机4，包括逆变单元l、位置检测单元 2和检测控制单元3，其中逆变单元1，包括六个IGBT (图中未示)，用于将输入的直流电压转换成交 流电压，向压縮机电机4三相绕组供电；
位置检测单元2，用于接收压縮机电机4的三相反电动势，输出用于过零检测 的三相相位信号；
检测控制单元3，分别与逆变单元l、位置检测单元2连接，用于接收从位置 检测单元2输出的三相相位信号，并以转速为界，检测压縮机电机4的三相反电动 势过零点；同时检测控制单元3包括设置在其内部的电压比较器31、电流运放器 32、与电流运放器32连接的电流比较器33以及寄存器34， 一方面用于向逆变单 元l输出驱动信号，控制所述六个IGBT的通断；另一方面通过电流运放器32将 从逆变单元1接收到的直流母线电流测量信号放大，并输送到电流比较器33，用 于与设定的电流保护值比较，实现压縮机电机4的电流保护功能。
逆变单元l可以采用飞兆公司的IPM模块FCBS0550，其中
在第一引脚Vcc(L)上连接15V电源，为逆变单元1提供工作电源，第二引 脚COM为参考零电位；
第i~一引脚Vb (U)、第十五引脚Vb(V)、第十九引脚Vb(W)分别与二极 管D6、 二极管D5、 二极管D4的阴极连接，以保证电流的单向流动，二极管 D6、 二极管D5、 二极管D4的阳极分别与限流用电阻R49、电阻R50、电阻 R51连接，且在电阻R49、电阻R50、电阻R51的另一端连接同一 15V电源， 为分别连接在第H~ —引脚Vb(U)和第十二引脚Vs(U)之间、第十五引脚Vb(V) 和第十六引脚Vs(V)之间、第十九引脚Vb(W)和第二十引脚Vs(W)之间的自举 电容E4、自举电容E3、自举电容E2充电，且第十二引脚Vs(U)、第十六Vs(V)、 第二十Vs(W)分别与第二十四引脚U、第二十五引脚V、第二十六引脚W连接， 以保证上桥臂门极驱动电平为有效电平时，门极电位高于上桥臂IGBT删极电 位15V，使得IGBT顺利导通；
第二十七引脚P与直流母线电压HV连接，通过分别与压縮机电机4的三相端 线连接的第二十四引脚U、第二十五引脚V、第二十六引脚W，将直流母线电压 HV输出到压縮机电机4的三相绕组上；第十引脚Vcc(UH)、第十四引脚Vcc(VH)、 第十八引脚Vcc(丽)分别与一 15V电源连接；在下桥臂IGBT的栅极，即第二十一引脚NU、第二十二引脚NV、第二十三 引脚NW共同与参考零电位之间连接电阻R226，用于采样电流测量信号，测量母 线电流值I—sence,并将该电流测量信号输送到第八引脚Csc供逆变单元1电流保 护用；
在第七引脚Cfod和参考零电位间连接电容C9，当发生电流保护时，从第六引 脚Vfo上输出低电平脉冲FAULT信号，该脉冲的脉宽由电容C9的电容值决定； 且第六引脚Vfo与检测控制单元3的第四引脚ii^连接，当第六引脚Vfo输出低 电平脉冲信号时，触发检测控制单元3中断，中断服务程序做相应处理。
在位置检测单元2中，压縮机电机4的三相反电动势U， 、 V， 、 W，通过接 口 CN201分别与限流用电阻R222、电阻R221、电阻R219的一端连接，电阻R222、 电阻R221、电阻R219的另一端分别输出用于过零检测的三相相位信号U_PhaSe、 V_Phase、 W_Phase，并分别与参考零电位间反向接入二极管D301 、 二极管D302、 二极管D303，起钳位作用，以保护检测控制单元3，且分别在每相相位信号输出 端分别与检测控制单元3的第二十一引脚PD0、第二十三引脚PD2、第二十八引 脚PD7之间连接电阻R104、电阻R105、电阻106，用于反电动势分压。
检测控制单元3可采用ST专用的电机控制MCU (单片机)ST7MC1K2TC (IC1)，其中
第三十引脚MCOO、第三十一引脚MCOl、第三十二引脚MC02、第一引脚 MC03、第二引脚MC04、第三引脚MC05分别将六路驱动信号HSIC3、 HSIC5、 HSIC8、 LSIC3、 LSIC5、 LSIC8输送到逆变单元1的第九引脚IN(UH)、第十三引 脚IN(VH)、第十七引脚IN(WH)、第三引脚N(UL)、第四引脚IN(VL)、第五引脚 IN(WL)上，以控制逆变单元1内六个IGBT的通断； 一
第十引脚MCIA、第十一引脚MCIB、第十二引脚MCIC分别接收位置检测单 元2输出的三相相位信号LLPhase、 V一Phase、 W_Phase，采用下述两种过零检测 方案检测
当压縮机电机4转速在2400RPM以下时，采用以OV电压作为过零点的基准， 通过电压比较器31与该基准相比较，测压縮机电机4的三相反电动势U' 、 V'、 W'过零点；检测控制单元3在PWM一OFF，即脉宽调制脉冲的低电平期间检测电 压比较器31输出电平，电平由低变高或由高变低时为三相反电动势过零时机，以过零时机以及当前压縮机电机4转速为依据确定换相时机;通过设置检测控制单元 3的寄存器34调整过零点基准，对换相角度进行硬件补偿，以达到最佳驱动效果;
此时设置第二十一引脚PDO、第二十三引脚PD2、第二十八引脚PD7之间为输入 浮空，使得电阻R104、电阻R105、电阻R106对三相反电动势U， 、 V， 、 W， 没有影响；
当压縮机电机4转速在2400RPM以上时，采用以1/2直流母线电压HV作为 过零点的基准，通过电压比较器31与该基准相比较;检测控制单元3在PWM—0N， 即脉宽调制脉冲的高电平期间检测电压比较器31输出电平；通过检测控制单元3 设置第二H^—引脚PDO、第二十三引脚PD2、第二十八引脚PD7为输出低电平， 使得电阻R104和电阻R223串联、电阻R105和电阻R221串联、电阻R106和电 阻R219串联，分别对三相反电动势U， 、 V， 、 W'分压，使输出的三相相位信 号U—Phase、 V_Phase、 W_Phase为分压后的电压信号，再输入到电压比较器31， 与1/2直流母线电压HV比较，确定过零点。
检测控制单元3的第十三引脚OAP接收从逆变单元1的第八引脚Csc上 输出的直流母线电流测量信号I一sense，并输入到电流运放器32进行放大，且 在第十四引脚OAN和第十五引脚OAZ之间连接电阻R307、第十四引脚OAN 和参考零电位之间连接电阻R306，电阻R307、电阻R306用于确定该电流运 放器32的放大倍数；电流运放器32将放大后的电流测量信号输送到电流比较 器33的一个输入端，另一个输入端则由第十六引脚MCCREF上的电压决定；
通过检测控制单元3的第二十四引脚PD3输入方波信号作为压縮机电机4 的转速，第二十二引脚MCPWMV用于输出一PWM脉冲(其频率及占空比由 检测控制单元3设定)，且第二十二引脚MCPWMV与电阻R315以及与电阻 R315串联连接的电容C302连接，用于对该PWM脉冲进行滤波，且电容C302 的另一端与参考零电位连接，电阻R315的另一端与第二十二引脚MCPWMV 连接；在电阻R315与电容C302之间的电位为直流电，该直流电平输入到第十 六引脚MCCREF，其电压大小用于决定设定的电流保护值；当压縮机电机4直 流母线电流测量信号I—sense大于设定的电流保护值时，复位六路PWM输出， 结合位置检测单元2，在低转速下可采用电压模式限流，即压縮机电机4的直 流母线电流为设定的电流保护值，保证了很高的启动成功率；在高转速下可采用单一的调制方式，即在PWMJDN期间检测过零点，而不是在PWM一OFF检 测过零点而改变调制方式，避免因调制方式改变引起的振动噪音问题。
综上所述，本实用新型可以可靠检测到过零位信号，实现变频冰箱压縮机电机 的较精确的转速控制(误差小于3%)，以及实现宽电压范围(170V-250V)，宽调速 范围(1200RPM-4500RPM)的可靠驱动，并提供电流保护、过欠电压保护、防抖动、 强制切换等功能。本实用新型应用在直流变频冰箱压縮机电机上，其最大输出功率 为175W。经冷量试验、噪音测试及短寿命试验，在恶劣工况下，冰箱压縮机电机 可长时间连续低速(1400RPM)、高速(4500RPM)、高低速(1400RPM到4500RPM) 往返运行1000小时，无故障，且振动噪音和能效均达到国标要求，从而有效解决 定速冰箱存在的问题，可以实现提高效率、快速冷冻、食品保鲜等目标。
以上结合附图实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域中普通技术人 员可根据上述说明对本实用新型做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节 不应构成对本实用新型的限定，本实用新型将以所附权利要求书界定的范围作 为本实用新型的保护范围。
权利要求1. 一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机，其特征在于它包括逆变单元、位置检测单元和检测控制单元，其中逆变单元，包括六个IGBT，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压缩机电机的三相绕组供电；位置检测单元，用于接收所述压缩机电机的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；检测控制单元，分别与所述的逆变单元、位置检测单元连接，用于接收从所述位置检测单元输出的三相相位信号，并以转速为界，检测所述压缩机电机的三相反电动势过零点；同时该检测控制单元包括设置在该检测控制单元内部的电压比较器、电流运放器、与该电流运放器连接的电流比较器以及寄存器，一方面用于向所述逆变单元输出驱动信号，控制所述六个IGBT的通断；另一方面通过所述的电流运放器将从所述逆变单元接收到的直流母线电流测量信号放大，并输送到所述电流比较器，用于与设定的电流保护值比较，实现所述压缩机电机的电流保护功能。
2. 根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于分别在 所述逆变单元的第十一引脚(Vb(U))、第十五引脚(Vb(V))、第十九引脚(Vb(W))上连接一二极管(D6、 D5、 D4)，以及分别与所述的每个二极管连 接的电阻(R49、 R50、 R51)，且在所述的每个电阻的另一端连接同一电源； 同时，分别在所述的第十一引脚和第十二引脚(Vs(U))之间、第十五引脚和 第十六引脚(Vs(V))之间、第十九引脚和第二十引脚(Vs(W))之间连接一电 容(E4、 E3、 E2)，且所述的第十二引脚、第十六引脚、第二十引脚分别与第 二十四引脚(U)、第二十五引脚(V)、第二十六引脚(W)连接。
3. 根据权利要求1或2所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于所述 逆变单元的第二十一引脚(NU)、第二十二引脚(NV)、第二十三引脚(NW) 共同与参考零电位之间连接一电阻(R226)，用于采样电流测量信号，并将该 电流测量信号输送到第八引脚(Csc)。
4. 根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于所述压縮机电机的三相反电动势各相(u，、 v，、 w，)通过所述位置检测单元的接口分别与一电阻(R223、 R221、 R219)的一端连接，所述的每个电阻的另一端分别 与参考零电位间反向接入一二极管(D301、 D302、 D303);且所述的每相相 位信号输出端分别与所述检测控制单元的第二十一引脚(PDO)、第二十三引 脚(PD2)、第二十八引脚(PD7)之间连接一个电阻(R104、 R105、 106)。
5. 根据权利要求1所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于在所述 检测控制单元的第十四引脚(OAN)和第十五引脚(OAZ)之间、第十四引脚(OAN)和参考零电位之间分别连接一电阻(R307、 R306)，用于确定所述内 部电流运放器的放大倍数。
6. 根据权利要求1或5所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于通 过所述检测控制单元的第二十四引脚(PD3)输入方波信号作为所述压縮机电 机的转速，第二十二引脚(MCPWMV)用于输出一PWM脉冲，且该第二十二 引脚与一电阻(R315)以及与该电阻串联连接的电容(C302)连接，用于对所 述PWM脉冲进行滤波，且该电容的另一端与参考零电位连接，并佝第十六引 脚(MCCREF)输送所述电阻与电容之间的电位信号，用于决定所述的电流保 护值。
7. 根据权利要求1或2所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于在 所述逆变单元的第七引脚(Cfod)和参考零电位间连接一电容(C9)。
8. 根据权利要求1或2或5所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于 所述逆变单元的第六引脚(Vfo)与所述检测控制单元的第四引脚(ii^)连 接，当所述第六引脚输出低电平脉冲信号时，触发所述检测控制单元中断，中 断服务程序做相应处理。
9. 根据权利要求1或2所述的直流变频冰箱驱动模块，其特征在于所述 的逆变单元的第二十七引脚(P)与直流母线电压连接；第一引脚(Vcc(L))、 第十引脚(Vcc(UH))、第十四引脚(Vcc(VH))、第十八引脚(Vcc(WH))分 别与一电源连接。
专利摘要本实用新型涉及一种直流变频冰箱驱动模块，用于驱动变频冰箱的压缩机电机，包括逆变单元、位置检测单元和检测控制单元，其中逆变单元，包括六个IGBT，用于将输入的直流电压转换成交流电压，向所述的压缩机电机的三相绕组供电；位置检测单元，用于接收所述压缩机电机的三相反电动势，输出用于过零检测的三相相位信号；检测控制单元，分别与所述的逆变单元、位置检测单元连接。本实用新型旨在提供一种集成度高，低成本、可靠稳定的直流变频冰箱驱动模块，用以针对变频冰箱压缩机电机为直流无刷电机时控制的需要，另外本实用新型还具有电流保护、温度保护、过欠电压保护等功能。
文档编号H02P6/18GK201256377SQ20082015004
公开日2009年6月10日 申请日期2008年6月26日 优先权日2008年6月26日
发明者何丽华, 浩 殷 申请人:上海日立电器有限公司