电机驱动装置以及使用该电机驱动装置的冰箱的制作方法

文档序号:7353047阅读:148来源:国知局
电机驱动装置以及使用该电机驱动装置的冰箱的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种电机驱动装置和使用所述电机驱动装置的冰箱。所述冰箱可包括压缩机、电机、驱动单元、温度感测单元和控制单元,所述温度感测单元感测储藏室的温度和外部温度,所述控制单元基于温度感测单元的感测结果来选择驱动单元的驱动模式,并根据所选择的驱动模式控制驱动单元驱动电机。在普通操作模式下,控制单元控制驱动单元以120度导通方法驱动电机,在省电操作模式下,控制单元控制驱动单元以90度导通方法驱动电机。冰箱通过转换电机的导通方法而增大了驱动电流的脉冲宽度,以在冰箱的省电操作期间以低速驱动电机。
【专利说明】电机驱动装置以及使用该电机驱动装置的冰箱
【技术领域】
[0001]实施例涉及一种实现冰箱的省电操作的无刷直流(BLDC)电机驱动装置以及使用该无刷直流电机驱动装置的冰箱。
【背景技术】
[0002]通常,无刷直流(BLDC)电机使用包括开关元件的逆变器电路而不是诸如电刷和换向器的机械元件,其特点在于不需要由于电刷的磨损而导致的电刷更换且电磁干扰和噪声最小。
[0003]这样的BLDC电机已被广泛地用于要求高频和变速操作的产品,诸如,用于冰箱和空调的压缩机以及洗衣机。
[0004]为了使BLDC电机运转,需要将定子的磁通控制成与从转子产生的永磁体的磁通成直角或任意的角度。为了实现该目的,始终检测转子的位置,并确定逆变器的开关元件的开关状态,从而根据转子的位置来确定定子的磁通产生位置。这里,为了检测转子的位置,可使用解算器、绝对式编码器或霍尔传感器。在用于冰箱和空调的压缩机的情况下,由于诸如温度和压力的环境因素,导致难以使用传感器,因此主要使用从施加到电机的电压或电流来检测转子位置的无传感器(sensorless)方式。通常,无传感器式BLDC电机使用通过位置检测电路检测的电机的反电动势(back-EMF)来检测转子的位置。
[0005]为了控制BLDC电机的转速,通常使用脉冲宽度调制(PWM)方法。即,通过输入脉冲宽度被调制的驱动电流来调节施加到电机的驱动电流,并通过被调节的驱动电流来控制BLDC电机的转速。
[0006]为了降低能耗,要求在用于冰箱或空调的压缩机中使用的电机以低速旋转的低速运转,并且为了实现这样的低速运转,需要减小脉冲的占空比。
[0007]如果被施加到BLDC电机的驱动电流的脉冲占空比非常小,则可能难以检测转子的位置。

【发明内容】

[0008]在一个或更多个实施例的一方面,提供了一种在BLDC电机的低速运转期间增大驱动电流的脉冲占空比的BLDC电机驱动装置和方法。
[0009]在一个或更多个实施例的一方面,提供了一种冰箱,所述冰箱包括:压缩机;电机,向压缩机提供旋转力;驱动单元,驱动电机;温度感测单元,感测储藏室的温度和外部温度;控制单元,基于温度感测单元的感测结果来选择驱动单元的驱动模式,并根据选择的驱动模式来控制驱动单元驱动电机,其中,在普通操作模式下,控制单元控制驱动单元以120度导通方法驱动电机,在省电操作模式下,控制单元控制驱动单元以90度导通方法驱动电机。
[0010]电机可以是无刷直流(BLDC)电机,所述冰箱还可包括感测BLDC电机的转子位置的位置感测单元,所述位置感测单元可检测从BLDC电机的线圈产生的反电动势。[0011]控制单元可包括:模式选择器,基于温度感测单元的感测结果来选择驱动单元的驱动模式;转速控制器,基于位置感测单元的输出来计算BLDC电机的转速,并基于计算的BLDC电机的转速来产生控制BLDC电机的转速的转速控制信号;驱动信号发生器,基于模式选择器的输出和转速控制器的输出来产生控制驱动单元的驱动信号;脉冲宽度调制器,调制驱动信号发生器的输出的脉冲宽度。
[0012]转速控制器可基于位置感测单元的感测结果来计算过零点,可基于计算的过零点来计算BLDC电机的转子位置,并可基于计算的转子位置来计算BLDC电机的转速。
[0013]位置感测单元可包括设置在BLDC电机的输入端和地之间的分压器,并可将分压器的输出提供给控制单元。
[0014]驱动单元可包括:整流电路,对外部电进行整流;平滑电路,使被整流电路整流的DC电平滑;驱动电路,基于控制单元的输出来产生BLDC电机的驱动电流。
[0015]在一个或更多个实施例的一方面,提供了一种电机驱动装置,所述电机驱动装置包括:驱动单元,驱动电机;控制单元,根据外部信号选择驱动单元的驱动模式,并根据选择的驱动模式控制驱动单元驱动电机,其中,在普通操作模式下,控制单元控制驱动单元以120度导通方法驱动电机,在省电操作模式下,控制单元控制驱动单元以90度导通方法驱动电机。
[0016]电机可以是BLDC电机,电机驱动装置还可包括感测BLDC电机的转子位置的位置感测单元,所述位置感测单元可检测从BLDC电机的线圈产生的反电动势。
[0017]控制单元可包括:模式选择器,根据外部信号来选择驱动单元的驱动模式;转速控制器,基于位置感测单元的输出来计算BLDC电机的转速,并基于计算的BLDC电机的转速来产生控制BLDC电机的转速的转速控制信号;驱动信号发生器,基于模式选择器的输出和转速控制器的输出来产生控制驱动单元的驱动信号;脉冲宽度调制器,调制驱动信号发生器的输出的脉冲宽度。
[0018]转速控制器可基于位置感测单元的感测结果来计算过零点,可基于计算的过零点来计算BLDC电机的转子的位置,并可基于计算的转子位置来计算BLDC电机的转速。
[0019]位置感测单元可包括设置在BLDC电机的输入端和地之间的分压器,并可将分压器的输出提供给控制单元。
[0020]驱动单元可包括:整流电路,对外部电进行整流;平滑电路,使被整流电路整流的直流电平滑;驱动电路,基于控制单元的输出来产生BLDC电机的驱动电流。
【专利附图】

【附图说明】
[0021]通过下面结合附图对实施例进行的描述,这些和/或其他方面将会变得明显并更易于理解,在附图中:
[0022]图1是简明地示出了根据实施例的冰箱的正视图;
[0023]图2是简明地示出了根据实施例的三相BLDC电机的结构的截面图;
[0024]图3是示出了从根据实施例的三相BLDC电机的每个线圈产生的反电动势的示图;
[0025]图4A和图4B是示出了根据实施例的从每个线圈产生的反电动势以及在三相BLDC电机的每个线圈中流动的电流的示图;[0026]图5是示出了根据实施例的冰箱的控制流程的框图;
[0027]图6是示出了根据实施例的驱动压缩机的压缩机电机驱动装置的控制流程的框图;
[0028]图7是简明地示出了根据实施例的压缩机驱动单元和位置感测单元的电路图;
[0029]图8是示出了根据实施例的控制单元控制压缩机的控制流程的框图;
[0030]图9是示出了根据实施例的控制单元的脉冲宽度调制器的框图;
[0031]图10是示出了根据实施例的控制单元的脉冲宽度调制器的输出的示图;
[0032]图11是示出了在根据实施例的冰箱处于普通操作模式的情况下驱动压缩机电机的驱动信号和驱动电流的流动的示图;
[0033]图12是示出了在根据实施例的冰箱处于省电操作模式的情况下驱动压缩机电机的驱动信号和驱动电流的流动的示图;
[0034]图13是示出了在根据实施例的冰箱处于省电操作模式的情况下压缩机电机的效率以及传统冰箱的压缩机电机的效率的示图。
【具体实施方式】
[0035]现在对实施例进行详细的描述,其示例被示出在附图中,其中,相同的标号始终指示相同的元件。
[0036]图1是简明地示出了根据实施例的冰箱100的正视图。
[0037]参照图1,根据实施例的冰箱100包括:主体110,形成冰箱100的外观;储藏室121和122,储藏物品;冷却装置161、171、181、182、191和192,对储藏室121和122进行冷却;温度感测单元(温度传感器)141,142和143,感测储藏室121和122的温度。
[0038]储藏室121和122以及管(未示出)被设置在主体110中,储藏室121和122储藏物品,所述管设置有将稍后描述的蒸发器191和192,被蒸发器191和192冷却的空气在管(未示出)与储藏室121和122之间流动所经过的孔(未示出)设置在主体110的设置有储藏室121和122的壁表面上。
[0039]储藏室121和122包括:冷冻室121,在冷冻状态下储藏物品;冷藏室122,通过隔板被并排地划分,在冷藏状态下储藏物品,冷冻室121的前表面和冷藏室122的前表面敞开。
[0040]冷冻室121和冷藏室122通过各自的门132和131被打开和关闭。将稍后描述的输入单元111和显示单元112可设置在冰箱100的门131和132上。
[0041]感测储藏室121和122的温度的温度感测单元141和142设置在储藏室121和122中,并包括感测冷冻室121的温度的第一温度感测单元141和感测冷藏室122的温度的第二温度感测单元142。温度感测单元141、142和143还可包括设置在冰箱100的外部并感测冰箱100的外部温度的外部温度感测单元143 (见图5)。
[0042]温度感测单元141、142和143可采用其电阻根据温度而变化的热敏电阻。
[0043]冷却风扇151和152使得通过设置在管(未示出)中的蒸发器191和192而被冷却的空气流动到储藏室121和122中。
[0044]冷却装置161、171、181、182、191和192包括:冷凝器171,使处于汽相的制冷剂冷凝;膨胀阀181和182,使处于液相的冷凝了的制冷剂减压;蒸发器191和192,使处于液相的减压了的制冷剂蒸发;压缩机161,压缩处于汽相的蒸发了的制冷剂。在蒸发器191和192中,制冷剂从液相转换成汽相,在这样的过程中,制冷剂吸收潜热,因此,对蒸发器191和192以及蒸发器191和192周围的空气进行冷却。
[0045]冷凝器171可安装在被设置在主体110的下部的机械室(未示出)中,或者可被安装在主体110的外部,即,安装在冰箱100的后表面上。处于汽相的制冷剂通过冷凝器171被冷凝成液相。在这样的冷凝过程中,制冷剂释放潜热。
[0046]如果冷凝器171安装在被设置在主体110的下部的机械室中,则冷凝器171会被从制冷剂释放的潜热加热,因此,可设置用于冷却冷凝器171的散热风扇(未示出)。
[0047]通过膨胀阀181和182使被冷凝器171冷凝的处于液相的制冷剂的压力降低。即,膨胀阀181和182将处于高压和液相的制冷剂减压至制冷剂可通过节流而蒸发所需的压力。节流指的是这样一种现象:当流体流经诸如喷嘴或孔的窄通道时,即使在不与外界进行热交换的情况下流体的压力也会降低。
[0048]此外,膨胀阀181和182调节制冷剂的量而使得制冷剂可从蒸发器191和192吸收足够的热能。具体地,如果电子膨胀阀用作膨胀阀181和182,则在将稍后描述的控制单元(控制器)210的控制下通过驱动单元(驱动器)220来调节膨胀阀181和182的打开/关闭以及打开程度。
[0049]如上所述,蒸发器191和192设置在主体110的内部空间中的管(未示出)中,并使通过膨胀阀181和182而减压的处于低压和液相的制冷剂蒸发。
[0050]在这样的蒸发过程中,制冷剂从蒸发器191和192吸收潜热,且释放热能的蒸发器191和192冷却了蒸发器191和192周围的空气。
[0051]通过蒸发器191和192而蒸发的处于低压和汽相的制冷剂回到压缩机161,从而重复制冷循环。
[0052]压缩机161安装在被设置在主体110的下部的机械室(未示出)中,使用电机的旋转力来压缩通过蒸发器191和192而蒸发的处于低压和汽相的制冷剂,并在高压下将被压缩的制冷剂传输至冷凝器171。由于从压缩机161产生的压力而使得制冷剂沿冷凝器171、膨胀阀181和182以及蒸发器191和192循环。
[0053]根据实施例的冰箱100的压缩机161采用三相无刷直流(BLDC)电机。然而,实施例并不限于此,压缩机161可采用感应式AC伺服电机或同步式AC伺服电机。
[0054]由三相BLDC电机产生的旋转力通过压缩机161的活塞被转换成平移力,且活塞通过平移力将从蒸发器191和192提供的处于低压和汽相的制冷剂压缩到高压状态。
[0055]另外,由三相BLDC电机产生的旋转力可被传递至连接到三相BLDC电机的转子的旋转叶片,处于低压和汽相的制冷剂可通过旋转叶片和压缩机161的机壳之间的粘滑(stick-slip)而被压缩。
[0056]以下,将参照图2描述采用三相BLDC电机的压缩机161的电机,其中,图2简明地示出了根据实施例的三相BLDC电机的结构。
[0057]如图2所示,三相BLDC电机使用线圈作为定子,使用永磁体作为转子,并且在不利用电刷来改变在线圈中流动的电流的情况下,通过诸如逆变器的开关电路来改变在定子中流动的电流,以使转子持续旋转。
[0058]此外,三个线圈的指定端连接到C0M,且线圈的其他端形成三相BLDC电机的输入端 In1、In2 和 In3。
[0059]具体地,如果电流从三相BLDC电机的输入端Inl流向输入端In3,同时转子沿顺时针方向旋转,则基于安培右手螺旋法则,线圈Lla的位于定子内部的一侧变成南极S,且线圈L3b的位于定子内部的一侧变成南极S。因而,线圈L3b的南极S吸引用作转子的永磁体的北极N,因此,用作转子的永磁体可沿顺时针方向旋转。
[0060]此后,如果电流从三相BLDC电机的输入端In2流向输入端In3,则线圈L2a的位于定子内部的一侧变成南极S,且线圈L3b的位于定子内部的一侧变成南极S。因而,线圈L2a的南极S吸引用作转子的永磁体的北极N,因此,用作转子的永磁体可沿顺时针方向持续旋转。
[0061]BLDC电机可按照上述方式改变流至用作定子的线圈的电流,并因此使用作转子的永磁体持续旋转。
[0062]为了使BLDC电机持续旋转,如上所述,需要根据转子的位置适当地改变在用作定子的线圈中流动的电流。为了实现该目的,使用霍尔传感器或编码器来感测转子的位置。
[0063]然而,在高温和高压环境下,诸如在冰箱100的压缩机161中,可能难以安装霍尔传感器。因此,在不使用霍尔传感器的情况下,通过测量由于用作转子的永磁体的旋转而产生的反电动势来检测转子的位置。
[0064]以下,将参照图3、图4A和图4B描述在根据实施例的三相BLDC电机的每个线圈中流动的电流,其中,图3示出了从根据实施例的三相BLDC电机的每个线圈产生的反电动势,图4A和图4B示出了根据实施例的从每个线圈产生的反电动势以及在三相BLDC电机的每个线圈中流动的电流。
[0065]使用反电动势的过零点作为在不使用霍尔传感器的情况下通过测量反电动势来测量转子位置的代表性方法。
[0066]如果永磁体的北极N经过线圈Lla,则当永磁体的北极N靠近线圈Lla时,基于楞次定律线圈Lla的反电动势会增大。即,当永磁体的北极N最靠近线圈Lla时,线圈Lla的反电动势变得最大,并且当永磁体的北极N变得远离线圈Lla时,线圈Lla的反电动势减小。
[0067]因为用作转子的永磁体是具有N极和S极的偶极子并旋转,所以随着永磁体的N极变得远离线圈,永磁体的S极变得靠近线圈。当永磁体的S极靠近线圈Lla时,线圈Lla的反电动势进一步减小,并因此经过“O”而到达负值。
[0068]因此,线圈LI的反电动势根据用作转子的永磁体的旋转而变化。
[0069]参照图3,当转子的旋转角度变成90度时以及当转子的旋转角度变成270度时,产生线圈LI过零,S卩,线圈LI的反电动势根据用作转子的永磁体的旋转而变成“0”,当转子的旋转角度变成30度时以及当转子的旋转角度变成210度时,产生线圈L2过零,当转子的旋转角度变成150度时以及当转子的旋转角度变成330度时,产生线圈L3过零。
[0070]当在每个线圈中流动的电流和通过转子的旋转产生的反电动势具有相同的相位时,产生最大的磁力矩。即,如图4A所示,如果当每个线圈的反电动势不变时在线圈LI中流动的电流I1、在线圈L2中流动的电流12以及在线圈L3中流动的电流13流动,则BLDC电机的磁力矩变得最大。图4B简明地示出了电流在每个线圈中流动的方向。具体地,在图4B中,数字1-6及其对应的箭头表示在转子每旋转一圈期间,在定子的线圈中流动的电流改变的顺序以及电流在线圈中流动的方向。
[0071]参照图4A,当电流在线圈中流动时,如果在每个线圈的反电动势变成“O”之后转子进一步旋转30度的角度,则BLDC电机的磁力矩可变得最大。即,如果在产生反电动势过零之后转子进一步旋转30度的角度,则可通过变换驱动电路的相位来获得最大的磁力矩。
[0072]可在将稍后描述的控制单元210的控制下,通过允许压缩机驱动单元260控制在三相BLDC电机的每个输入端中流动的电流来执行这样的操作。
[0073]图5是示出了根据实施例的冰箱100的控制流程的框图。现在,将参照图5描述根据实施例的冰箱100的控制流程。
[0074]设定使冰箱100的储藏室121和122冷却以长时间储藏物品的目标温度。当制造冰箱100时设定了目标温度的初始值,然后可通过用户的操作来改变目标温度。通常,冷冻室121的目标温度的初始值被设定成-20°c,冷藏室122的目标温度的初始值被设定成
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[0075]设定保持冰箱100的设定目标温度的上限和下限。即,当储藏室121和122的温度增大至高于上限时,冰箱100开始操作并冷却储藏室121和122,当储藏室121和122的温度减小至低于下限时,冰箱100停止操作。通常,将上限设定成比目标温度高1°C,将下限设定成比目标温度低1°C。
[0076]根据实施例的冰箱100根据用户的选择或者温度感测单元141、142和143的感测结果以普通操作模式或省电操作模式操作。更详细地说,冰箱100可以以作为基本操作模式的普通操作模式操作,且可通过用户经将稍后描述的输入单元111选择省电操作模式或者通过外部温度感测单元143的感测结果而以省电操作模式操作。例如,如果外部温度低于冷藏室122的目标温度,则冰箱100可以以省电操作模式进行操作。
[0077]此外,根据冰箱100的操作模式确定压缩机161的驱动模式。即,当冰箱100以普通操作模式操作时,以普通驱动模式驱动压缩机161,当冰箱100以省电操作模式操作时,则以低速驱动模式驱动压缩机161。
[0078]输入单元111可采用按钮开关、薄膜开关或触摸屏。输入单元111从用户接收与冰箱100的操作有关的指示,诸如,是否向冰箱100供电、冷冻室121的目标温度、冷藏室122的目标温度以及是否选择省电操作模式。
[0079]显示单元112可采用液晶显示(IXD)面板或者有机发光二极管(OLED)面板。显示单元112显示与冰箱100的操作有关的信息,诸如,冷冻室121的目标温度和当前温度、冷藏室122的目标温度和当前温度以及是否选择省电操作模式。
[0080]存储单元(未示出)可采用闪存。存储单元240存储与冰箱100的操作相关的各种信息片段,诸如,冷冻室121的目标温度、冷藏室122的目标温度、普通操作模式和省电操作模式。
[0081]驱动单元220包括驱动冷却风扇151和152的冷却风扇驱动单元250、驱动膨胀阀181和182的膨胀阀驱动单元280以及驱动压缩机161的压缩机驱动单元260。
[0082]冷却风扇驱动单元250在控制单元210的控制下驱动冷却风扇电机(未示出)以使冷却风扇151和152旋转,且膨胀阀驱动单元280在控制单元210的控制下驱动膨胀阀181和182的螺线管以打开或关闭膨胀阀181和182。
[0083]包括压缩机驱动单元260、位置感测单元(位置传感器)230和控制单元210的压缩机电机驱动装置200根据所选择的操作模式来选择压缩机161的驱动模式并驱动压缩机161。
[0084]以下,将参照图6描述压缩机电机驱动装置200,其中,图6示出了压缩机电机驱动装置200的控制流程。
[0085]压缩机电机驱动装置200包括:压缩机驱动单元260,驱动压缩机161 ;位置感测单元230,感测压缩机电机162的转子的位置;控制单元210,控制压缩机电机162的扭矩和转速。
[0086]现在,将参照图7描述压缩机驱动单元260和位置感测单元230,其中,图7简明地示出了压缩机驱动单元260和位置感测单元230。
[0087]压缩机驱动单元260包括外部电源1、整流电路262、平滑电路264和驱动电路266。
[0088]外部电源I是频率为50Hz或60Hz的商用AC电源。
[0089]整流电路262使用桥连接四个二极管D11、D12、D13和D14,并将外部电源I的AC
电压的负值转换成正值,因此产生呈英文字母“M”状的电压。
[0090]平滑电路264包括一个电容器Cl,并将从整流电路262输出的呈英文字母“M”状的电压转换成具有恒定值的DC电压。通过平滑电路264获得的恒定的电压被施加到将稍后描述的驱动电路266。
[0091]驱动电路266是包括六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b的逆变器。
[0092]在驱动电路266中,一共提供了三对开关,所述三对开关中的每对开关在电源和地之间串联连接。
[0093]六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b可以是金属-氧化物-半导体_场效晶体管(MOSFET)或者双极结型晶体管(BJT)。此外,来自控制单元210的六个控制信号(将稍后描述)被输入到六个MOSFET或BJT的栅极或基极。
[0094]在驱动电路266中,六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b中的不位于同一排的两个开关通过来自控制单元210的控制信号而被闭合,并因此向三相BLDC电机提供驱动电流。
[0095]具体地,当开关Qla和Q3b闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈LI和L3提供驱动电流,当开关Q2a和Q3b闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈L2和L3提供驱动电流,并且当开关Q2a和Qlb闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈L2和LI提供驱动电流。在相同的方式下,当开关Q3a和Qlb闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈L3和LI提供驱动电流,当开关Q3a和Q2b闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈L3和L2提供驱动电流,并且当开关Qla和Q2b闭合时,驱动电路266向三相BLDC电机的线圈LI和L2提供驱动电流。
[0096]这使得与产生使上述三相BLDC电机的转子旋转的旋转磁场的电流相同类型的驱动电流在压缩机电机的每个线圈中流动。
[0097]位置感测单元230的形式为分压器,在该分压器中,两个电阻在压缩机电机的三个输入端和地之间串联连接。即,电阻Rla和Rlb设置在压缩机电机的输入端Inl和地之间,电阻R2a和R2b设置在压缩机电机的输入端In2和地之间,且电阻R3a和R3b设置在压缩机电机的输入端In3和地之间。此外,位置感测单元230向控制单元210提供与一对电阻连接的节点的电压。
[0098]当连接到压缩机电机的输入端In1、In2和In3的电阻Rla、R2a和R3a与连接到地的电阻Rlb、R2b和R3b之比被设定为99:1时,分压器输出强度为输入电压的1/100的电压。S卩,当从输入端Inl产生310V的反电动势时,仅3.1V被提供给控制单元210。
[0099]基于上述三相BLDC电机的驱动,当驱动电流未在三相BLDC电机的线圈中流动时,产生线圈的反电动势变成“O”的过零。因此,可通过测量在三相BLDC电机的三个输入端中连接到未被施加驱动电流的线圈的输入端的电压来检测过零点。具体地,通过从驱动电流未在其中流动的输入端产生的反电动势而使电流在形成分压器的一对电阻中流动。即,当反电动势变成“O”时,分压器的输出变成“O”。分压器的输出变成“O”的这一时间点可被判断为过零产生,且可使用该时间点估计转子的位置。
[0100]例如,当驱动电路266的开关Qla和Q3b闭合并因此使电流在线圈LI和L3中流动时,估计从线圈L2产生了过零,且通过从线圈L2产生的反电动势使电流在位置感测单元230的电阻R2a和R2b中流动,当产生反电动势变成“O”的过零时,电阻R2a和R2b之间的节点的电压变成“O”。此外,如上所述,当在产生过零之后转子进一步旋转30度的角度时,可通过闭合开关Q2a和Q3b使驱动电流在线圈L2和L3中流动,因此可形成旋转磁场。
[0101]控制单元210基于设置在储藏室121和122中的第一温度感测单元141和第二温度感测单元142的感测结果来判断是否驱动冷却装置161、171、181、182、191和192,并基于用户的指示或外部温度感测单元143的感测结果来选择冰箱100的操作模式。
[0102]具体地,基于感测冷冻室121的温度的第一温度感测单元141的感测结果和感测冷藏室122的温度的第二温度感测单元142的感测结果,当储藏室121和122的温度到达上限时,控制单元210控制驱动单元220驱动冷却装置161、171、181、182、191和192,并当储藏室121和122的温度到达下限时,控制单元210控制驱动单元220停止驱动冷却装置161、171、181、182、191 和 192。
[0103]此外,基于感测冰箱100的外部温度的外部温度感测单元143的感测结果,当外部温度低于冷藏室122的目标温度时,控制单元210将冰箱100的当前操作模式切换到省电操作模式,并且当外部温度高于冷藏室122的目标温度时,控制单元210将冰箱100的当前操作模式切换到普通操作模式。此外,当用户通过上述输入单元111选择了省电操作模式时,控制单元210将冰箱100的当前操作模式切换到省电操作模式。
[0104]此外,当冰箱100以普通操作模式操作时,控制单元210控制驱动单元220在普通驱动模式下驱动冷却装置161、171、181、182、191和192,并且当冰箱100以省电操作模式操作时,控制单元210控制驱动单元220在低速驱动模式下驱动冷却装置161、171、181、182、191 和 192。
[0105]参照图8,图8示出了控制单元210的与压缩机161的控制和压缩机161的驱动模式的选择相关的控制流程,控制单元210包括模式选择器212、转速控制器214、驱动信号发生器216和脉冲宽度调制器218。
[0106]模式选择器212基于用户通过输入单元111输入的模式选择或外部温度感测单元142的温度感测结果来选择冰箱100的操作模式,根据所选择的操作模式产生模式控制信号,并将所产生的模式控制信号提供给驱动信号发生器216。根据所选择的冰箱100的操作模式来确定压缩机161的驱动模式和压缩机电机162的导通方法。[0107]具体地,如果通过用户选择省电操作或作为外部温度感测单元143的感测结果是外部温度低于冷藏室122的目标温度,则冰箱100以省电操作模式操作,压缩机161以低速驱动模式驱动,且压缩机电机162以90度导通方法驱动。此外,如果通过用户取消省电操作或作为外部温度感测单元143的感测结果是外部温度高于冷藏室122的目标温度,则冰箱100以普通操作模式操作,压缩机161以普通驱动模式驱动,且压缩机电机162以120度导通方法驱动。
[0108]转速控制器214产生控制压缩机电机162的转速的转速控制信号以及基于位置感测单元230的感测结果产生转子位置信号,并将转速控制信号和转子位置信号提供给驱动信号发生器216。
[0109]具体地,转速控制器214基于由位置感测单元230感测的压缩机电机162的三个线圈的反电动势变成“O”的过零点来计算转子的位置,并基于所计算的转子位置而产生转子位置信号。此外,转速控制器214通过对所计算的转子位置求取时间的微分来计算转子的转速,即,电机的转速,并通过将所计算的电机转速与电机的目标转速比较而产生转速控制信号,以使压缩机161正常操作。
[0110]当由第一温度感测单元141感测的冷冻室121的温度高于冷冻室121的上限(即,-19°C)时或者当由第二温度感测单元142感测的冷藏室122的温度高于冷藏室122的上限(即,5°C)时,驱动信号发生器216基于模式选择器212的模式控制信号和转速控制器214的转子位置信号产生使压缩机电机162旋转的驱动信号。
[0111]具体地,驱动信号发生器216根据转子的位置而产生使压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b闭合/断开的驱动信号,以在压缩机电机162中产生旋转磁场。这里,当模式选择器212选择普通驱动模式时,驱动信号发生器216产生使压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b闭合/断开的驱动信号,以便以120度导通方法驱动压缩机电机162,并且当模式选择器212选择低速驱动模式时,驱动信号发生器216产生使压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b闭合/断开的驱动信号,以便以90度导通方法驱动压缩机电机162。将稍后描述压缩机电机162的120度导通方法和90度导通方法。
[0112]此外,驱动信号发生器216基于模式选择器212的模式控制信号和转速控制器214的转速控制信号产生脉冲宽度控制信号。如果施加脉冲型的驱动电流来控制压缩机电机162的转速,则脉冲宽度控制信号控制驱动电流的脉冲宽度。
[0113]具体地,当由转速控制器214计算的电机转速高于目标转速时,驱动信号发生器216产生减小驱动电流的脉冲宽度的脉冲宽度控制信号,以减小电机的转速,并且当电机转速低于目标转速时,驱动信号发生器216产生增大驱动电流的脉冲宽度的脉冲宽度控制信号,以增大电机的转速。
[0114]现在,将参照图9和图10描述脉冲宽度调制器218,其中,图9示出了脉冲宽度调制器218的控制流程,图10示出了脉冲宽度调制器218的各个组件的输出。
[0115]脉冲宽度调制器218包括数字至模拟转换器(DAC)218a、三角波发生器218b、比较器218c和“与”门218d。
[0116]DAC218a将由驱动信号发生器216提供的脉冲宽度控制信号转换成模拟值,即,脉冲宽度。[0117]三角波发生器218b产生预定频率的三角波。由三角波发生器218b产生的三角波具有等腰三角形的形状而不是楔形。
[0118]比较器218c将DAC218a的输出与三角波发生器218b的输出进行比较。DAC218a的输出被输入到比较器218c的正极(+ )输入端,三角波发生器218b的输出被输入到比较器218c的负极(_)输入端。具体地,当DAC218a的输出大于三角波发生器218b的输出时,比较器218c输出高电压,即,电源电压Vcc,当DAC218a的输出小于三角波发生器218b的输出时,比较器218c输出低电压,即,0V。
[0119]参照图10,三角波发生器218b的输出从O到t2增大,且从t2到t4减小。此外,DAC218a的输出从O到tl大于三角波发生器218b的输出,因此比较器218c在该时段内输出电源电压,DAC218a的输出从tl到t3小于三角波发生器218b的输出,因此比较器218c在该时段内输出0V。
[0120]现在,将描述脉冲宽度调制操作。当脉冲宽度通过由驱动信号发生器216提供的脉冲宽度控制信号而增大时,DAC218a的输出增大的时间长于三角波发生器218b的输出增大的时间,因此,比较器218c输出具有宽的脉冲宽度的方形波,并且当脉冲宽度通过由驱动信号发生器216提供的脉冲宽度控制信号而减小时,DAC218a的输出减小的时间长于三角波发生器218b的输出减小的时间,因此,比较器218c输出具有窄的脉冲宽度的方形波。
[0121]“与”门218d执行作为脉冲宽度调制的目标对象的驱动信号和比较器218c的输出的“与”运算。具体地,当驱动信号为“高”(即,电源电压)时,输出脉冲宽度已被调制的信号,并且当驱动信号为“低”(即,0V)时,按照原样输出低驱动信号。
[0122]这里,可提供与驱动信号发生器216的六个驱动信号对应的六个脉冲宽度调制器218,或者可提供一个脉冲宽度调制器218,并因此仅对六个驱动信号中需要脉冲宽度调制的驱动信号的脉冲宽度进行调制。
[0123]图11是示出了在根据实施例的冰箱处于普通操作模式的情况下驱动压缩机电机的驱动信号和驱动电流的流动的示图。
[0124]当用户取消省电操作模式或者冰箱100的外部温度高于冷藏室122的目标温度时,冰箱100以普通操作模式操作。如果冰箱100以普通操作模式操作,则驱动单元220以普通驱动模式驱动,且压缩机电机162以120度导通方法驱动。
[0125]当压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b中的一个开关闭合时,该开关的闭合状态被保持直到转子进一步旋转120度的角度为止,因此,这样的方法被称为120度导通方法。
[0126]此外,当六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b中的另一个开关闭合时,该开关的闭合状态被持续地保持直到转子旋转60度的角度为止,但是该开关的闭合和断开状态通过脉冲宽度已被调制的驱动信号而重复,直到在转子旋转60度的角度之后转子旋转120度的角度为止。
[0127]具体地,直到转子旋转60度的角度为止,开关Qla闭合同时调制脉冲宽度,且开关Q3b持续闭合。此后,直到转子旋转120度的角度为止,开关Q2a持续闭合,且开关Q3b闭合同时调制脉冲宽度。此后,直到转子旋转180度的角度为止,开关Q2a闭合同时调制脉冲宽度,且开关Qlb持续闭合。
[0128]此后,两个开关以这样的方式闭合。即,一个开关持续闭合,且另一个开关闭合同时调制脉冲宽度。在图11中,“持续闭合”由涂黑的长方形表示,“闭合同时调制脉冲宽度”由内部嵌入多个竖线的长方形表示。
[0129]图12是示出了在根据实施例的冰箱处于省电操作模式的情况下驱动压缩机电机的驱动信号和驱动电流的流动的示图。
[0130]当用户选择省电操作模式或冰箱100的外部温度低于冷藏室122的目标温度时,冰箱100以省电操作模式操作。如果冰箱100以省电操作模式操作,则驱动单元220以低速驱动模式驱动,且压缩机电机162以90度导通方法驱动。
[0131]当压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b中的一个开关闭合时,该开关的闭合状态被保持直到转子进一步旋转90度的角度为止,因此,这样的方法被称为90度导通方法。
[0132]具体地,根据转子的位置而闭合开关的时间点与上述120度导通方法中的时间点相同,但是开关断开的时间点比上述120度导通方法中的时间点提前30度的角度。因此,开关闭合同时调制脉冲宽度的时间是120度导通方法中的时间的一半,因此为了获得与120度导通方法中的转速相同的转速,脉冲宽度变成120度导通方法中的脉冲宽度的两倍,且调制脉冲宽度的开关次数变成120度导通方法中的开关次数的一半。
[0133]直到转子旋转30度的角度为止,开关Qla闭合同时调制脉冲宽度,且开关Q3b持续闭合。
[0134]此后,直到转子旋转60度的角度为止,开关Qla断开,且仅有开关Q3b闭合。即使开关Qla断开,由于线圈LI和L3的电感使得在线圈LI和L3中流动的电流不会快速消失,而是续流电流在线圈LI和L3中流动指定的时间。这样的续流电流以与当开关Qla和Q3b均闭合时的方式相同的方式沿从线圈LI到线圈L3的方向流动,从线圈L3流动的电流流经并联连接到开关Q3b的续流二极管D3b和并联连接到开关Qlb的续流二极管Dlb,并进入线圈LI。
[0135]此后,直到转子旋转90度的角度为止,开关Q2a持续闭合,且开关Q3b闭合同时调制脉冲宽度。
[0136]此后,直到转子旋转120度的角度为止,开关Q3b断开,且仅有开关Q2a闭合。即使开关Q3b断开,由于线圈L2和L3的电感而会产生续流电流。
[0137]此后,在上述方法中,控制单元210控制压缩机驱动单元260的六个开关Qla、Qlb、Q2a、Q2b、Q3a和Q3b,因此,以90度导通方法驱动压缩机电机162。在图12中,“持续闭合”由涂黑的长方形表示,“闭合同时调制脉冲宽度”由内部嵌入多个竖线的长方形表示。
[0138]图13是示出了在根据实施例的冰箱100处于省电操作模式的情况下压缩机电机162的效率以及传统冰箱的压缩机电机的效率的示图。
[0139]如果当根据实施例的压缩机电机162以90度导通方法驱动时压缩机电机162以低速旋转,则被调制的驱动电流的脉冲宽度进一步增大且调制脉冲宽度的开关次数减小。
[0140]因此,如图13中所述,如果冰箱100以省电操作模式操作且压缩机电机162以低速旋转,则90度导通方法体现出比传统的120度导通方法的效率高的效率。
[0141]从上面的描述清楚的是,根据实施例的BLDC电机驱动装置和使用该BLDC电机驱动装置的冰箱通过转换驱动电流的导通方法而增大了驱动电流的脉冲占空比,以当冰箱以省电操作模式操作时以低速驱动BLDC电机。[0142]虽然已示出和描述了一些实施例,但是本领域技术人员应该明白,在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本公开的原理和精神的情况下,可对这些实施例进行改变。
【权利要求】
1.一种冰箱,包括: 压缩机; 电机,向压缩机提供旋转力; 驱动器,驱动电机; 温度传感器,感测储藏室的温度和外部温度; 控制器,基于温度传感器的感测结果来控制驱动器的驱动模式,并根据选择的驱动模式来控制驱动器驱动电机, 其中,在普通操作模式下,控制器控制驱动器以120度导通方法驱动电机,在省电操作模式下,控制器控制驱动器以90度导通方法驱动电机。
2.根据权利要求1所述的冰箱,其中,电机是无刷直流电机,所述冰箱还包括感测无刷直流电机的转子位置的位置传感器,所述位置传感器检测从无刷直流电机的线圈产生的反电动势。
3.根据权利要求2所述的冰箱,其中,控制器包括:模式选择器,基于温度传感器的感测结果来选择驱动器的驱动模式;转速控制器,基于位置传感器的输出来计算无刷直流电机的转速,并基于计算的无刷直流电机的转速来产生控制无刷直流电机的转速的转速控制信号;驱动信号发生器,基于模式选择器的输出和转速控制器的输出来产生控制驱动器的驱动信号;脉冲宽度调制器,调制驱动信号发生器的输出的脉冲宽度。
4.根据权利要3所述的冰箱,其中,转速控制器基于位置传感器的感测结果来计算过零点,基于计算的过零点来计算无刷直流电机的转子位置,并基于计算的转子位置来计算无刷直流电机的转速。
5.根据权利要2所述的冰箱,其中,位置传感器包括设置在无刷直流电机的输入端和地之间的分压器,并将分压器的输出提供给控制器。
6.根据权利要2所述的冰箱,其中,驱动器包括:整流电路,对外部电进行整流;平滑电路,使被整流电路整流的直流电平滑;驱动电路,基于控制器的输出来产生无刷直流电机的驱动电流。
7.—种电机驱动装置,包括: 驱动器,驱动电机; 控制器,根据外部信号控制驱动器的驱动模式,并根据所选择的驱动模式控制驱动器驱动电机, 其中,在普通操作模式下,控制器控制驱动器以120度导通方法驱动电机,在省电操作模式下,控制器控制驱动器以90度导通方法驱动电机。
8.根据权利要7所述的电机驱动装置,其中,电机是无刷直流电机,电机驱动装置还包括感测无刷直流电机的转子位置的位置传感器,所述位置传感器检测从无刷直流电机的线圈产生的反电动势。
9.根据权利要8所述的电机驱动装置,其中,控制器包括:模式选择器,根据外部信号来选择驱动器的驱动模式;转速控制器,基于位置传感器的输出来计算无刷直流电机的转速,并基于计算的无刷直流电机的转速来产生控制无刷直流电机的转速的转速控制信号;驱动信号发生器,基于模式选择器的输出和转速控制器的输出来产生控制驱动器的驱动信号;脉冲宽度调制器,调制驱动信号发生器的输出的脉冲宽度。
10.根据权利要9所述的电机驱动装置,其中,转速控制器基于位置传感器的感测结果来计算过零点,基于计算的过零点来计算无刷直流电机的转子的位置,并基于计算的转子位置来计算无刷直流电机的转速。
11.根据权利要8所述的电机驱动装置,其中,位置传感器包括设置在无刷直流电机的输入端和地之间的分压器,并将分压器的输出提供给控制器。
12.根据权利要8所述的电机驱动装置,其中,驱动器包括:整流电路,对外部电进行整流;平滑电路,使被整流电路整流的直流电平滑;驱动电路,基于控制器的输出来产生无刷直流电机的驱动电流。
【文档编号】H02P6/06GK103546077SQ201310294008
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年7月12日 优先权日:2012年7月13日
【发明者】朴圣寅, 朴平基, 徐廷昊, 慎涍宰, 柳浩贤, 李先求, 曹铉昌, 武田芳彦, 浜冈孝二 申请人:三星电子株式会社
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