一种单相交流电机保护电路、风扇及空调的制作方法与工艺

文档序号:13108639
技术领域本实用新型涉及电机领域,尤其涉及一种单相交流电机保护电路、风扇及空调。

背景技术:
目前电机调速电路有一种形式如图1所示,其基本原理是:通过“单相交流电开关电路”PWM调制,对电机两端的电压进行高速开关,以便调节电机两端的平均电压,来达到调速的目的。当“电动机感性电流泄放回路”为开关电路时,可以简化为如图2所示的原理图,其中K1表示图1中的“电动机感性电流泄放电路”,K2表示图1中的“单相交流电开关电路”,图2的时间控制示意图如图3所示,此时,这种调速电路存在以下缺陷:1)当K1和K2之间的开关死区时间(即:K1关到K2开的时间以及K2关到K1开的时间)是根据K2的断开后的反馈电压来控制K1的开关,优点是电机两端的反向电压非常低,缺点是死区时间太短,且不太容易控制,如果器件的特性差异所导致的时间特性差异,可能导致K1和K2出现暂时短路,导致K1和K2温升高,甚至烧掉。2)如果采用对称PWM自锁模式驱动K1、K2,死区时间通常要做到1-2uS,这样交流电机的反压会非常高,通常需要在电机两端并联一个大容量的电容C及电阻R来吸收,称为RC吸收回路,在RC吸收回路中,电容C太大会导致电阻R的发热量高,损耗加大,不利于电路的稳定可靠工作,同时所需要的体积也大,不利于电路的小型化。如果减少死区时间到0.1-1uS,当出现干扰时候有可能出现K1和K2出现暂时短路,而烧毁K1和K2。

技术实现要素:
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足,提供一种单相交流电机保护电路、风扇及空调。本实用新型解决上述技术问题的第一种技术方案如下:一种单相交流电机保护电路,包括交流电机或其主副绕组、主开关回路、泄放回路和脉冲信号产生电路;所述脉冲信号产生电路为单片机;所述交流电机或其主副绕组和所述主开关回路串联于交流电的零线和火线之间,所述泄放回路和所述交流电机或其主副绕组并联;所述主开关回路或所述泄放回路包括第一整流电路、第一直流电子开关和采样滤波电路,所述第一整流电路的负极输出端与所述第一直流电子开关的第一端连接,所述第一整流电路的正极输出端通过所述采样滤波电路与所述第一直流电子开关的第二端连接,所述第一直流电子开关的驱动端与所述脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接;所述采样滤波电路的输入端与所述第一直流电子开关的第二端连接,所述采样滤波电路的输出端与所述脉冲信号产生电路的AD采样口连接。本实用新型的有益效果是:本实用新型能够解决交流调速电路中,泄放回路中的直流电子开关和主开关回路的直流电子开关死区时间很短(0.1-1.5uS)时,当电路中出现干扰或者电路异常时,泄放回路中的直流电子开关和主开关回路的直流电子开关出现短暂短路引起较大的冲击电流,使直流电子开关严重过热,进入不稳定状态甚至烧毁的问题。在上述技术方案的基础上,本实用新型还可以做如下改进。进一步地,所述采样滤波电路包括电流采样电阻以及由滤波电阻和滤波电容组成的滤波电路,所述电流采样电阻串联在所述第一直流电子开关的第二端,所述电流采样电阻两端连接由所述滤波电阻和所述滤波电容组成的滤波电路后与所述脉冲信号产生电路的AD采样口连接。进一步地,若所述主开关回路包括第一整流电路、第一直流电子开关和采样滤波电路,则所述泄放回路包括第二整流电路、第二直流电子开关和光耦,所述第二直流电子开关的第一端和第二端分别与所述第二整流电路的负极输出端和正极输出端连接,所述光耦中三极管的发射极和集电极分别与所述第二直流电子开关的驱动端以及直流电源连接,所述光耦中发光二极管的正极与所述脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,所述光耦中发光二极管的负极接地。进一步地,若所述主开关回路包括第一整流电路、第一直流电子开关和采样滤波电路,则所述泄放回路包括对称连接在所述交流电机或其主副绕组两端的第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路。进一步地,所述第一单向电子开关电路包括由第一三极管和第一二极管构成的第一主体电路,还有第一齐纳二极管、第一电容和第一限流电阻构成的第一偏置电路;所述第一二极管的负极连接所述第一三极管的集电极后并联在所述交流电机或其主副绕组的两端,其中所述第一三极管的发射极连接所述交流电机或其主副绕组的第一端,所述第一限流电阻一端连接所述第一三极管的基极,另一端连接并联的所述第一电容和所述第一齐纳二极管,其中所述第一齐纳二极管的正极与所述交流电机或其主副绕组第一端连接;进一步地,所述第二单向电子开关电路包括由第二三极管和第二二极管构成的第二主体电路,还有第二齐纳二极管、第二电容和第二限流电阻构成的第二偏置电路;所述第二二极管的负极连接所述第二三极管的集电极后并联在所述交流电机或其主副绕组的两端,其中所述第二三极管的发射极连接所述交流电机或其主副绕组的第二端,所述第二限流电阻一端连接所述第二三极管的基极,另一端连接并联的所述第二电容和所述第二齐纳二极管,其中所述第二齐纳二极管的正极与所述交流电机或其主副绕组第二端连接。进一步地,若所述泄放回路包括第一整流电路、第一直流电子开关和采样滤波电路,则所述主开关回路包括第二整流电路、第二直流电子开关和光耦,所述第二直流电子开关的第一端和第二端分别与所述第二整流电路的负极输出端和正极输出端连接,所述光耦中三极管的发射极和集电极分别与所述第二直流电子开关的驱动端以及直流电源连接,所述光耦中发光二极管的正极与所述脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,所述光耦中发光二极管的负极接地。进一步地,所述单相交流电机保护电路中用到的直流电子开关为三极管或MOS管,当直流电子开关为三级管时,其第一端为集电极,第二端为发射极,驱动端为基极;当直流电子开关为MOS管时,其第一端为漏极,第二端为源极,驱动端为栅极。进一步地,所述交流电机或其主副绕组的两端并联有由一个电阻和一个电容组成的RC吸收回路。本实用新型附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本实用新型实践了解到。本实用新型解决上述技术问题的第二种技术方案如下:一种风扇,包括上述单相交流电机保护电路。本实用新型解决上述技术问题的第三种技术方案如下:一种空调,包括上述风扇。附图说明图1为现有技术中单相交流电机调速电路图;图2为图1所示电路图简化原理图;图3为图2所示原理图的时间控制示意图;图4为本实用新型实施例1所述单相交流电机保护电路图;图5为本实用新型实施例2所述单相交流电机保护电路图;图6为本实用新型实施例3所述单相交流电机保护电路图。具体实施方式以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述,所举实例只用于解释本实用新型,并非用于限定本实用新型的范围。图4为本实用新型实施例1所述单相交流电机保护电路图。如图4所示,本实用新型实施例1中的单相交流电机保护电路包括交流电机、主开关回路、泄放回路和脉冲信号产生电路,交流电机和主开关回路串联于交流电的零线和火线之间,泄放回路和交流电机并联,交流电机的两端并联有由电阻RM1和电容CM2组成的RC吸收回路;主开关回路包括整流电路(由二极管D6-D9构成)、直流电子开关K2和采样滤波电路,整流电路的负极输出端与直流电子开关K2的第一端连接,整流电路的正极输出端通过采样滤波电路与直流电子开关K2的第二端连接,直流电子开关K2的驱动端与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,在本实用新型的实施例1中具体为,直流电子开关K2的驱动端通过电阻R8与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接;采样滤波电路的输入端与直流电子开关K2的第二端连接,采样滤波电路的输出端与脉冲信号产生电路的AD采样口连接,采样滤波电路包括电流采样电阻RK1以及由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路,电阻RK1串联在直流电子开关K2的第二端,电阻RK1两端连接由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路后与脉冲信号产生电路的AD采样口连接。泄放回路包括整流电路(由二极管D1-D4构成)、直流电子开关K1和光耦P1,直流电子开关K1的第一端和第二端分别与整流电路的负极输出端和正极输出端连接,光耦P1中三极管的发射极和集电极分别与直流电子开关K1的驱动端以及直流电源VCC1连接,在本实用新型的实施例1中,光耦P1中三极管的集电极通过电阻R7与直流电源VCC1连接;光耦P1中发光二极管的正极与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,在本实用新型的实施例1中,光耦P1中发光二极管的正极通过电阻R6与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,光耦P1中发光二极管的负极接地。本实用新型中,当直流电子开关K1、K2为三级管时,其第一端为集电极,第二端为发射极,驱动端为基极;当直流电子开关K1、K2为MOS管时,其第一端为漏极,第二端为源极,驱动端为栅极,如图4给出的单相交流电机保护电路图中使用的直流电子开关K1、K2为MOS管,具体为耗尽型MOS管。在本实用新型的实施例1中,通过在主开关回路中直流电子开关K2处串联一个电流采样电阻RK1,将电流信号转化为电压信号,通过电阻RK2和滤波电容CK1进行滤波,输入到脉冲信号产生电路的AD采样口,脉冲信号产生电路通过监测该电压的变化,可以实现分级控制,其中脉冲信号产生电路可以选用单片机,在图4中用U2表示单片机。在本实用新型的实施例1中,假如电阻RK1流过的正常电流200mA,根据V=R*I=0.2*1=0.2V,可知0.2V的电压被输入到单片机U2的AD口,单片机U2不断采集该电压,该电压正常时,发出正常的脉冲信号PWM1、PWM2来驱动直流电子开关K1、K2正常工作,其中单片机U2输出到泄放回路中的脉冲信号为PWM1,输出到主开关回路中的脉冲信号为PWM2。当直流电子开关K1、K2出现异常时,假如直流电子开关K2流过的电流到达510mA时,此时电阻RK1两端的电压为V=R*I=0.51*1=0.51V,单片机U2通过AD采样口采样到电阻RK1两端的电压超过预设的保护电压0.5V,单片机U2停止输出PWM1信号,即直流电子开关K1停止工作。交流电机的一部分反压通过并联在交流电机两端的电阻RM1和电容CM2吸收,交流电机两端的反压升高,效率降低,但是不会造成交流电机停止运行,或者直流电子开关烧毁等故障。当干扰或者异常恢复后,流经电阻RK1电流的恢复到200mA,电阻RK1两端的电压恢复到0.2V,单片机U2恢复正常的PWM1脉冲输出,电路恢复正常工作。当直流电子开关K1、K2出现异常时,假如直流电子开关K2流过的电流到达1000mA时,此时电阻RK1两端的电压为V=R*I=1*1=1V,单片机U2通过AD采样口采样到电阻RK1两端电压超过预设的0.9V,停止输出PWM1、PWM2信号,直流电子开关K1、K2停止工作,以保护直流电子开关K1、K2不被烧毁,并且通过显示电路提示用户故障。当干扰或者异常恢复后,流经电阻RK1的电流恢复到200mA,电阻RK1的两端的电压恢复到0.2V,单片机U2恢复正常的PWM1、PWM2脉冲输出,电路恢复正常工作。图5为本实用新型实施例2所述单相交流电机保护电路图。如图5所示,本实用新型实施例2的单相交流电机保护电路与实施例1的单相交流电机保护电路相比区别在于,实施例2中的泄放回路的电路结构和连接方式与实施例1中主开关回路的电路结构以及连接方式相同,实施例2中的主开关回路的电路结构和连接方式与实施例1中泄放回路的电路结构以及连接方式相同。本实用新型实施例2的单相交流电机保护电路的具体电路结构为:本实用新型实施例2中的单相交流电机保护电路包括交流电机、主开关回路、泄放回路和脉冲信号产生电路,交流电机和主开关回路串联于交流电的零线和火线之间,泄放回路和交流电机并联,交流电机的两端并联有由电阻RM1和电容CM2组成的RC吸收回路;泄放回路包括整流电路(由二极管D1-D4构成)、直流电子开关K1和采样滤波电路,整流电路的负极输出端与直流电子开关K1的第一端连接,整流电路的正极输出端通过采样滤波电路与直流电子开关K1的第二端连接,直流电子开关K1的驱动端与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,在本实用新型的实施例2中具体为,直流电子开关K1的驱动端通过电阻R8与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接;采样滤波电路的输入端与直流电子开关K1的第二端连接,采样滤波电路的输出端与脉冲信号产生电路的AD采样口连接,采样滤波电路包括电流采样电阻RK1以及由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路,电阻RK1串联在直流电子开关K1的第二端,电阻RK1两端连接由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路后与脉冲信号产生电路的AD采样口连接。主开关回路包括整流电路(由二极管D6-D9构成)、直流电子开关K2和光耦P1,直流电子开关K2的第一端和第二端分别与整流电路的负极输出端和正极输出端连接,光耦P1中三极管的发射极和集电极分别与直流电子开关K2的驱动端以及直流电源VCC1连接,在本实用新型的实施例2中,光耦P1中三极管的集电极通过电阻R7与直流电源VCC1连接;光耦P1中发光二极管的正极与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,在本实用新型的实施例2中,光耦P1中发光二极管的正极通过电阻R6与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,光耦P1中发光二极管的负极接地。在本实用新型的实施例2中,通过在泄放回路中的直流电子开关K1处串联一个电流采样电阻RK1,将电流信号转化为电压信号,通过电阻RK2和滤波电容CK1进行滤波,输入到脉冲信号产生电路的AD采样口,脉冲信号产生电路通过监测该电压的变化,可以实现分级控制,其中脉冲信号产生电路可以选用单片机,在图5中用U2表示单片机。在本实用新型的实施例2中,假如电阻RK1流过的正常电流200mA,根据V=R*I=0.2*1=0.2V,可知0.2V的电压被输入到单片机U2的AD口,单片机U2不断采集该电压,该电压正常时,发出正常的脉冲信号PWM1、PWM2来驱动直流电子开关K1、K2正常工作,其中单片机U2输出到泄放回路中的脉冲信号为PWM1,输出到主开关回路中的脉冲信号为PWM2。当直流电子开关K1、K2出现异常时,假如直流电子开关K1流过的电流到达510mA时,此时电阻RK1两端的电压为V=R*I=0.51*1=0.51V,单片机U2通过AD采样口采样到电阻RK1两端的电压超过预设的保护电压0.5V,单片机U2停止输出PWM1信号,即直流电子开关K1停止工作。交流电机的一部分反压通过并联在交流电机两端的电阻RM1和电容CM2吸收,交流电机两端的反压升高,效率降低,但是不会造成交流电机停止运行,或者直流电子开关烧毁等故障。当干扰或者异常恢复后,流经电阻RK1电流的恢复到200mA,电阻RK1两端的电压恢复到0.2V,单片机U2恢复正常的PWM1脉冲输出,电路恢复正常工作。当直流电子开关K1、K2出现异常时,假如直流电子开关K1流过的电流到达1000mA时,此时电阻RK1两端的电压为V=R*I=1*1=1V,单片机U2通过AD采样口采样到电阻RK1两端电压超过预设的0.9V,停止输出PWM1、PWM2信号,直流电子开关K1、K2停止工作,以保护直流电子开关K1、K2不被烧毁,并且通过显示电路提示用户故障。当干扰或者异常恢复后,流经电阻RK1的电流恢复到200mA,电阻RK1的两端的电压恢复到0.2V,单片机U2恢复正常的PWM1、PWM2脉冲输出,电路恢复正常工作。图6为本实用新型实施例3所述单相交流电机保护电路图。如图6所示,本实用新型实施例3中的泄放回路包括对称连接在交流电机两端的第一单向电子开关电路和第二单向电子开关电路,第一单向电子开关电路包括由三极管Q1和二极管D1构成的主体电路,还有齐纳二极管Z1、电容C1和限流电阻R1构成的偏置电路;第二单向电子开关电路包括由三极管Q2和二极管D2构成的主体电路,还有齐纳二极管Z2、电容C2和限流电阻R2构成的偏置电路;二极管D1的负极连接三极管Q1的集电极后并联在交流电机的两端,其中三极管Q1的发射极连接交流电机的第一端,限流电阻R1一端连接三极管Q1的基极,另一端连接并联的电容C1和齐纳二极管Z1,其中齐纳二极管Z1的正极与交流电机第一端连接;二极管D2的负极连接三极管Q2的集电极后并联在交流电机的两端,其中三极管Q2的发射极连接交流电机的第二端,限流电阻R2一端连接三极管Q2的基极,另一端连接并联的电容C2和齐纳二极管Z2,其中齐纳二极管Z2的正极与交流电机第二端连接。在单相交流电的正半周,即A端为正电压,B端为负电压期间,当脉冲信号产生电路产生的脉冲信号为高电平时,单相交流电开关电路导通,此时电流经齐纳二极管Z1、交流电机、齐纳二极管Z2流过,驱动交流电机运行;同时,齐纳二极管Z1反向导通,其两端产生电压,电容C1充电,其两端产生的电压产生的电流经电阻R1、三极管Q1基极、发射极流过,三极管Q1导通,二极管D1阻断电源电流绕过电动机经电阻R1、三极管Q1集电极流过;同时齐纳二极管Z2正向导通,其两端产生电压,电容C2充电,三极管Q2基极被反向偏置,三极管Q2截止,电源电流不能绕过交流电机经二极管D2、三极管Q2流过。当脉冲信号为低电平时,单相交流电开关电路关断,此时因电容C1放电,三极管Q1继续导通,因电容C2放电,三极管Q2继续截止;此时电动机的感性电流通过二极管D1、三极管Q1形成泄放回路。同样地,在单相交流电的负半周,即A端为负电压,B端为正电压时,电动机的感性电流通过二极管D2、三极管Q2形成泄放回路。实施例3中的主开关回路包括整流电路(由二极管D3-D6构成)、直流电子开关Q3和采样滤波电路,整流电路的负极输出端与直流电子开关Q3的第一端连接,整流电路的正极输出端通过采样滤波电路与直流电子开关Q3的第二端连接,直流电子开关Q3的驱动端与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接,在本实用新型的实施例3中具体为,直流电子开关Q3的驱动端通过一个电阻与脉冲信号产生电路的脉冲信号输出端连接;采样滤波电路的输入端与直流电子开关Q3的第二端连接,采样滤波电路的输出端与脉冲信号产生电路的AD采样口连接,采样滤波电路包括电流采样电阻RK1以及由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路,电阻RK1串联在直流电子开关Q3的第二端,电阻RK1两端连接由电阻RK2和电容CK1组成的滤波电路后与脉冲信号产生电路的AD采样口连接。本实用新型中,当直流电子开关为三级管时,其第一端为集电极,第二端为发射极,驱动端为基极;当直流电子开关为MOS管时,其第一端为漏极,第二端为源极,驱动端为栅极,如图6给出的单相交流电机保护电路图中使用的直流电子开关Q1、Q2和Q3均为三极管。在本实用新型的实施例3中,通过在主开关回路中的直流电子开关Q3处串联一个电流采样电阻RK1,通过电阻RK2滤波和电容CK1进行滤波,输入到脉冲信号产生电路的AD采样口,脉冲信号产生电路监测该电压的变化,若超过预设的电压值时,关闭直流电子开关。其中脉冲信号产生电路可以选用单片机,在图6中用U2表示单片机。在本实用新型的实施例3中,假如电阻RK1流过正常电流200mA,根据V=R*I=0.2*1=0.2V,该0.2V的电压被输入到单片机U2的AD采样口,单片机U2不断采集该电压,该电压正常时,发出正常的脉冲信号,直流电子开关Q3正常工作。当直流电子开关Q1、Q2、Q3出现异常时,假如直流电子开关Q3流过的电流到达1000mA时,电阻RK1两端的电压为V=R*I=1*1=1V,单片机U2通过AD采样口采样到电阻RK1两端电压超过预设的0.9V,停止输出PWM信号,直流电子开关Q3停止工作,以保护直流电子开关Q1、Q2、Q3不被烧毁,并且通过显示电路提示用户故障。当干扰或者异常恢复后,流经电阻RK1的电流恢复到200mA,电阻RK1的两端的电压恢复到0.2V,单片机U2恢复正常的PWM脉冲输出,电路恢复到正常工作状态。本实用新型中上述所有实施例中的交流电机还可以换为交流电机的主副绕组。本实用新型能够解决交流调速电路中,泄放回路中的直流电子开关和主开关回路的直流电子开关死区时间很短(0.1-1.5uS)时,当电路中出现干扰或者电路异常时,泄放回路中的直流电子开关和主开关回路的直流电子开关出现短暂短路引起较大的冲击电流,使直流电子开关严重过热,进入不稳定状态甚至烧毁。本实用新型通过将交流电机的交流电流整流变成直流电流,方便脉冲信号产生电路检测。在直流电子开关工作时候,检测直流电子开关工作时的直流电流的变化,根据电流的大小,分级预设不同的电流阈值,电流达到不同的阈值时分别停止输出PWM1或者PWM1和PWM2脉冲信号,避免直流电子开关损坏、受到干扰,在异常恢复后,电路自动恢复到正常工作状态,避免器件烧毁。本实用新型还提供了一种风扇,包括上述实施例1-3所述的单相交流电机保护电路。本实用新型还提供一种空调,包括上述风扇。在本说明书的描述中,参考术语“实施例一”、“实施例二”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体方法、装置或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、方法、装置或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。...
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