变频洗衣机电子控制模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种变频洗衣机电子控制模块，其包括单片机、驱动电路、采样电路、通讯电路和为整个电子模块供电的供电模块，单片机与通讯电路连接，驱动电路的输入端通过三组防死区保护电路与单片机连接，输出端与变频洗衣机的电机连接；采样电路的输入端连接驱动电路，输出端连接单片机。驱动电路在单片机控制下驱动电机。单片机通过采样电路采集输入到电机的电流信号。通讯电路连接单片机和上位机。两个或非门组成的防死区保护电路构成逻辑互锁，当第二或非门输出高电平的情况下，第一或非门必定输出低电平，不会使驱动电路中的两个IGBT同时导通而产生短路危险。本实用新型适用于所有的变频洗衣机。
【专利说明】变频洗衣机电子控制模块
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及智能洗衣机，尤其是涉及一种安全性较高的变频洗衣机电子控制模块。
【背景技术】
[0002]变频洗衣机是指主马达为可变频驱动的无刷直流马达的洗衣机，其具有节能、超低噪音、可变水流、高脱水转速等特点。变频洗衣机在功能上最大的特点就是静音效果明显，转速可以随衣物重量等情况得到适当调整，从而有效减缓响声和震动。此外，变频洗衣机在省水、省电方面的效果显著。一般来说，变频洗衣机的能效可比普通产品提高1/3，噪音降低3-4分贝，洗净程度也大幅提升。
[0003]由于变频洗衣机具有以上优点，市场占用率越来越大。变频洗衣机中，控制变频电机运转的变频驱动模块是重要的控制部件，其质量的好坏直接决定了洗衣机的品质。
[0004]中华人民共和国国家知识产权局于2013年03月06日公开了公布号为CN102957368A的专利文献，名称为一种洗衣机专用直流变频控制系统，该系统连接在上位机和洗衣机的直流电机之间，包括电源转换模块、MCU控制模块和RS232串口通信模块，所述的RS232串口通信模块和电源转换模块均与上位机连接，所述的MCU控制模块分别连接电源转换模块和RS232串口通信模块，该系统还包括霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块，所述的霍尔传感模块、智能功率驱动模块和电流检测反馈模块均分别与MCU控制模块、电源转换模块和直流电机连接。对于智能控制系统来说，有可能出现软件驱动逻辑出错，导致上下两只IGBT同时导通，构成电源到地的短路，过大的电流会烧坏IGBT或其他电路。
【发明内容】
[0005]本实用新型主要是解决现有技术所存在的可能因为软件驱动逻辑出错导致硬件烧毁的技术问题，提供一种具有硬件防死区保护电路，即使软件驱动逻辑出错也不会时对电路安全产生影响的变频洗衣机电子控制模块。
[0006]本实用新型针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的:一种变频洗衣机电子控制模块，包括单片机、驱动电路、采样电路、通讯电路和为整个电子模块供电的供电模块，所述单片机与通讯电路连接，所述驱动电路的输入端通过三组防死区保护电路与单片机连接，输出端与变频洗衣机的电机连接；所述采样电路的输入端连接驱动电路，输出端连接单片机；三组防死区保护电路分别对应单片机的U相输出、V相输出和W相输出，所述每组防死区保护电路包括两个或非门，第一或非门的第一输入端连接单片机的高电平输出端，第一或非门的第二输入端连接第二或非门的输出端，第二或非门的第一输入端和第二输入端都连接单片机的低电平输出端，驱动电路包括分别对应电机U相输入、V相输入和W相输入的三个驱动芯片，每组防死区保护电路各对应连接一个驱动芯片，第一或非门的输出端连接一个驱动芯片的高电平输入端，第二或非门的输出端连接此驱动芯片的低电平输入端。
[0007]单片机作为整个控制模块的核心，接收来自各模块的信息并下达控制指令。驱动电路在单片机控制下驱动电机。采样电路采集输入到电机的电流信号，并将采集到的信号发送给单片机。通讯电路连接单片机和上位机，将单片机的信号传递给上位机，并从上位机获取控制指令传给单片机。两个或非门组成的防死区保护电路构成逻辑互锁，当第二或非门输出高电平的情况下，第一或非门必定输出低电平，即同一组的第一或非门和第二或非门必然不会同时输出高电平，也就不会使驱动电路中的两个IGBT同时导通而产生短路危险，从根本上防止了软件驱动逻辑错误带来的伤害，安全性得到了保证。
[0008]作为优选，变频洗衣机电子控制模块还包括三针的可调电阻接口，所述可调电阻接口的第一针连接电源的+5V，第二针连接单片机，第三针接地，第二针还通过电容Cl连接第二针。
[0009]可调电阻接口在需要的时候第一针和第二针连接可调电阻，通过改变可调电阻可以调节电机的启动转速，保持稳定性。
[0010]作为优选，所述通讯模块包括RS485芯片和两个光耦，所述RS485芯片通过光耦连接单片机。
[0011]单片机的通讯输出端连接第一个光I禹的输入端，第一个光I禹的输出端连接RS485芯片的输入端，RS485芯片的输出端连接第二个光耦的输出端，第二个光耦的输出端连接单片机的通讯输入端。RS485芯片通过接口连接外部的上位机。
[0012]作为优选，所述驱动电路的每个驱动芯片各对应连接两个MOS管；驱动芯片的高电平输出端连接第一个MOS管的栅极，第一个MOS管的漏极连接电源VPP，源极连接第二个MOS管的漏极；驱动芯片的低电平输出端连接第二个MOS管的栅极，第二个MOS管的源极连接通过采样电阻接地，漏极还连接电机的一个输入端。
[0013]MOS管作为IGBT，当栅极为高电平时漏极和源极导通。通过驱动芯片的高电平输出端和低电平输出端控制IGBT导通，由电源VPP来给驱动电机运转。
[0014]作为优选，所述采样电路包括三个放大器，所述每个放大器的输入端通过采样电路连接到驱动电路的一路输出端，放大器的输出端连接单片机。
[0015]串接在驱动电路中的采样电阻上的电压和电机的工作电流成正比。放大器采集采样电路上的电压，经过放大以后传递给单片机，单片机就可以监测电机的工作状态。
[0016]本实用新型带来的有益效果是，通过单片机+驱动电路+通讯电路+采样电路的结构，具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠的特点，通过放死区保护电路可以避免两个IGBT同时导通的问题，安全性高，通过通讯电路实现上位机与控制电路之间的通信，便于实现多样化的控制，通过采样电路可以时刻监控电机运转状况，实现自我诊断并在发生故障时进行相应的指示输出。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本实用新型的一种结构示意图；
[0018]图2是本实用新型的一种单片机的电路原理图；
[0019]图3是本实用新型的一种驱动电路和采样电路的电路原理图；
[0020]图4是本实用新型的一种电源电路原理图；[0021]图5是本实用新型的一种通讯电路原理图；
[0022]图中:1、单片机，2、驱动电路，3、采样电路，4、通讯电路，5、电源电路，6、电机。【具体实施方式】
[0023]下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。
[0024]实施例:本实施例的一种变频洗衣机电子控制模块，如图1所示，包括单片机1、驱动电路2、采样电路3、通讯电路4和供电模块5。单片机I连接驱动电路2、采样电路3和通讯电路4，采样电路3连接驱动电路2，驱动电路2还连接洗衣机的电机6。
[0025]图2所示是本实施例的单片机I的电路原理图，单片机采用ATMGEA8芯片，并且连接有三针的可调电阻接口 J3，J3接口连接外置IOK线性可调电阻，电阻划片抽头连接J3的第2脚，实现从500RPM到2780RPM电机启动都不会出现超调量，转速也很稳定。
[0026]图3是本实施例的驱动电路和采样电路的电路原理图。驱动电路的输入端通过三组防死区保护电路与单片机连接，输出端与变频洗衣机的电机连接；所述采样电路的输入端连接驱动电路，输出端连接单片机；三组防死区保护电路分别对应单片机的U相输出、V相输出和W相输出，所述每组防死区保护电路包括两个或非门，第一或非门的第一输入端连接单片机的高电平输出端，第一或非门的第二输入端连接第二或非门的输出端，第二或非门的第一输入端和第二输入端都连接单片机的低电平输出端，驱动电路包括分别对应电机U相输入、V相输入和W相输入的三个驱动芯片，每组防死区保护电路各对应连接一个驱动芯片，第一或非门的输出端连接一个驱动芯片的高电平输入端，第二或非门的输出端连接此驱动芯片的低电平输入端。
[0027]驱动电路的每个驱动芯片各对应连接两个MOS管；驱动芯片的高电平输出端连接第一个MOS管的栅极，第一个MOS管的漏极连接电源VPP，源极连接第二个MOS管的漏极；驱动芯片的低电平输出端连接第二个MOS管的栅极，第二个MOS管的源极连接通过采样电阻接地，漏极还连接电机的一个输入端。
[0028]采样电路包括三个放大器，所述每个放大器的输入端通过采样电路连接到驱动电路的一路输出端，放大器的输出端连接单片机。
[0029]图4是本实施例的电源电路原理图，电源电路为整个控制模块供电。
[0030]图5是本实施例的通讯电路原理图，通讯模块包括RS485芯片和两个光稱,所述RS485芯片通过光耦连接单片机。单片机的通讯输出端连接第一个光耦的输入端，第一个光耦的输出端连接RS485芯片的输入端，RS485芯片的输出端连接第二个光耦的输出端，第二个光耦的输出端连接单片机的通讯输入端。RS485芯片通过接口连接外部的上位机。
[0031]本方案使用RS485通讯协议与上位机通讯，接受指令控制(用于扩展变频洗衣机内部使用)，预留电位器(J3接口)实现无级调速功能(用于独立外置使用，比如传输带等变输场合)、软件实现软启动、软停止、实现无级变速功能。
[0032]本系统采用AVR单片+IGBT芯片+驱动包电路+通讯部分电路构成。从电路结构上来看，采用高性能的AVR单片机作为系统控制核心，使系统具有控制快速准确、响应快、运行稳定、可靠的特点。
[0033]硬件防死区保护电路，主要是为了防止软件驱动逻辑出错，导致上下两只IGBT同时导通，构电源到地的短路，过大的电流烧坏IGBT或其它电路，使用2个或非门(U8A与U8B)组成逻辑互锁，绝对不能出现同时为高电平的情况，输出至IGBT驱动芯片U14的第2.3脚，作为U相的控制时序，U14的7脚输出连接Ql，U14的5脚输出连接至Q2，
[0034]U14驱动芯片采用IR2101，该驱动芯片在高电平不小于3.3V的情况下，最大可以输出20V，驱动能力很强，系统响应时间也很短，只有50ns。驱动电路中，Dll为外部引导二极管；C25为外部引导电容，C25的选取与频率有关，如果频率很高，C25应变小，但其能量必须能够使得它能驱动后端的IGBT，因为在上管开通的过程实际是C25放电过程，电容过小会使得Vgs变小，Rdson变大，管温上升；C22为滤波电容。
[0035]电流采样电路是用来检测电机工作电流的。R43和R58是串接在H桥上的电流采样电阻。电机的工作电流跟R43、R58上的电压成正比，这个电压经U17A同相放大后，再经R42和C30低通滤波在输出。电机正常工作时，电流很小，在R43、R58上产生的电压降也小；当电机正常转动时流过线圈的电流是正常时的，通过AVR单片机的23、24、25脚循环实施监测。
[0036]本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属【技术领域】的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
[0037]尽管本文较多地使用了单片机、或非门等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
【权利要求】
1.一种变频洗衣机电子控制模块，其特征在于，包括单片机、驱动电路、采样电路、通讯电路和为整个电子模块供电的供电模块，所述单片机与通讯电路连接，所述驱动电路的输入端通过三组防死区保护电路与单片机连接，输出端与变频洗衣机的电机连接；所述采样电路的输入端连接驱动电路，输出端连接单片机；三组防死区保护电路分别对应单片机的U相输出、V相输出和W相输出，所述每组防死区保护电路包括两个或非门，第一或非门的第一输入端连接单片机的高电平输出端，第一或非门的第二输入端连接第二或非门的输出端，第二或非门的第一输入端和第二输入端都连接单片机的低电平输出端，驱动电路包括分别对应电机U相输入、V相输入和W相输入的三个驱动芯片，每组防死区保护电路各对应连接一个驱动芯片，第一或非门的输出端连接一个驱动芯片的高电平输入端，第二或非门的输出端连接此驱动芯片的低电平输入端。
2.根据权利要求1所述的变频洗衣机电子控制模块，其特征在于，还包括三针的可调电阻接口，所述可调电阻接口的第一针连接电源的+5V，第二针连接单片机，第三针接地，第二针还通过电容Cl连接第三针。
3.根据权利要求1或2所述的变频洗衣机电子控制模块，其特征在于，所述通讯模块包括RS485芯片和两个光耦，所述RS485芯片通过光耦连接单片机。
4.根据权利要求1或2所述的变频洗衣机电子控制模块，其特征在于，所述驱动电路的每个驱动芯片各对应连接两个MOS管；驱动芯片的高电平输出端连接第一个MOS管的栅极，第一个MOS管的漏极连接电源VPP，源极连接第二个MOS管的漏极；驱动芯片的低电平输出端连接第二个MOS管的栅极，第二个MOS管的源极连接通过采样电阻接地，漏极还连接电机的一个输入端。
5.根据权利要求4所述的变频洗衣机电子控制模块，其特征在于，所述采样电路包括三个放大器，所述每个放大器的输入端通过采样电路连接到驱动电路的一路输出端，放大器的输出端连接单片机。
【文档编号】H02P6/08GK203423641SQ201320583576
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年9月22日 优先权日:2013年9月22日
【发明者】祝鑫钧, 潘伟华, 范勇, 倪恒章 申请人:杭州和声电子有限公司