无刷直流电机的驱动控制装置制造方法
【专利摘要】一种无刷直流电机的驱动控制装置，包括：驱动专用控制器，输出PWM控制信号来控制无刷直流电机的驱动；电机转速控制器，根据从驱动专用控制器接收的与电机转速相关的信号，输出包括第一和第二控制电压电平的转速控制信号；晶体管，根据输入到晶体管的基极的所述转速控制信号，晶体管工作在放大或截止状态；其中，当电机转速控制器输出第一控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在截止状态，驱动专用控制器的用于控制电机转矩的输入电压仅基于正常设计而产生的电压，晶体管对用于控制电机转矩的输入电压没有调整；当电机转速控制器输出第二控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在放大状态时，驱动专用控制器的用于控制电机转矩的输入电压受到晶体管集电极输出的调整。
【专利说明】无刷直流电机的驱动控制装置
【技术领域】
[0001] 本发明一般地涉及一种用于无刷直流电机的驱动控制装置。更具体地，涉及一种 用于无刷直流电机的具有空载转速限制的驱动控制装置。
【背景技术】
[0002] BD6209FS是ROHM公司专门针对驱动变频空调的风扇的无刷直流电机设计的一种 低成本的正弦波驱动的专用控制器。该专用控制器是全硬件电路，内置正弦波发生器，具有 常规MCU控制无法比拟的抗干扰能力。
[0003] 由于无刷直流电机为感性负载，因此电机的相电流滞后于相电压，即电机相电流 滞后于反电势。只有当电机相电流与反电势同步时，电机的效率才能达到最优。适当调整 相电压和相电流之间的超前角，可使相电流与反电势同相位，提高电机的输出转矩，提高电 机驱动的系统效率。
[0004] 但是对于超前角的控制，BD6209AFS做的还不够完善。参见图1，图1是ROHM推荐 的BD6209FS控制器线路连接的简化示例图。
[0005] 在图1中，控制器U1选用芯片BD6209FS来实现，控制器U1输出6路PWM控制信 号到功率驱动模块2,功率驱动模块2对无刷直流电机3进行驱动。
[0006] 在图1所示的ROHM推荐的电路中，选用BD6209AFS的控制器U1的设定电机超前 角的PC 口的电压是通过U1自身的VREG 口提供的5V电压经过分压电阻R1、R2分压后送给 超前角PC 口，所以超前角PC 口的电压经过分压后基本是固定不变的。该分压值通常是根 据电机额定负载时的情况调整电阻器Rl、R2的分压比来设定的。
[0007] 如图1所示的ROHM推荐的电路所示，设定超前角的PC电压可根据实际负载选取。 通常，设定超前角的PC电压是根据额定负载选取的。在额定负载下为电机选择了合适的超 前角之后，电机的超前角就不能够随负载的变化而变化，即无论电机处于空载状态时的超 前角还是处于负载状态时的超前角都不能够随负载情况而变化。因此，在电机空载时，基于 额定负载设定的PC电压会使得超前角太大，这样就会导致电机转速过高，电机转速可高达 lOOOOr/min以上。电机空载转速过高会存在诸如加速电机的轴承等元器件的磨损及老化的 危险性，而且不便检测、对轴承的寿命有较大的负面影响。
[0008] 具体地，针对空调的风扇负载，设定电机超前角的PC 口的电压设定值通常在IV? 2. 2V。当超前角PC电压设置为2. 2V时，电机在额定负载时能在很高的效率下工作，但是 如果撤去额定负载（例如，空调风扇与电机因故而不连接时），即空载时，则由于PC脚的 电压是由基于5V分压得到的，所以还是为2. 2V，此时电机的空载转速将会很高，甚至达到 10000r/min左右，这对于空调风扇电机的寿命是有很大影响的。
[0009] 此外，如果电机轴与负载连接不可靠，电机就工作在空载或轻负载下，电机的转速 也会远远高于负载时的转速，如果长期空载或轻载运行会导致电机的轴承磨损加剧，噪音 增大，使电机失效。
[0010] 因此，有必要解决电机空载时的超前角过大导致空载转速过高的问题，提出一种 在针对超前角的设定固定时，限制电机空载转速的控制方案。
【发明内容】
[0011] 根据本发明的一方面，提供了一种用于无刷直流电机的驱动控制装置，包括：驱动 专用控制器，输出PWM控制信号来控制无刷直流电机的驱动；电机转速控制器，根据从驱动 专用控制器接收的与电机转速相关的信号，输出包括第一控制电压电平和第二控制电压电 平的转速控制信号；晶体管，电机转速控制器输出的转速控制信号输入到晶体管的基极，根 据所述转速控制信号，晶体管工作在放大或截止状态；其中，当电机转速控制器输出第一 控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在截止状态，驱动专用控制器的用于控制电 机转矩的输入电压仅仅基于正常设计而产生的电压，晶体管对用于控制电机转矩的输入电 压没有调整；当电机转速控制器输出第二控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在 放大状态时，驱动专用控制器的用于控制电机转矩的输入电压受到晶体管集电极输出的调 整。
[0012] 其中，驱动专用控制器选用ROHM公司的芯片BD6209FS来实现，电机转速控制器选 用SANYO公司的芯片LB8503V来实现。
[0013] 其中，与电机转速相关的信号是BD6209AFS的FG0 口输出与转速成一定关系的方 波信号。
[0014] 其中，第一控制电压电平是0. 8V ;第二控制电压电平是6. 2V。
[0015] 其中，无刷直流电机为87SWS正弦波塑封无刷直流电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 通过以下仅作为示例的并且结合附图的所写描述，对于本领域一位技术人员来 说，本发明的示例实施例将更好理解并且更明显，附图中：
[0017] 图1是ROHM推荐的BD6209FS控制器线路连接的简化示例图；以及
[0018] 图2示出了根据本发明的用于无刷直流电机的具有空载转速限制的驱动控制装 置。
【具体实施方式】
[0019] 本发明主要针对空载时电机转速会很高，带负载时电机转速会正常的现有技术问 题，对电机空载转速进行限制以防止电机空载时转速过快加速电机轴承等元器件的磨损及 老化。下面结合附图详细说明本发明的原理。
[0020] 图2示出了根据本发明的用于无刷直流电机的具有空载转速限制的驱动控制装 置。
[0021] 无刷直流电机例如为87SWS正弦波塑封无刷直流电机，用于带动空调的风扇。风 扇作为无刷直流电机的负载。
[0022] 根据本发明的用于无刷直流电机的具有空载转速限制的驱动控制装置例如选用 SANYO公司的用于直流风扇电机速度控制的单片数字集成芯片LB8503V以及ROHM公司的用 于三相无刷直流电机控制的芯片BD6209FS。当然，也可以选用其他公司的类似的芯片。
[0023] 本发明的驱动控制装置的LB8503V基于所输入的风扇电机转速是否过高而在 LB8503V的E03 口反馈数值为大约0. 8或大约6. 2V的电压信号，该反馈的电压再经过电阻 器R2、R3的合理适当的分压进入三极管Q1的基极，通过三极管Q1组成的放大电路来调整 BD6209FS的EC控制端电压，EC控制端控制电机的转矩大小，进而控制电机的转速高低。本 发明能够在风扇电机空载转速过高时对EC控制电压值进行调整，从而实现了对电机空载 时转速的限制。
[0024] 本发明驱动控制装置的BD6209FS的控制电机转矩大小的EC 口电压值的大小直接 决定了电机的转速，故使在电机空载高转速时通过上述方式降低EC 口的电压值，则最终可 达到降低或限制风扇电机转速的目的。参见图2,在电机空载高转速时，通过对三极管Q1的 放大电路进行控制使得基于VSP电压的EC 口电压降低。其中，VSP电压由控制电机的主控 板提供，外接控制电机的主控板控制电机需要310V高压电源给线圈供电，15V低压电压给 芯片供电，其中的VSP调速电压一般为2. IV - 6. 5V，以控制电机运转速度。
[0025] 但在电机的风扇负载正常时应取消对基于VSP电压的EC 口电压的调整，在正常负 载转速时通过BD6209FS本身预先设定好的超前角电路使电机在负载点工作在效率最高区 域。
[0026] 这样可以有效地解决现有技术中存在的上述问题。
[0027] 本发明的驱动控制装置的针对电机空载转速的限制原理如下：电机的转速会通过 BD6209AFS的FG0 口输出与转速成一定关系的方波信号，转速越高，方波信号的频率越高。 限速模块LB8503V的E03 口会根据FGIN 口输入的方波信号与RC 口外围的R4、C2值进行判 定，输出相应的电压值。具体地，当FGIN检测到的方波频率高于RC 口设定值时，E03输出 大约0. 8V，当FGIN检测到的方波频率低于RC 口设定值时，E03输出大约6. 2V。
[0028] 当电机空载时的转速高于设定的转速时，使得LB8503V的E03 口输出大约6. 2V，经 过分压电阻R2、R3分压使三极管Q1工作在放大区域，然后通过包括串联在VSP电压和三极 管Q1的集电极之间的电阻器R5、R1形成的集电极通路来将连接到电阻器R5、R1公共节点 的BD6209芯片的EC引脚电压拉低，最终降低或限制电机转速。
[0029] 当电机工作在负载状态时，电机转速小于设定的最高转速时，使得LB8503V的E03 输出大约0. 8V，经过分压电阻R2、R3分压不能使三极管Q1启动，三极管Q1工作在截止状 态，则控制电机转矩的EC输入电压仅仅基于BD6209芯片EC引脚的正常设计而产生的电 压，此时，EC引脚电压基于经由电阻器R5连接到EC引脚的VSP电压而产生，三极管Q1不 会对EC控制电压进行调整，即不会对电机速度进行限制，并且由于之前已经设置好合适的 超前角，故此时使电机工作在最佳效率点。
[0030] 本发明的驱动控制装置在需要限制电机空载转速时通过调整基于VSP控制电压 的EC输入电压能够降低电机空载转速并且同时使电机负载时工作在效率最高区域。在不 需要限制电机空载转速时，VSP控制端直接连接至EC端控制电机速度，其中，VSP电压值由 外接主板控制，此时，通过对外接主板提供的VSP电压值进行降压调整已符合EC端电压值 要求。
[0031] 通过LB8503V和简单的外围电子元件就能够实现本发明的驱动控制装置，通过本 发明的驱动控制装置的限速电路可以解决电机空载转速高的问题，同时又保证电机负载点 性能达到预期要求，并且验证在负载点有很高的效率。
[0032] 对于本领域普通技术人员而言，显而易见的是，基于本发明的思路，可以选用其他 的限速电路来实现本发明的驱动控制装置。
[0033] 虽然已经如此描述了以上示例实施例，但是将理解可以进行各种修改、替换和/ 或变化。本领域技术人员将理解，可以对特定实施例进行其他改变和/或修改，而不脱离如 宽泛地描述的本发明的精神或范围。因此，无论从哪一点来看都要将本实施例认为是说明 性的而不是限制性的。
【权利要求】
1. 一种用于无刷直流电机的驱动控制装置，包括： 驱动专用控制器，输出PWM控制信号来控制无刷直流电机的驱动； 电机转速控制器，根据从驱动专用控制器接收的与电机转速相关的信号，输出包括第 一控制电压电平和第二控制电压电平的转速控制信号； 晶体管，电机转速控制器输出的转速控制信号输入到晶体管的基极，根据所述转速控 制信号，晶体管工作在放大或截止状态； 其中，当电机转速控制器输出第一控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在截 止状态，驱动专用控制器的用于控制电机转矩的输入电压仅仅基于正常设计而产生的电 压，晶体管对用于控制电机转矩的输入电压没有调整； 当电机转速控制器输出第二控制电压电平的转速控制信号时，晶体管工作在放大状态 时，驱动专用控制器的用于控制电机转矩的输入电压受到晶体管集电极输出的调整。
2. 如权利要求1所述的驱动控制装置，其中 驱动专用控制器选用ROHM公司的芯片BD6209FS来实现，电机转速控制器选用SANYO 公司的芯片LB8503V来实现。
3. 如权利要求2所述的驱动控制装置，其中 与电机转速相关的信号是BD6209AFS的FG0 口输出与转速成一定关系的方波信号。
4. 如权利要求3所述的驱动控制装置，其中 第一控制电压电平是0.8V; 第二控制电压电平是6. 2V。
5. 如权利要求1所述的驱动控制装置，其中 无刷直流电机为87SWS正弦波塑封无刷直流电机。
【文档编号】H02P6/08GK104065313SQ201410337488
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】池晓峰, 孙志平, 朱卫东 申请人:常州乐士雷利电机有限公司