一种应用于豆浆机的无刷电机控制器的制作方法

本实用新型涉及控制器领域，具体涉及一种应用于豆浆机的无刷电机控制器。

背景技术：

由于无刷电机不存在换向器、电刷等部件，具有成本低、使用寿命长、抗电磁干扰、高速转动等优点，所以常被用在豆浆机中使用，豆浆机采用控制器控制，实现预热、打浆、煮浆和延时熬煮全过程的食品料理机，其中，现有豆浆机控制器由电机控制器和功能控制器组成，电机控制器用于控制电机转速、电机正反转，功能控制器控制豆浆机加热温度、液位检测、加热时间等功能，采用两组控制器造成成本浪费，而且现有的无刷电机由电机控制器通过控制霍尔传感器来启动的，一旦霍尔传感器发生故障，就不能正常使用，更换电机会降低豆浆机的使用寿命，增加用户成本，另外，现有电机时因每次处在不同负载条件下，速度不能保持一致，导致切割豆子效果时好时坏，不能满足使用需求。

技术实现要素：

针对现有技术所存在的缺陷，本实用新型提供了一种高度智能化、集成度高的、应用于豆浆机的无刷电机控制器，具体技术方案如下：

一种应用于豆浆机的无刷电机控制器，包括中央处理模块、市电转换模块、电机速度控制模块、电机正反转控制模块、电机电流检测及过电流保护模块、电机霍尔信号检测及保护模块、无传感器应急电机控制模块、液位检测模块、加热及温度控制模块、时间控制模块和声光控制模块，220V交流市电经市电转换模块输出高压直流电和低压直流电，高压直流电供电机运行，低压直流电供控制器运行，电机速度控制模块控制电机转速，电机正反转控制模块控制电机转轴正反转，电机电流检测及过电流保护模块检测电机运行时的电流值；若电流值大于额定电流则断电保护电机，电机为无刷直流电机，常态下，电机通过霍尔传感器负载启动，当霍尔传感器有故障，电机霍尔信号检测及保护模块检测到缺失霍尔信号，断开霍尔传感器保护电机的同时切换到无传感器模式，无传感器应急电机控制模块控制电机正常运行，液位检测模块检测豆浆机杯体内的液体高度，加热及温度控制模块控制豆浆机杯体升温加热到设定温度，时间控制模块控制电机运行时间和杯体保温时间，声光控制模块控制蜂鸣器和LED灯启动进行报警和提示。

作为本实用新型的一种优选方案，所述市电转换模块包括310V高压直流电转换电路和5V低压直流电转换电路，310V高压直流电转换电路包括保险丝F1、压敏电阻RV1、X电容C1、X电容C2、Y电容C3、共模电感L1、整流桥D1、滤波电容C4、泄流电阻R1和泄流电阻R2，220V交流市电经310V高压直流电路转换成310V高压直流电后输送到电机和5V低压直流电转换电路，5V低压直流电转换电路包括芯片U1、电容U5、电阻R3、电阻R4、滤波电容C6、二级管D2、电感L2、滤波电容C7、电容C81、电阻R5、滤波电容C9、电容C10、芯片U2、滤波电容C11和电容C12，310V高压直流电经5V低压直流电转换电路转换成5V低压直流电输送到控制器。

作为本实用新型的一种优选方案，所述无传感器应急电机控制模块采用过反电势零点检测电路判断电机转子位置，电机转子位置与预设的虚拟中点比较得到过零比较基准值，过零比较基准值信号输送到中央处理模块。

作为本实用新型的一种优选方案，所述无传感器应急电机控制模块依次采用定位、加速、自同步三段启动电机，定位阶段，给任意两相通电固定转子位置，以此时转子位置为初始位置；加速阶段，按固定相序给绕组通电，切换通电的频率逐渐增快，配合占空比的增加，每个换向向量完成后，注入此换向向量和下一个换向向量的短时脉冲并检测电流，通过两个检测电流的差值，判定转子更靠近哪个位置，电机进入自同步状态。

作为本实用新型的一种优选方案，所述电机速度控制模块包括驱动电路和IGBT单元，驱动电路设有驱动芯片U5、驱动芯片U6、驱动芯片U7，每个驱动芯片负责驱动一个桥臂的上下两个IGBT单元，通过控制IGBT单元的开通和关断时间来控制施加到电机的有效电压实现调压调速目的。

有益效果：本实用新型应用于豆浆机的无刷电机控制器，相对于现有技术，集成了电机控制、液位检测、温度控制、时间控制和声光控制等多种功能，使用方便，降低成本，而电机可通过霍尔传感器模式启动或无传感器模式启动，增加控制稳定性，避免故障，另外，电机速度闭环控制，匀速运转实现切割效果一致。

附图说明

图1是本实用新型控制器的功能方框图；

图2是本实用新型控制器的各模块方框图；

图3是本实用新型310V高压直流电转换电路和5V低压直流电转换电路的电路原理图；

图4是本实用新型驱动电路和IGBT单元的电路原理图；

图5是本实用新型反电势过零检测电路的电路原理图；

图6是本实用新型反电势过零检测时相电压和过零位置输出的数据表；

图7是本实用新型加速中转子与电流相对应的示意图；

图8是本实用新型霍尔模式和无传感器模式的切换示意图；

图9是本实用新型温度控制的方框图。

具体实施方式

首先，对文中出现的名词作一定解释，IGBT—Insulated Gate Bipolar Transistor、绝缘栅双极型晶体管，PWM—Pulse Width Modulation、脉冲宽度调制，LDO—low dropout regulator、低压差线性稳压器，X电容—Interferon Suppression Capacitance X2 (X1/X3) 、Class X2(X1/X3/MKP)抑制电源电磁干扰用电容器，Y电容—分别跨接在电力线两线和地之间（L-E，N-E）的电容，BUCK—降压式变换电路，

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步解释：

如图1和2所示，一种应用于豆浆机的无刷电机控制器，包括中央处理模块、市电转换模块、电机速度控制模块、电机正反转控制模块、电机电流检测及过电流保护模块、电机霍尔信号检测及保护模块、无传感器应急电机控制模块、液位检测模块、加热及温度控制模块、时间控制模块和声光控制模块，中央处理模块协调电机速度控制模块、电机正反转控制模块、电机电流检测及过电流保护模块、电机霍尔信号检测及保护模块、无传感器应急电机控制模块、液位检测模块、加热及温度控制模块、时间控制模块、声光控制模块相继动作。

220V交流市电经市电转换模块输出高压直流电和低压直流电，高压直流电供电机运行，低压直流电供控制器运行，电机速度控制模块控制电机转速，电机正反转控制模块通过改变输入电压的正反向从而控制电机转轴正反转，电机电流检测及过电流保护模块检测电机运行时的电流值；若电流值大于额定电流则断电保护电机，电机为无刷直流电机，常态下，电机通过霍尔传感器负载启动，当霍尔传感器有故障，电机霍尔信号检测及保护模块检测到缺失霍尔信号，断开霍尔传感器保护电机的同时切换到无传感器模式，无传感器应急电机控制模块控制电机启动正常运行，液位检测模块通过控制液位传感器检测豆浆机杯体内的液体高度，加热及温度控制模块控制豆浆机杯体升温加热到设定温度，时间控制模块控制通过定时器控制电机运行时间和杯体保温时间，声光控制模块控制蜂鸣器和LED灯启动进行报警和提示，控制器上设有按键，通过依次按压按键可切换电机速度控制模式、电机正反转控制模式、温度控制模式、时间控制模式、霍尔传感器与无传感器切换模式，在不同的模式下，用户在触摸屏上输送设定的数值，数值变成电信号会输送到中央处理模块，中央处理模块再相应的把数值输送到电机速度控制模块或电机正反转控制模块或电机霍尔信号检测及保护模块、无传感器应急电机控制模块或加热及温度控制模块或时间控制模块，完成相应动作，集控制电机和豆浆机功能于一身，减少成本，使用简单方便。

如图3所示，市电转换模块包括310V高压直流电转换电路和5V低压直流电转换电路，310V高压直流电转换电路和5V低压直流电转换电路形成整流电路，310V高压直流电转换电路包括保险丝F1、压敏电阻RV1、X电容C1、X电容C2、Y电容C3、共模电感L1、整流桥D1、滤波电容C4、泄流电阻R1和泄流电阻R2，220V交流市电经310V高压直流电路转换成310V高压直流电后输送到电机和5V低压直流电转换电路，5V低压直流电转换电路包括芯片U1、电容U5、电阻R3、电阻R4、滤波电容C6、二级管D2、电感L2、滤波电容C7、电容C81、电阻R5、滤波电容C9、电容C10、芯片U2、滤波电容C11和电容C12，芯片U1为LNK306高频BUCK电源芯片，高频有效减少电感L2的感值和体积，电阻R3、电阻R4为反馈电阻将输出的电压反馈回芯片U1，根据此信号芯片U1自动调节占空比，使输出电压更稳定达到期望值，芯片U2为LM805芯片，芯片U1、电容U5、电阻R3、电阻R4、滤波电容C6、二级管D2、电感L2、滤波电容C7、电容C81、电阻R5先把310V高压直流电转换成12V电压，12V电压供IGBT单元使用，12V电压再经电容C10、芯片U2、滤波电容C11、电容C12转换成5V低压直流电输送到控制器，供逻辑运算使用。

如图4所示，电机速度控制模块包括驱动电路和IGBT单元，驱动电路设有驱动芯片U5、驱动芯片U6、驱动芯片U7，驱动芯片U7连接有电阻R10、二极管D5、电容C40、电容C41、电阻R39、电阻R40，驱动芯片U5连接有电阻R41、二极管D6、电容C42、电容C43、电阻R42、电阻R43，驱动芯片U6连接有电阻R44、二极管D7、电容C44、电容C45、电阻R45、电阻R46，二极管D5、电容C41组成自举电路，二极管D6、电容C43组成自举电路，二极管D7、电容C45组成自举电路，每个驱动芯片负责驱动一个桥臂的上下两个IGBT单元，即驱动芯片U7驱动IGBT单元Q1、IGBT单元Q4，驱动芯片U5驱动IGBT单元Q2、IGBT单元Q5，驱动芯片U6驱动IGBT单元Q2、IGBT单元Q5，电阻R47连接IGBT单元Q1的栅极，R48连接IGBT单元Q4的栅极，R49连接IGBT单元Q2的栅极，R50连接IGBT单元Q5的栅极，R51连接IGBT单元Q3的栅极，R52连接IGBT单元Q6的栅极，连接栅极的电阻大小直接影响驱动IGBT单元的电流大小，进而影响IGBT单元充电速度的快慢，即开关速度，通过控制IGBT单元的开通和关断时间来控制施加到电机的有效电压实现调压调速目的，同时，IGBT单元下方连接有运算放大电路和低通滤波电路，大功率小阻值电阻R59为采样电阻，电机运行时的电流信号经电阻R59转换为电压信号，电压信号通过运算放大电路和低通滤波电路，然后通过模数转换器将模拟的此电压信号转换为数字信号，用以实现电机电流检测及过电流保护模块的电流检测和过流保护。

如图5和6所示，无传感器应急电机控制模块采用反电势过零点检测电路判断电机转子位置，电机转子位置与预设的虚拟中点比较得到过零比较基准值，过零比较基准值信号输送到中央处理模块，这种方式相对通过反电势和供电电压的一半进行比较来得到反电势过零点的位置而言，消除了电阻存在温漂和阻值偏差的缺陷，减少过零比较基准值波动，位置检测更准确，其中反电势过零点检测电路的R22和R23为分压电阻，将过高的端电压降至后续比较器输入允许范围；R24和C21组成低通滤波网络，滤除端电压中的PWM信号；R26,R31,R37组成虚拟分压网络，分别作为比较器的反向端输入；其中R21+R25的值可以改变比较器输出的灵敏度，其值越大，灵敏度越高，但是也更容易受到干扰，该比较器的输出经过上拉电阻即可送到单片机中，作为位置判断信号。

具体的，所述无传感器应急电机控制模块依次采用定位、加速、自同步三段启动电机，定位阶段，当检测到转子位置时，给任意两相通电固定转子位置，以此时转子位置为初始位置；加速阶段，按固定相序给绕组通电，切换通电的频率逐渐增快，配合占空比的增加，每个换向向量完成后，注入此换向向量和下一个换向向量的短时脉冲并检测电流，通过两个检测电流的差值，判定转子更靠近哪个位置，电机进入自同步状态，加速时转子各位置与电流差值的对应如图7所示。

本实用新型的控制器为了增加系统的可靠性，如图8所示，采用电机霍尔信号检测及保护模块、无传感器应急电机控制模块两种并存的霍尔和无传感器模式工作模式，当霍尔信号正常时，采用霍尔传感器得到的转子位置进行控制；当霍尔信号缺失，采用无传感器模式的反电势过零检测得到的转子位置进行控制电机，该方法简单可靠，易于实现，且使得系统鲁棒性增强。

如图9所示，温度控制是豆浆机必不可少的功能，加热部分通过220V，交流直接加热，交流电直接供给可控硅，通过加热及温度控制模块控制可控硅的占空比来控制施加到加热丝上的功率。实际控制中PWM的频率为交流电频率，即50Hz，通过控制占空比控制施加到加热丝上的有效电压，即功率控制，可控硅控制加热丝的有效电压达到预设温度,在此升温过程中, 通过负温度系数的热敏电阻（NTC）检测豆浆液体的温度，并把检测数据传输到中央处理模块，形成温度闭环控制。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明，对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。