[发明专利]一种电子换向无刷直流单相风机电路及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种风机电路及其实现方法，更具体说，它涉及一种电子换向无刷直流单相风机电路及其控制方法。

背景技术

无刷直流电机是相对于传统的有刷直流电机而言。传统的有刷直流电机，其运行需要机械换向，通常是依靠电刷。电刷换向时，由于电刷和转子之间的机械摩擦，会减少电刷寿命，并且可能会产生电火花。无刷直流电机的出现就是为了弥补机械换向的不足，使用半导体开关器件代替机械换向器，并在控制器的作用下完成电机的换向。

无刷直流电机由绕线的定子、永磁的转子和控制板组成。目前定子绕线方式多采用三相对称星形接法，类似与三相异步电机。转子使用永磁的钕铁硼或铁氧体等磁性材料，转子转动时会在定子内产生交变的感应电动势。为了检测转子的位置，在电机里会安装霍尔位置传感器。控制板由半导体开关器件和集成电路构成。无刷直流电机的一个不足是，必须要增加电子控制器才能运转。无刷直流电机的控制器，需要根据转子的位置，来控制开关器件，完成电机的换向。同时，通过调节电机两端的输入电压，实现调速。因此，控制器的设计是否可靠合理，直接关系到整机的性能和可靠性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种结构合理，简单可靠的电子换向无刷直流单相风机电路及其控制方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。这种电子换向无刷直流单相风机电路，包括用于给电机和开关电源供电的交流整流电路、用于产生低压电源供给控制器和外围器件的开关电源电路、用于控制电机电流交变的逆变换向电路、用于提供当前转子的位置信息的转子位置传感器电路、用于电机绕组电流反馈的电流采样电路和用于完成电机的换向、电流的调节的控制器。

作为优选：所述交流整流电路由电磁滤波器、桥式整流器和电容滤波器组成。

作为优选：所述转子位置传感器电路由安装在永磁转子处的霍尔位置传感器组成，霍尔位置传感器信号端接至控制器的I/O口。

作为优选：所述电流采样电路由用于检测电机定子绕组电流的采样电阻信号接入到控制器的A/D口，通过控制器的A/D转换器将模拟电压信号转换成数字信号。

作为优选：所述逆变换向电路包括由四个半导体功率开关器件V1、V2、V3、V4构成的H桥电路；功率开关器件由N沟道MOSFET构成，并且集成反向续流二极管；每一个桥臂的上管连接到整流滤波后的直流电源，桥臂的下管经采样电阻接地；电机绕组的两根线分别接到两个桥臂的中间。

作为优选：所述控制器的I/O口通过驱动电路分别连接四个开关器件V1、V2、V3、V4；当控制器I/O口输出导通电平，通过驱动电路将连接的开关器件置于开通状态；当控制器I/O口输出关断电平，通过驱动电路将连接的开关器件置于关断状态。

这种电子换向无刷直流单相风机电路的控制方法：

控制器开始工作时，首先检测霍尔传感器的信号，确定当前转子所在的位置；当检测到霍尔信号为高电平，控制V1，V4导通，便会有电流从VDC经V1、绕组、V4到地，给电机注入激励；在定子绕组内有电流经过后，线圈会产生磁场；定子的磁场和转子的磁场产生相互作用，推动转子前进；

在转子位置不发生N、S交替时，V4一直导通，V1进行脉宽调制；在V1开通期间，电流经过V1、绕组、V4、采样电阻到地；在V1关断期间，绕组由于电感量较大，内部仍积蓄有较多能量，电流继续从绕组、V4、V2，再到绕组，形成一个闭合的续流回路，线圈继续通电产生磁场，对转子产生推力；在到下一个调制周期后，V1继续导通一定时间，继续补充给电机的激励；在导通预定时间后关断，重复续流的过程；

在转子旋转到发生N、S交替时，霍尔传感器会检测到，并发生电平翻转，通知控制器；控制器得到该信号后，关闭V1、V4，打开V2，V3，强制电机电流方向发生改变，将定子的磁场也同时发生翻转，继续跟随转子的磁场，从而对转子产生持续的推动力；V2，V3导通期间，同样是V2进行脉宽调制，V3常开，过程跟V1，V4完全相同；

如上循环往复，控制器根据传感器的信号，控制V1、V4或者V2、V3导通，使电机绕组不断产生正负交替的电流，完成换向。