CN112260594A - 有刷直流电机及其驱动控制电路、空调 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有刷直流电机及其驱动控制电路、空调，该驱动控制电路包括波形转换电路，接收脉冲调制信号发生电路输出的脉冲调制信号，并将脉冲调制信号转换成预设波形信号，预设波形信号为电平变化边缘具有斜率变化的信号；还包括运算积分电路，用于接收波形转换电路输出的预设波形信号，并将预设波形信号经过积分后输出至场效应管，场效应管的栅极连接至运算积分电路的输出端，场效应管的源极或者漏极与有刷直流电机的电机本体电连接。有刷直流电机具有上述驱动控制电路，该空调具有上述的有刷直流电机。本发明可以精确的对流经有刷直流电机的电流进行控制，提高有刷直流电机转速的控制准确性。

Description

有刷直流电机及其驱动控制电路、空调

技术领域

本发明涉及电器的控制领域，具体的，涉及一种有刷直流电机以及这种电机的驱动控制电路、具有这种有刷直流电机的空调。

背景技术

新能源汽车使用的空调使用有刷直流电机，通常，有刷直流电机设置有一个驱动控制电路，驱动控制电路控制加载到有刷直流电机的电流，从而控制有刷直流电机的转速。随着电力电子技术的发展，人们对有刷直流电机的驱动控制电路要求越来越精确，运行可靠性要求越来越高。

由于有刷直流电机的工作特性，在加载电流后有刷直流电机随即运行，在加载到有刷直流电机的电压保持恒定的情况下，流经到有刷直流电机的电流越大，有刷直流电机的功率越大，转速越高。目前大多数有刷直流电机的驱动方式是等级调节的驱动方式，即驱动控制电路控制流经有刷直流电机的电流是预先设定的多个等级，每一个等级的电流大小是固定的，也就是目前的有刷直流电机的电流调节不是无级调节，这种控制方式下，流经有刷直流电机的电流范围小，输出功率的范围也很小，并且难以实现对有刷直流电机的转速精准调节。

现有的一些有刷直流电机的控制方式是通过脉冲调制信号进行控制，例如通过调节脉冲调制信号的占空比来控制加载到有刷直流电机的电压，并且通过采集有刷直流电机的实际电压来进行PID计算，进而对脉冲调制信号的占空比进行调整。这个方案实际上是对有刷直流电机的电压进行调整，并不是对有刷直流电机的电流进行调整，现有的这种方式主要是让有刷直流电机的电压保持稳定，但无法实现对有刷直流电机的转速进行精确的控制。

发明内容

本发明的第一目的是提供一种精准对电流进行调节的有刷直流电机的驱动控制电路。

本发明的第二目的是提供一种具有上述有刷直流电机的驱动控制电路的有刷直流电机。

本发明的第三目的是提供一种具有上述有刷直流电机的空调。

为实现本发明的第一目的，本发明提供的有刷直流电机的驱动控制电路包括波形转换电路，接收脉冲调制信号发生电路输出的脉冲调制信号，并将脉冲调制信号转换成预设波形信号，预设波形信号为电平变化边缘具有斜率变化的信号；还包括运算积分电路，用于接收波形转换电路输出的预设波形信号，并将预设波形信号经过积分后输出至场效应管，场效应管的栅极连接至运算积分电路的输出端，场效应管的源极或者漏极与有刷直流电机的电机本体电连接。

由上述方案可见，通过将脉冲调制信号进行波形转换，形成正如锯齿波等预设波形信号，在通过运算积分电路对预设波形信号进行积分计算形成电压稳定的模拟信号，通过该模拟信号控制场效应管的工作。由于场效应管的输出电流与控制电压之间接近于线性关系，即控制电压越高，输出电流越大，因此，通过对脉冲调制信号的占空比的调节，可以精确的调整加载到场效应管栅极的控制电压，进而精确的对场效应管的输出电流进行调整，这样，可以精确的调整流经电机本体的电流，进而对有刷直流电机的转速进行精确的控制。

一个优选的方案是，该驱动控制电路还包括电机电压检测电路，电机电压检测电路采集电机本体两端的电压，并计算电机本体的两端电压差。

由此可见，通过电机电压检测电路对电机本体两端的电压进行检测，一旦电机本体两端的电压过高或者电压过低，将发出提示，从而确保电机本体两端的电压保持恒定，使得电机的输出功率跟随流经电机本体的电流大小的变化而变化，从而通过对电流大小的控制实现有刷直流电机的转速控制。

进一步的方案是，电机电压检测电路包括减法电路，减法电路的第一输入端连接至电机本体的电压输入端，减法电路的第二输入端连接至电机本体的电压输出端。

可见，通过减法电路可以简单的实现对电机本体两端电压的采集与计算，降低电机电压检测电路的实现难度，也降低驱动控制电路的生产成本。

更进一步的方案是，运算积分电路包括运算放大器，运算放大器的第一输入端接收电机电压检测电路输出的信号，运算放大器的第二输入端接收波形转换电路输出的信号，运算放大器向运算RC积分电路输出信号。

由此可见，通过运输放大电路接收电机电压检测电路输出的信号，实现电机本体电压信号的反馈，从而实现电机本体驱动的闭环调节，当电机本体两端电压波动增大时，例如接近于运算放大器的反向输入端电压，则可以使得运算放大器输入端电流减小，使得场效应管栅极电压趋于稳定，从而增加有刷直流电机的工作稳定性。

更进一步的方案是，运算RC积分电路包括并联连接的第一电阻与第一电容。

使用并联连接的电容与电阻实现运算RC积分电路，可以使得运算RC积分电路结构简单，有利于降低驱动控制电路的生产成本。

更进一步的方案是，运算RC积分电路的时间常数大于预设波形信号的周期。

由此可见，将运算RC积分电路的时间常数设置较大，例如远大于预设波形信号的周期，可以确保预设波形信号能够更好的形成电压稳定的模拟量，从而更好的对场效应管的电压进行控制。

更进一步的方案是，波形转换电路为RC积分电路，且RC积分电路包括并联连接的第二电阻与第二电容。

可见，使用RC积分电路能够更好的将脉冲调制信号更好的转换成锯齿波或者正弦波、余弦波等波形信号，从而提高对电机本体电流控制的稳定性。

为实现上述的第二目的，本发明提供的有刷直流电机包括电机本体以及上述的有刷直流电机的驱动控制电路。

为实现上述的第三目的，本发明提供的空调包括上述的有刷直流电机。

附图说明

图1是场效应管控制电源与输出电流的特性曲线图。

图2是本发明有刷直流电机的驱动控制电路实施例的电原理图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

本发明的有刷直流电机的驱动控制电路应用在有刷直流电机上，优选的，该有刷直流电机应用在新能源汽车上。

有刷直流电机及其驱动控制电路实施例：

本实施例利用场效应管的控制电压-输出电流的特性对有刷直流电机进行控制。参见图1，当加载在场效应管栅极的控制电压增加时，场效应管的输出电流将跟随控制电压的增加而增加，从图1可见，场效应管的输出电流与控制电压之间接近于线性关系，因此，通过调节加载到场效应管栅极电压的大小，可以对场效应管的输出电流进行精确的控制。本实施例正是利用这一原理对有刷直流电机的电流进行精确控制，从而控制有刷直流电机的功率，进而对有刷直流电机的转速进行控制。

参见图2，本实施例的有刷直流电机包括电机本体M1，电机本体M1包括转子与定子，定子上设置有线圈，通过向定子线圈加载预设电压值的直流电压，并且控制流经线圈的电流，可以控制有刷直流电机的功率，从而对有刷直流电机的转速进行控制。具体的，本实施例是通过脉冲调制信号(PWM信号)对有刷直流电机进行控制，先将脉冲调制信号转换成预设波形的信号，例如转换成锯齿波，然后对锯齿波进行积分，形成模拟电压信号，再将模拟电压信号输出至场效应管，通过控制场效应管的输入电压来控制场效应管的输出电流，将场效应管与电机本体M1串联，这样，通过场效应管的输出电流也是流经电机本体M1的电流，当加载到电机本体M1的电压恒定的情况下，通过对流经电机本体M1的电流大小的控制，可以实现有刷直流电机的功率控制，进而实现对有刷直流电机的转速控制。

由于脉冲调制信号的占空比可以调节，当脉冲调制信号的占空比增大时，其有效电压升高，场效应管的栅极所接收到的控制电压也随即升高，输出电流也相应增大；当脉冲调制信号的占空比减小时，其有效电压减小，场效应管的栅极所接收到的控制电压也随即减小，输出电流也相应减小。因此，通过控制脉冲调制信号的占空比，可以改变场效应管的输出电流，进而实现对有刷直流电机的转速控制。

有刷直流电机的驱动控制电路包括波形转换电路11，波形转换电路11接收脉冲调制信号发生电路20输出的脉冲调制信号。从图2可见，波形转换电路11包括电阻R11、电阻R12以及电容C2、电容C3，其中，电阻R12与电容C2、电容C3并联，因此，电阻R12与电容C2、电容C3构成RC积分电路，电阻R11的一端连接至脉冲调制信号发生电路20，另一端连接至RC积分电路。

脉冲调制信号经过电阻R11后输入至RC积分电路，由于电容C2、电容C3两端的电压不能突变，因此，脉冲调制信号经过RC积分电路后将变成锯齿波。当然，如果对RC积分电路的参数进行调整，可以使得脉冲调制信号经过RC积分电路后形成正弦波或者余弦波等其他预设波形的信号，这些预设波形的信号均为电平变化边缘具有斜率变化的信号，例如锯齿波的电平上升边缘与电平下降边缘的斜率不同，或者正弦波、余弦波的电平上升边缘、电平下降边缘自身的斜率就是变化的。

以锯齿波信号为例，由于锯齿波信号是脉冲调制信号经过RC积分电路形成的，因此，锯齿波信号的周期与脉冲调制信号的周期相同，即锯齿波信号的频率跟随脉冲调制信号的频率变化，且锯齿波信号的幅值由脉冲调制信号的幅值决定，而锯齿波信号的峰峰值由电容C2的电容值大小决定，电容C2的电容值越大，其放电时间越长，锯齿波信号的峰峰值小；电容C2的电容值越小，其放电时间越短，锯齿波信号的峰峰值大。

波形转换电路11输出的预设波形信号将输出至运算积分电路12，运算积分电路12将预设波形信号经过积分后输出至场效应管Q1，从图2可见，场效应管Q1的栅极连接至运算积分电路12的输出端，场效应管Q1的源极有刷直流电机的电机本体M1电连接，场效应管Q1的漏极接地。当然，实际应用时，也可以是将场效应管Q1的漏极连接至电机本体M1。

运算积分电路12包括运算放大器U2，运算放大器U2的正向输入端连接至波形转换电路11的输出端并接收波形转换电路11输出的预设波形信号，例如接收锯齿波信号。运算放大器U2的输出端连接至电阻R9，电阻R9的另一端连接有运算RC积分电路，本实施例中，运算RC积分电路包括并联连接的电阻R9与电容C5，此外，电容C5还与二极管D1并联，二极管D1的阳极端接地，阴极端连接至运算积分电路12的输出端。此外，运算放大器U2的输出端与反向输入端之间连接有电容C4。

运算RC积分电路的时间常数τ由电阻R5与电容C5的参数决定，具体的，时间常数τ＝RC，即电阻R5的电阻值与电容C5的电容值的乘积，本实施例中，运算RC积分电路的时间常数τ远大于预设波形信号的周期T，也就是远大于脉冲调制信号的周期。运算RC积分电路的输出端连接至场效应管Q1的栅极，也就是向场效应管Q1输出控制电压。由于电容C5两端的电压不能突变，当锯齿波信号经过运算RC积分电路时，在电容C5充放电的电压调节下，运算RC积分电路输出的电压波形接近于一条平直的直线。当脉冲调制信号的幅值一定时，通过对脉冲调制信号的占空比的调节，可以改变运算RC积分电路输出的模拟信号的电压值的大小。脉冲调制信号的占空比越大，输出的模拟信号的电压值越大，从而使得场效应管Q1的栅极电压越大。这样，通过对脉冲调制信号的占空比的调节，可以改变运算积分电路12输出的电压，从而调节场效应管Q1的控制电压，当场效应管Q1的控制电压改变后，其输出电流也相应改变。由于场效应管Q1的漏极连接至电机本体M1，当流经场效应管Q1的电流增加，流经电机本体M1的电流也相应增加，在电机本体M1的电压恒定的情况下，有刷直流电机的功率增加，从而提高有刷直流电机的转速。可见，本实施例通过场效应管Q1的控制电压-电流输出特性，实现了小电压控制大电流的目的。

有刷直流电机的驱动控制电路还包括电机电压检测电路13，电机电压检测电路13分别连接至电机本体M1的两端，即电压输入端以及电压输出端，并分别采集电机本体M1电压输入端与电压输出端的电压值，通过减法电路计算电压输入端与电压输出端的电压值的差值，从而计算出电机本体M1的实际电压。

电机电压检测电路13包括减法电路，该减法电路包括运算放大器U1，电机本体M1的电压输入端通过电阻R1、R7将电压信号输出至运算放大器U1的正向输入端，电机本体M1的电压输出端端通过电阻R2、R3将电压信号输出至运算放大器U1的反向输入端，此外，电阻R3与电阻R4串联，因此电阻R3与电阻R4将对输入的电压进行分压。运算放大器U1的输出端通过电阻R6连接至电机电压检测模块21，电机电压检测模块21可以是一个单片机。

减法电路计算电机本体M1的电压输入端与电压输出端之间的电压差值，该电压差值即为电机本体M1的实际电压值。电机电压检测模块21接收到该电压差值后，对该电压差值进行判断，例如判断电压差值是否过高或者过低，如果电机本体M1的实际电压过高或者过低，将发出提示信息，甚至停止有刷直流电机的运行，例如停止脉冲调制信号的输出，从而使得场效应管Q1的栅极电压为零，电机本体M1将没有电流流经，从而停止有刷直流电机的运行。

当然，电机电压检测模块21在有刷直流电机停止运行后仍继续监控电机本体M1的电压，如果电机本体M1的电压恢复到正常范围，则继续脉冲调制信号发生电路20输出脉冲调制信号，有刷直流电机将继续运行。

此外，运算放大器U1的输出端还通过电阻R5将电压差值的信号输出至运算放大器U2的反向输入端，从而形成了对电机本体M1电压的反馈控制。当电机本体M1的电压波动增大时，运算放大器U1输出的电压值的波动也随即增大，当运算放大器U1输出的电压值接近于运算放大器U2的反向输入端电压时，电阻R5两端的电压差减小，使流经电阻R5的电流减小，对运算放大器U2反向输入端的电流影响也减小，因此，电机本体M1电压的波动不会对RC积分电路造成很大的干扰，从而使得场效应管Q1的栅极电压趋于稳定，电机本体M1的功率稳定，增强有刷直流电机运行的稳定性。

本实施例通过将脉冲调制信号转换成预设波形信号后，再通过RC积分电路将预设波形信号转换成模拟信号，通过对脉冲调制信号的占空比进行调整，可以调整加载到场效应管的控制电压，从而实现对场效应管输出电流的控制，进而控制有刷直流电机的转速。这样，有刷直流电机的电流可以实现无级调节，并且可以精准的对电流大小进行控制，提高有刷直流电机转速控制的稳定性与精确度。此外，由于场效应管输出的电流幅度范围大，可以提高有刷直流电机的电流调整幅度，满足更多场合的使用需求。

空调实施例：

本实施例的空调是可以是应用在新能源汽车上的空调，当然，也可以是家用空调，或者中央空调等。空调内设置有刷直流电机，例如有刷直流电机带动压缩机运行，或者带动空调的风扇运行。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，例如所选择的电子器件型号的变化，或者波形转换电路、运算积分电路的具体电路结构的变化，这些改变也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于，包括：

波形转换电路，接收脉冲调制信号发生电路输出的脉冲调制信号，并将所述脉冲调制信号转换成预设波形信号；

运算积分电路，接收所述波形转换电路输出的预设波形信号，并将所述预设波形信号经过积分后输出至场效应管，所述场效应管的栅极连接至所述运算积分电路的输出端，所述场效应管的源极或者漏极与有刷直流电机的电机本体电连接。

2.根据权利要求1所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

该驱动控制电路还包括电机电压检测电路，所述电机电压检测电路采集所述电机本体两端的电压，并计算所述电机本体的两端电压差。

3.根据权利要求2所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述电机电压检测电路包括减法电路，所述减法电路的第一输入端连接至所述电机本体的电压输入端，所述减法电路的第二输入端连接至所述电机本体的电压输出端。

4.根据权利要求2或3所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述运算积分电路包括运算放大器，所述运算放大器的第一输入端接收所述电机电压检测电路输出的信号，所述运算放大器的第二输入端接收所述波形转换电路输出的信号，所述运算放大器向运算RC积分电路输出信号。

5.根据权利要求4所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述运算RC积分电路包括并联连接的第一电阻与第一电容。

6.根据权利要求5所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述运算RC积分电路的时间常数大于所述预设波形信号的周期。

7.根据权利要求1至3任一项所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述波形转换电路为RC积分电路。

8.根据权利要求4所述的有刷直流电机的驱动控制电路，其特征在于：

所述RC积分电路包括并联连接的第二电阻与第二电容。

9.有刷直流电机，其特征在于，包括电机本体以及如权利要求1至8任一项所述的有刷直流电机的驱动控制电路。

10.空调，其特征在于，包括如权利要求9所述的有刷直流电机。

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