CN112271975A

CN112271975A - 一种交流电机智能调速集成芯片电路

Info

Publication number: CN112271975A
Application number: CN202011242204.8A
Authority: CN
Inventors: 林政宽; 林烨泓
Original assignee: Shenzhen Tengyun Chip Technology Co ltd
Current assignee: Shenzhen Tengyun Chip Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-01-26

Abstract

本发明公开了一种交流电机智能调速集成芯片电路，包括核心单元、保护单元、I/O接口单元、脉波调变单元、驱动单元、功率转换单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、电源电路单元、感测单元和电机M，所述核心单元包括记忆单元、运算单元和波形产生单元，电源电路单元分别连接功率转换单元和感测单元。本发明集成芯片将核心单元、驱动单元、脉波调变单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、I/O接口单元、保护单元整合在单一个集成电路中，使得本设计的驱动集成电路具有较小的电路面积且所需制造成本较低，设计弹性大的优点。

Description

一种交流电机智能调速集成芯片电路

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体是一种交流电机智能调速集成芯片电路。

背景技术

现有技术主要是利用已知变频驱动装置接收来自一个电源的一个电源信号，并藉由一种变频驱动技术来控制一个交流电机的转速。详细来说，习知变频驱动装置包含一个控制单元、一个驱动单元及其他相关单元。该控制单元用来根据一个外部转速指令产生一个控制信号，该转速指令指示一个目标转速。该驱动单元电连接在该电源与该控制单元间，并根据该控制信号及该电源信号产生一个频率及电压已调整的驱动信号，该驱动信号相关于该目标转速。习知变频驱动装置将该驱动信号输出至该交流电机，使得该交流电机根据该驱动信号而转动并驱动一个风扇以该目标转速旋转，以使得该风扇产生所欲风量。

然而，在习知变频驱动装置中，以频率调变为主要设计构思,此控制理论皆由交流转直流电，再由直流转为可改变频率的交流电并以此控制负载电机，导致习知变频驱动装置的电路面积较大且所需制造成本较高。因此，习知变频驱动装置仍有改进的空间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种交流电机智能调速集成芯片电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种交流电机智能调速集成芯片电路，包括核心单元、保护单元、I/O接口单元、脉波调变单元、驱动单元、功率转换单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、电源电路单元、感测单元和电机M，所述核心单元包括记忆单元、运算单元和波形产生单元，电源电路单元分别连接功率转换单元和感测单元，感测单元还分别连接电机M和S/I/P检测单元，功率转换单元还分别连接保护单元、电机M和驱动单元，保护单元还连接运算单元，运算单元还分别连接波形产生单元、记忆单元、I/O接口单元和动态取样单元，波形产生单元还连接脉波调变单元，脉波调变单元还连接驱动单元，驱动单元还连接S/I/P检测单元，S/I/P检测单元还连接动态取样单元。

作为本发明的进一步技术方案：所述波形产生单元由计时器二和PWM输出模块组成。

作为本发明的进一步技术方案：所述脉波调变单元。

作为本发明的进一步技术方案：所述驱动单元内包含两组电机驱动电路，每一组独立驱动功率转和组件或组成半桥驱动电路，两组能够组成全桥控制电路架构。

作为本发明的进一步技术方案：所述S/I/P检测单元包括电流检测电路、霍尔检测电路和相位检测电路。

作为本发明的进一步技术方案：所述S/I/P检测单元包括电流检测电路、霍尔检测电路和相位检测电路

作为本发明的进一步技术方案：所述保护单元包括温度感测保护模块、电流侦测保护模块和刹车控制模块。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明集成芯片将核心单元、驱动单元、脉波调变单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、I/O接口单元、保护单元整合在单一个集成电路中，使得本设计的驱动集成电路具有较小的电路面积且所需制造成本较低，设计弹性大的优点。

附图说明

图1是本发明的电路图。

图2是波形产生单元电路图。

图3是驱动单元电路图。

图4是S/I/P检测单元电路图。

图5是保护单元电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：请参阅图1，一种交流电机智能调速集成芯片电路，包括核心单元、保护单元、I/O接口单元、脉波调变单元、驱动单元、功率转换单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、电源电路单元、感测单元和电机M，所述核心单元包括记忆单元、运算单元和波形产生单元，电源电路单元分别连接功率转换单元和感测单元，感测单元还分别连接电机M和S/I/P检测单元，功率转换单元还分别连接保护单元、电机M和驱动单元，保护单元还连接运算单元，运算单元还分别连接波形产生单元、记忆单元、I/O接口单元和动态取样单元，波形产生单元还连接脉波调变单元，脉波调变单元还连接驱动单元，驱动单元还连接S/I/P检测单元，S/I/P检测单元还连接动态取样单元。

首先进行申明，本申请文件所采用的软件已经于向国家版权局申请软著，登记号为2020SR0995939，且已经取得计算机软件著作权登记证书，因此各个芯片模块所采用的软件信息不在本申请文件中赘述。

整个电路连接在一个电源和一个交流风扇电机之间，交流风扇电机内部具有一个转子，感测单元连续地(或定期地)感测交流风扇电机与转子的SN极性变换所产生的信号，以产生一个感测输出信号Ss，感测输出信号Ss指示交流风扇电机当前转速及交流风扇电机相位相关位置。在本实施例中，感测单元为一个霍尔感测单元。

波形产生单元如图2所示，本单元是核心单元内的计时器2及高速软件开关所组成,经由运算单元的程序设定，可弹性产生定频方波或是变动式方波(经脉波调变后可产生类弦波)波形。此波形信号及控制数据传入脉波调变单元内。

脉波调变单元由核心单元设定调变量数据值后，计时器1与脉波工作周期设定值比较，产生欲输出的调变脉波，Dead time控制防止上下桥功率转换组件短路，多任务选择器可选择一般数字端口或是调变波形输出，本单元可设定一个宽范围的工作频率及高阶工作周期。与波形产生单元建构成一组强大的电机调变控制电路，由此可支持多种电机控制扩增弹性应用范围。

驱动单元如图3所示，包含两组电机驱动电路，每一组可独立驱动功率转和组件(MOSFET/IGBT)或组成半桥驱动电路，两组可组成全桥控制电路架构。High side为上桥控制，Low side为下桥控制，Pulse control协调控制并具有上下桥非预期信号保护功能，以防止上下桥同时开启，造成短路。具有隔离设计可接受交流电压600V驱动能力。MOSFET,IGBT都可有效驱动。

S/I/P检测单元具体结构组成如图4所示，内部电路架构以运算放大器(OPA)为主，检测运作原理概述如下:接收一个目标转速的输入信号Ss及相位信号Sp，亦接收来自驱动单元反馈的电流输入信号Si动态取样后由核心单元统一解读及处理。核心单元包括一套针对交流电机设计的算法则，运算单元透过算法动态计算修正电机运转参数，并将有效参数纪录于记忆单元。记忆单元包括一个储存内建参考值查找表Ta1的储存模块和S/I/P检测单元动态取样演算后的数据表Ta2及计算参数数据表Ta3，查找表含有多个转速差值及多个分别对应等转速差值的控制信号。核心单元根据计算参数数据表Ta3取出Ta1及Ta2并计算修正差值。详细来说，核心单元将输入信号Ss ，Sp，Si经演算处理后得到一个参数并存入数据表Ta3中，此参数指向Ta1取得转速值后回馈转速并由Ta2取得动态修正值修正转速。由于Ta3是经由动态演算产生，故本纪录数据表具有自我学习合适转速控制的能力。

动态取样单元如图4中，是由高速模拟转数字(A/D)所构成的电路，所收集的转速(Ss)，电流(Si)，相位(Sp)信号数值经过取样程序算法计算，以做为取表给速的标准。与S/I/P检测单元建构成一组完整的传感信号检测取样电路，以支持不同型态的传感信号检测需求。

实施例2：在实施例1的基础上：如图5中所示，保护单元包括温度感测保护模块、电流侦测保护模块和刹车控制模块，本单元是由温度感测及电流侦测所组成，温度感测主要感测功率转换组件动态温度，可做为温度监控，运算单元可运用程序处理做为波形调变依据或是实时发出煞车控制保护信号，关闭电机控制电流，达成保护电路之目的。电流侦测可侦测电机动态运转电流,及快速过电流信号，可运用程序处理做为电机智能保护的依据，也能实时发出煞车控制保护信号，关闭马达控制电流，达成保护电机和电路之目的。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种交流电机智能调速集成芯片电路，包括核心单元、保护单元、I/O接口单元、脉波调变单元、驱动单元、功率转换单元、S/I/P检测单元、动态取样单元、电源电路单元、感测单元和电机M，其特征在于，所述核心单元包括记忆单元、运算单元和波形产生单元，电源电路单元分别连接功率转换单元和感测单元，感测单元还分别连接电机M和S/I/P检测单元，功率转换单元还分别连接保护单元、电机M和驱动单元，保护单元还连接运算单元，运算单元还分别连接波形产生单元、记忆单元、I/O接口单元和动态取样单元，波形产生单元还连接脉波调变单元，脉波调变单元还连接驱动单元，驱动单元还连接S/I/P检测单元，S/I/P检测单元还连接动态取样单元。

2.根据权利要求1所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述波形产生单元由计时器二和PWM输出模块组成。

3.根据权利要求1所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述脉波调变单元。

4.根据权利要求1所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述驱动单元内包含两组电机驱动电路，每一组独立驱动功率转和组件或组成半桥驱动电路，两组能够组成全桥控制电路架构。

5.根据权利要求1所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述S/I/P检测单元包括电流检测电路、霍尔检测电路和相位检测电路。

6.根据权利要求2所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述动态取样单元包括信号放大器和A/D转换器。

7.根据权利要求4所述的一种交流电机智能调速集成芯片电路，其特征在于，所述保护单元包括温度感测保护模块、电流侦测保护模块和刹车控制模块。