1、直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)指引（日期：2013-03-18）1.1 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)（內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路型） 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是指供電電源為直流電，且無(wú)換向器的電動(dòng)機(jī)。外殼可采用優(yōu)質(zhì)鍍鋅鋼板或優(yōu)質(zhì)熱固性塑料封裝。電機(jī)電源電壓正極用符號(hào)Vs（或Vm)表示，負(fù)極用GND表示，控制電路電源電壓用符號(hào)Vcc表示，轉(zhuǎn)速控制電壓用符號(hào)Vsp表示，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)用符號(hào)VFG(或FG)表示。2 總述目前采用的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)一般均為PWM調(diào)速電機(jī)（內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路）。PG脈沖特性如下：1） PG輸出脈沖頻率：12個(gè)/轉(zhuǎn)；2） PG輸出脈沖電平：VHVcc0.5V，VL0.5V3） PG輸出脈沖占空：THn/Tn、TLn/Tn0.

2、30.7；Tn/T=0.0670.100；(注：Ta25、n112)調(diào)整轉(zhuǎn)速控制電壓Vsp的大小，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速；而轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)VFG 如上PG脈沖特性所述，電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈反饋12個(gè)脈沖。為了滿足空調(diào)正常的運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到制冷、制熱能力的平衡，所以必須保證室內(nèi)、室外風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速滿足系統(tǒng)的要求，并保持轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。為達(dá)到以上目的，可采用PWM調(diào)壓調(diào)速的方法來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，并根據(jù)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)得知實(shí)際轉(zhuǎn)速，再按一定規(guī)則調(diào)整PWM占空比，從而使轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定。下面分別介紹各相關(guān)電路工作原理。3 電路原理3.1 直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制PWM調(diào)壓調(diào)速工作原理簡(jiǎn)單介紹目前美的采用的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)均為PWM調(diào)速電機(jī)（內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電

3、路）。該類(lèi)直流風(fēng)機(jī)電機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路，對(duì)外只提供電源電壓、控制電路電源電壓、轉(zhuǎn)速控制電壓及轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)四個(gè)接口。電源電壓用直流電壓，一般為高壓280V或低壓25V；用符號(hào)Vs表示?？刂齐娐冯娫措妷汗﹥?nèi)置驅(qū)動(dòng)電路電源用，一般用直流電壓15V，用符號(hào)VCC表示。電機(jī)電源電壓與控制電路電源電壓必須共地處理。轉(zhuǎn)速控制電壓用符號(hào)Vsp表示，電壓范圍一般在06.5V之間，實(shí)際調(diào)壓范圍視具體電機(jī)來(lái)定。所以當(dāng)Vsp在1.7V6.1V范圍內(nèi)，輸出能力從0100連續(xù)可調(diào)，轉(zhuǎn)速在此范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)（具體技術(shù)參數(shù)請(qǐng)參看“無(wú)刷直流電機(jī)技術(shù)規(guī)范”）。轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)，用VFG表示，輸出每轉(zhuǎn)12個(gè)脈沖頻率，用來(lái)反饋實(shí)際轉(zhuǎn)速，根據(jù)實(shí)

4、際轉(zhuǎn)速調(diào)整Vsp電壓來(lái)改變風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，以實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速及穩(wěn)定轉(zhuǎn)速的目的。內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路型無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)要控制轉(zhuǎn)速只需提供內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路所需要的電源電壓以及改變轉(zhuǎn)速控制電壓Vsp的大小，就可以方便地改變轉(zhuǎn)速。因此，硬件電路設(shè)計(jì)要能方便有效地產(chǎn)生連續(xù)可調(diào)的Vsp。我們使用一定占空比的PWM脈沖波對(duì)電解電容沖放電，將芯片輸出的PWM數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為相同比例的模擬信號(hào)，從而得到轉(zhuǎn)速控制電壓Vsp。調(diào)整PWM脈沖波的占空比，即改變了輸入Vsp的模擬電壓大小，從而使得風(fēng)速連續(xù)可調(diào)，控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低。PWM波即脈寬調(diào)制波，在一定的載波頻率下，占空比可調(diào)的矩形波，此PWM波由MCU編程控制產(chǎn)生。PWM載波頻率

5、越高對(duì)Vsp電壓的調(diào)整越精確。具體硬件電路設(shè)計(jì)如下，見(jiàn)直流風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路原理圖。對(duì)于上面PWM驅(qū)動(dòng)電路，可從以下例子看出實(shí)際效果。例如。以下是由MCU編程產(chǎn)生，占空比為50的PWM波驅(qū)動(dòng)信號(hào)，波形如下：在光耦的次級(jí)可得到模擬信號(hào)轉(zhuǎn)速控制電壓Vsp，該Vsp電壓有效值為3.77V。如下圖所示：當(dāng)改變PWM波的占空比，可得到不同電壓的Vsp。當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)VFG端會(huì)反饋12個(gè)方波脈沖，如下圖所示：檢測(cè)方波脈沖的周期，可得到脈沖的頻率，算出轉(zhuǎn)速。從而，可根據(jù)現(xiàn)時(shí)的轉(zhuǎn)速對(duì)Vsp電壓作出相應(yīng)的調(diào)整，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的升高、降低或微調(diào)穩(wěn)定轉(zhuǎn)速。3.2 電路設(shè)計(jì)3.2.1 轉(zhuǎn)速控制電壓Vsp

6、調(diào)壓驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)說(shuō)明本電路采用光耦隔離驅(qū)動(dòng)，光耦輸入端通過(guò)MCU輸入PWM脈沖波信號(hào)驅(qū)動(dòng)，對(duì)光耦輸出端電路電解電容沖放電，進(jìn)而得到連續(xù)可調(diào)的Vsp 。PWM波由MCU編程控制產(chǎn)生。PWM載波頻率越高對(duì)Vsp電壓的調(diào)整越精確。具體要視需要和MCU資源所定。現(xiàn)4011方案載波頻率用80Hz。CN1連接器各端分別對(duì)應(yīng)直流風(fēng)機(jī)各功能引出線；電機(jī)電源電壓Vs與控制電路電源電壓15V必須共地處理。IC1采樣光耦TLP521實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離驅(qū)動(dòng)。R1為芯片灌電流限流電阻，并要保證光耦輸出端能得到足夠驅(qū)動(dòng)電流。R2，R3為15V分壓電阻。在PWM輸出占空比為100，光耦全導(dǎo)通情況下，要保證電阻R2上的電壓在直流

7、風(fēng)機(jī)技術(shù)參數(shù)規(guī)定以內(nèi)，以保護(hù)風(fēng)機(jī)內(nèi)置電路。E1電解電容為濾波整流電容，對(duì)R2電阻上的PWM電壓波形整形為較為平滑的直流電壓波形Vsp，供直流風(fēng)機(jī)內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路采樣控制風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速用。電容容值選擇應(yīng)恰當(dāng)，太大時(shí)充放電緩慢，會(huì)使速度調(diào)整慢；太小整流出來(lái)的Vsp電壓不平整，紋波大，會(huì)引起風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，不穩(wěn)定。內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路芯片資料規(guī)定Vsp紋波典型值是10mV，紋波范圍要在4060mV內(nèi)。所以選用電解電容時(shí)，要讓Vsp電壓紋波的范圍控制在芯片規(guī)定的范圍里。這里選了47F/25V（原來(lái)是47F/35V），已用在V型變頻機(jī)上，效果理想。C1為0.1F陶瓷電容，濾除高頻雜波用。DZ1為5.6V穩(wěn)壓管，把R2上的電

8、壓鉗位在最高5.6V，保護(hù)風(fēng)機(jī)內(nèi)置電路。直流風(fēng)機(jī)規(guī)格書(shū)中Vsp的電壓范圍一般規(guī)定在06.5V范圍內(nèi)。美的現(xiàn)有穩(wěn)壓管物料中只有5.6V適用。當(dāng)Vsp輸入為5.6V時(shí)已能滿足系統(tǒng)風(fēng)速要求，所以選用5.6V。這只是參考值，具體設(shè)計(jì)是具體要求而定。R4為限流電阻，保護(hù)風(fēng)機(jī)內(nèi)置電路，還能起到一定抗干擾作用。C3為103高頻濾波電容，對(duì)EMI效果好；R8限流電阻；R10偏置電阻，增加三極管開(kāi)關(guān)可靠性；Q1為增加芯片對(duì)光耦的啟動(dòng)能力；針對(duì)室外機(jī)是戶外放置，由FUSE、D1、E2、R9組成風(fēng)機(jī)供電電路，通過(guò)D1的單向?qū)ㄌ匦裕梢杂行Х乐乖跀嚯娗闆r下臺(tái)風(fēng)引起風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的發(fā)電現(xiàn)象，室內(nèi)風(fēng)機(jī)也可以在斷電時(shí)防止風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)

9、動(dòng)使室內(nèi)芯片工作。3.2.2 轉(zhuǎn)速反饋電路設(shè)計(jì)說(shuō)明轉(zhuǎn)速反饋電路也是通過(guò)光耦隔離，風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速反饋信號(hào)輸入光耦輸入端，光耦輸出端得到轉(zhuǎn)速反饋脈沖信號(hào)輸入到MCU檢測(cè)，進(jìn)而得到風(fēng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速。由原理圖電路可知，當(dāng)Vfg為低電平時(shí)，風(fēng)機(jī)反饋檢測(cè)也為低電平。IC2采樣光耦TLP521實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電隔離，根據(jù)是在使用情況，可以選用與TLP521相近型號(hào)的光耦，如TLP781等；R7為上拉及限流電阻，由于電機(jī)內(nèi)部風(fēng)速反饋端為集電極開(kāi)路形式，所以需設(shè)計(jì)為上拉形式，電阻大小選擇注意為光耦提供足夠驅(qū)動(dòng)電流。R6為光耦輸出端限流電阻。R5為芯片灌電流限流電阻，還能起到一定抗干擾作用。C2為0.001F陶瓷電容，濾除高頻雜波

10、用。對(duì)于C2電容容值的選擇，當(dāng)用在噪聲比較大的環(huán)境下（如變頻機(jī)室外機(jī)），可以用示波器觀察C2電容上的波形情況，如果波形不理想，可以把電容換成0.01F或0.1F。在V型變頻機(jī)上，室內(nèi)是用0.001F的，室外是用0.1F的。上面參考原理圖給出了各元器件的參考值。電阻均選用1/4W，5精度的，高頻電容均為瓷片電容，耐壓50V的，光耦均為T(mén)LP521。具體設(shè)計(jì)時(shí)還需要根據(jù)設(shè)計(jì)需要而定。C3選用0.01uF對(duì)EMI效果明顯；D1選用1N5408，運(yùn)用二極管的單向?qū)ㄌ匦裕籈1選用82u/450V，儲(chǔ)能濾波；R9斷電放電電阻，選用120K-2W，也可以使用RY-2W-150K5%。3.2.3 設(shè)計(jì)注意事

11、項(xiàng)1 電機(jī)電源電壓與控制電路電源電壓必須進(jìn)行共地處理，否則無(wú)法驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。2 按照無(wú)刷直流電機(jī)的要求，輸入的Vsp電壓為連續(xù)可調(diào)的模擬電壓，所以需增加濾波電容。同時(shí)注意E1電解電容的選擇：對(duì)PWM脈沖波整流出來(lái)的電壓的紋波大小，和PWM脈沖波占空比改變整流電壓的反應(yīng)速度，兩者要兼顧考慮。內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電路芯片資料規(guī)定Vsp紋波典型值是10mV，紋波范圍要在4060mV內(nèi)。所以選用電解電容時(shí)，要讓Vsp電壓紋波的范圍控制在芯片規(guī)定的范圍里。3 在噪聲環(huán)境下工作要考慮風(fēng)機(jī)反饋檢測(cè)電路的抗干擾措施。4 在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)時(shí)需注意風(fēng)速調(diào)整的精度問(wèn)題，每次調(diào)整占空比時(shí)注意風(fēng)機(jī)速度變化的大小，否則，容易造成風(fēng)速波動(dòng)。5 由于直流無(wú)刷