專利名稱：用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置。
背景技術：
現有交流電機(包括串激電機)可控硅功率控制電路都是采用單片機根據其采樣 信號來調整可控硅的導通角大小，從而達到控制電機輸出功率大小的目的；在導通角、供電 電壓和頻率不變的情況下，電機輸出功率隨負載的大小而變化，最終反映的是電機電流的 大小變化。 目前如上述交流電機可控硅功率控制電路中的單片機進行信號采樣時，通常在交 流電機的驅動回路中串一個低阻電阻或一個互感器作為取樣電機電流大小變化的元件，該 取樣元件的一端依次經整流電路、濾波電路和A/D轉換器接入單片機輸入端(當然也有將 A/D轉換器直接集成至單片機芯片中)。取樣電流通過整流、濾波變成與電機電流的大小變 化相對應的平均電壓，再經A/D轉換變成單片機可處理的數據信號，經單片機計算處理后 去控制可控硅導通角的大小，最終讓電機輸出功率按預定的要求變化。 —個實例——日本三菱公司的掃除機TC-YS3J (吸塵器)的可控硅功率控制電路， 見圖l，該電路中采用互感器R作為電流取樣元件并串接在電機M的交流驅動回路中，互感 器R的次級端依次經橋式整流電路D，電容Cl和電阻Rl、 R2組成的濾波電路，最后經放大 器Ub接入單片機U上的A/D轉換接口中(A/D轉換器集成在該單片機U的芯片中)；而該 單片機U的一個I/O 口則通過一光耦芯片Ul連接可控硅TR控制極，可控硅TR的兩個主電 極則串接在交流電機M的交流驅動回路中。單片機U由一直流穩壓電路供電(
圖1中未示 出)。 如圖2所示，吸塵器工作后，互感器R次級感應得到的交流電壓信號波形如A所
示，經橋式整流電路D整流后得到電壓信號波形如B所示，經濾波電路濾波后得到電壓信號
波形如C所示，波形C所表征的電壓信號也即同交流電機的電流大小變化相對應的平均電
壓。其采樣控制的過程如下當吸塵器內部的灰塵有一定量時，吸塵器的吸入功率會下降，
即電機負載變重，電機電流變小，此時取樣得到交流電壓信號波形A、 B、 C也變小，經A/D轉
換，通過單片機內部計算比較后驅動可控硅導通角變大，從而增強電機輸出功率，使吸塵器
的吸入功率不會因內部的灰塵積累下降，通常稱這種過程為功率補償。 由于現有交流電機可控硅功率控制電路中的單片機在采集信號時必須將電流通
過整流、濾波變成與電機電流大小變化相對應的平均電壓，再經A/D轉換變成單片機可處
理的數據信號，不僅處理過程繁瑣、時間長，而且各種實現整流、濾波及A/D轉換功能的電
路元器件的引入使得電路制造成本較高，尤其是其中的模數轉換器價格比較昂貴，對于精
度要求比較高的模數轉換器來說更為明顯，有時甚至大于單片機本身的價格。
發明內容
本實用新型目的是提供一種用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，這
3種信號采樣裝置無需傳統的整流、濾波及A/D轉換元件，可以有效的提高信號采樣處理速 度，并極大的節約電路成本。 本實用新型的技術方案是一種用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置， 它包括 —取樣元件，串接在交流電機驅動回路中，用于采樣得到與交流電機工作電流對 應的交流電壓信號； —比較器，用于將上述采樣得到的交流電壓信號同一固定電壓信號進行比較而得 到與該交流電壓信號大小相對應的脈寬信號； —單片機，用于捕捉上述脈寬信號，并通過內部計算處理獲得與該脈寬信號長短 對應的數值加以存儲。 本實用新型中所述比較器可以獨立于單片機之外，當然也可以由單片機自帶。單
片機內置比較器的技術為目前成熟的技術，對此本實用新型不再多作解釋。 本實用新型中所述單片機采用目前常規的單片機，這種單片機內部通常都包括計
數單元、捕捉單元、存儲單元、計算單元，這些單元都是目前成熟的技術，對此本實用新型不
再多作解釋。 本實用新型中所述固定電壓信號可由單片機內部產生，當然也可以取自供單片機 工作的電源電壓。 本實用新型中所述取樣元件可以是低阻電阻，或者互感器，或者變壓器，作為現有 技術，它們具體的采樣工作原理本實用新型中不再詳述。 本實用新型中所述交流電機也包括串激電機。 本實用新型進行采樣的具體過程如下 1)通過取樣元件從交流電機驅動回路中采樣得到與其工作電流對應的交流電壓 信號； 2)將采樣得到的交流電壓信號輸入比較器與固定電壓信號進行比較，并確保在交 流電壓信號的一個周期內，比較器輸出的電平信號發生兩次跳變； 3)將比較器輸出的電平信號輸入單片機內，并設定在交流電壓信號的任一周期
內，單片機內部的計數單元從不遲于電平信號發生第一次跳變的某一時刻開始計數，然后 在不早于該電平信號發生第二次跳變的某一時刻結束計數； 4)由單片機內部的捕捉單元捕捉所述電平信號在同一周期內發生兩次跳變的時 刻所分別對應的計數值，并交由單片機內部的計算單元計算出這兩個計數值之間的差值； 5)將計算得到的差值送至單片機內部的存儲單元存放起來。 上述采樣過程的步驟3)中，在交流電壓信號的任一周期內，所述單片機內部的計 數單元優選從電平信號發生第一次跳變的時刻開始計數，然后優選在該電平信號發生第二 次跳變的時刻結束計數。并且在這種優選的計數方案下，由于計數單元記錄的與電平信號 發生第一次跳變的時刻所對應的計數值為零，故電平信號發生前后兩次跳變的時刻所對應 的計數值之間的差值實際上就是電平信號發生第二次跳變的時刻所對應的計數值；為了進 一步簡化單片機內部處理過程，加快信號采樣速度，本實用新型中優選將捕捉單元捕捉到 的電平信號發生第二次跳變的時刻所對應的計數值直接送至單片機內部的存儲單元存放 起來，而不再經過計算單元進行差值計算處理。[0024] 本實用新型實際上是將采樣得到的交流電壓信號通過比較器轉變成了與其大小 相對應的長、短脈寬信號，該脈寬信號由單片機獲取后經由其內部計數單元的累計處理轉 變成為與脈寬長短相對應的數值，顯然該數值的大小可表征交流電機的工作電流大小。 運用本實用新型的交流電機可控硅功率控制電路在進行功率補償時，我們只需預 先在單片機內的存儲單元中存儲一基準數值(該基準數值用來表征交流電機正常工作時 的電流大小)；然后單片機將實時采樣獲得的用來表征交流電機工作電流大小的數值與該 基準數值進行比較，當小于該基準數值時，單片機輸出控制電平驅動可控硅導通角變大，以 增大電流，增強交流電機輸出功率；當大于該基準數值時，單片機輸出控制電平驅動可控硅 導通角減小，以降低電流，減弱交流電機輸出功率。 本實用新型優點是 1.本實用新型相比傳統的信號采樣裝置，其信號采樣過程省掉了整流、濾波和A/ D轉換環節，故處理速度更快；以交流電機供電電源采用頻率為50/60Hz的220V/120V市電 為例，傳統的信號采樣裝置，其一次采樣過程通常經歷6 8個市電周期；而本實用新型僅 需O. 5 l個市電周期。 2.本實用新型相比傳統的信號采樣裝置，由于無需引入為實現整流、濾波及A/D 轉換功能所需的各種電路元器件，故電路結構更加簡化，并且因為省卻了價格昂貴的A/D 轉換器，使得電路制造成本也被極大的降低。
以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述 圖1為現有日本三菱公司的掃除機TC-YS3J所采用的交流電機可控硅功率控制電 路結構示意圖； 圖2為圖1中的采樣電壓信號依次經整流、濾波后的波形變化示意圖； 圖3為本實用新型在一種吸塵器交流電機可控硅功率控制電路中的具體運用示
意圖； 圖4為圖3電路的采樣過程示意圖； 圖5為本實用新型在另一種吸塵器交流電機可控硅功率控制電路中的具體運用 示意圖。
具體實施方式實施例1 :結合圖3所示為本實用新型在一種吸塵器交流電機可控硅功率控制電 路中的具體運用，該吸塵器交流電機可控硅功率控制電路包括交流電機M、單片機U、可控 硅TR、光耦芯片Ul、電阻Rl R4、互感器R、比較器Cb及為單片機U供電的直流穩壓電源 (圖中未示出)；其中可控硅TR的兩個主電極串接在交流電機M的驅動回路中，單片機U的 一個輸出端接入光耦芯片U1的輸入端，而光耦芯片U1的輸出端是其內部光敏雙向觸發管 的兩極，其中一極經電阻R4連接可控硅TR的一個主電極，另一極則接可控硅TR的控制極。 所述單片機U、互感器R、比較器Cb、電阻Rl R3及為單片機U供電的直流穩壓 電路共同構成該交流電機可控硅功率控制電路的信號采樣裝置；其中互感器R串接在交流 電機M的驅動回路中，其次級線圈的一端經電阻R1接入比較器Cb的正輸入端；為單片機U
5供電的直流穩壓電源(圖中未示出)上引出直流電壓VDD，并經電阻R2和R3分壓后輸出穩 定的直流基準電壓Vf至比較器Cb的負輸入端；而所述比較器Cb的輸出端則直接接入單片 機U的一個I/0接口中。 所述單片機U內部包括計數單元、捕捉單元、計算單元和存儲單元。 下面對該交流電機可控硅功率控制電路的采樣控制過程進行描述 如圖4所示，吸塵器在正常工作時，通過互感器R采樣得到與交流電機工作電流對
應的交流電壓信號，該交流電壓信號在電壓_時間坐標中表征為波形A ;而本實施例中直流
基準電壓Vf取正，其在電壓-時間坐標中表征為直線L，并與前述采樣所得交流電壓信號波
形相交于正半周期。 預先設定本實施例中的比較器Cb在采樣所得交流電壓信號大于直流基準電壓Vf 時輸出高電平信號至單片機U，而當采樣所得交流電壓信號小于直流基準電壓Vf時輸出 低電平信號至單片機U;那么在采樣所得交流電壓信號的任意一個周期內，輸出至單片機U 的高低電平信號將發生兩次跳變；而這兩次跳變之間的高電平信號持續時間長短(也即脈 寬)就是直線L與波形A相交的兩個端點之間的線段Al所對應的長度。 本實施例中在交流電壓信號的一個周期內，當比較器Cb輸入單片機U內的低電平 信號突然跳變成高電平信號時(即如圖4中直線L與波形A左側交點所對應的第一次跳變 發生的時刻)，單片機U內部的計數器從零開始計數，當比較器Cb輸入單片機U內的高電 平信號突然跳變成低電平信號時(即如圖4中直線L與波形A的右側交點所對應的第二次 跳變發生的時刻)，計數結束；單片機U內的捕捉單元以較快的速度捕捉此時計數器的計數 值，并將其送至存儲單元存放起來；該計數值大小與兩次跳變之間的高電平信號持續時間 長短(也即線段A1的長度)相對應，同時其又作為基準數值用以表征交流電機正常工作時 的電流大小。 當吸塵器內部的灰塵有一定量時，吸塵器的吸入功率會下降，即交流電機負載變 重，電流變小，此時互感器R采樣得到交流電壓信號在電壓-時間坐標中表征為波形B，該波 形B也與前述直流基準電壓Vf所表征的直線L相交于正半周期。 同前述一樣，表征為波形B的交流電壓信號經比較器Cb同直流基準電壓Vf比較 后輸出電平信號至單片機U，經單片機U內部計數單元、捕捉單元和存儲單元的一系列處理 后得到一用來表征交流電機工作電流大小的計數值，該計數值的大小與圖4中線段B1的長 度相對應。 經過單片機U的比較很容易得出Bl小于Al，于是單片機U立即發出控制電平信 號，經光耦芯片Ul驅動可控硅導通角變大，以增強交流電機M的輸出功率，使吸塵器的吸入 功率不會因內部的灰塵積累而下降，從而完成功率補償過程。 實施例2 :結合圖5所示為本實用新型在另一種吸塵器交流電機可控硅功率控制 電路中的具體運用，該吸塵器交流電機可控硅功率控制電路包括交流電機M、單片機U、可 控硅TR、低阻電阻Rl、電阻R2、 R3及內置比較器的單片機U ;其中可控硅TR的兩個主電極 串接在交流電機M的交流驅動回路中，單片機U的一個輸出端直接經電阻R3接可控硅TR 的控制極。 所述單片機U、低阻電阻Rl和電阻R2共同構成該交流電機可控硅功率控制電路 的信號采樣裝置；同實施例1相比，本實施例中采用低阻電阻R1進行交流電壓信號的采樣，并且本實施例中的單片機U自帶比較器，該比較器的正負輸入端也即單片機U上的COM+和 COM-接口 ；低阻電阻R1的一端經電阻R2直接接入C0M+接口，而C0M-接口接入一直流基 準電壓Vf ，與實施例1不同的是該直流基準電壓Vf直接由單片機U內部產生。 本實施例的采樣控制過程原理與實施例1相同，故不再敘述。 由上述兩個實施例可見 1.本實用新型相比傳統的信號采樣裝置，其信號采樣過程省掉了整流、濾波和A/ D轉換環節，故處理速度更快；以交流電機供電電源采用頻率為50/60Hz的220V/120V市電 為例，傳統的信號采樣裝置，其一次采樣過程通常經歷6 8個市電周期；而本實用新型僅 需O. 5 l個市電周期。 2.本實用新型相比傳統的信號采樣裝置，由于無需引入為實現整流、濾波及A/D 轉換功能所需的各種電路元器件，故電路結構更加簡化，并且因為省卻了價格昂貴的A/D 轉換器，使得電路制造成本也被極大的降低。
權利要求一種用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于它包括一取樣元件，串接在交流電機驅動回路中，用于采樣得到與交流電機工作電流對應的交流電壓信號；一比較器，用于將上述采樣得到的交流電壓信號同一固定電壓信號進行比較而得到與該交流電壓信號大小相對應的長短脈寬信號；一單片機，用于捕捉上述脈寬信號，并通過內部計算處理獲得與該脈寬信號長短對應的數值加以存儲。
2. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述比較器獨立于單片機之外。
3. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述比較器由單片機自帶。
4. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述固定電壓信號由單片機內部產生。
5. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述固定電壓信號取自供單片機工作的電源電壓。
6. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述取樣元件為低阻電阻，或者互感器，或者變壓器。
7. 根據權利要求1所述的用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，其特征在于 所述交流電機是串激電機。
專利摘要本實用新型公開了一種用于交流電機可控硅功率控制的信號采樣裝置，它包括一取樣元件，串接在交流電機驅動回路中，用于采樣得到與交流電機工作電流對應的交流電壓信號；一比較器，用于將上述采樣得到的交流電壓信號同一固定電壓信號進行比較而得到與該交流電壓信號大小相對應的脈寬信號；一單片機，用于捕捉上述脈寬信號，并通過內部計算處理獲得與該脈寬信號長短對應的數值加以存儲。本實用新型所述的這種信號采樣裝置無需傳統的整流、濾波及A/D轉換元件，可以有效的提高信號采樣處理速度，并極大的節約電路成本。
文檔編號H02P23/00GK201490962SQ20092018554
公開日2010年5月26日 申請日期2009年6月17日 優先權日2009年6月17日
發明者倪經和 申請人:蘇州市華隆電器有限責任公司