變頻洗衣機電子控制模塊的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種變頻洗衣機電子控制模塊，其包括單片機、驅動電路、采樣電路、通訊電路和為整個電子模塊供電的供電模塊，單片機與通訊電路連接，驅動電路的輸入端通過三組防死區保護電路與單片機連接，輸出端與變頻洗衣機的電機連接；采樣電路的輸入端連接驅動電路，輸出端連接單片機。驅動電路在單片機控制下驅動電機。單片機通過采樣電路采集輸入到電機的電流信號。通訊電路連接單片機和上位機。兩個或非門組成的防死區保護電路構成邏輯互鎖，當第二或非門輸出高電平的情況下，第一或非門必定輸出低電平，不會使驅動電路中的兩個IGBT同時導通而產生短路危險。本實用新型適用于所有的變頻洗衣機。
【專利說明】變頻洗衣機電子控制模塊
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及智能洗衣機，尤其是涉及一種安全性較高的變頻洗衣機電子控制模塊。
【背景技術】
[0002]變頻洗衣機是指主馬達為可變頻驅動的無刷直流馬達的洗衣機，其具有節能、超低噪音、可變水流、高脫水轉速等特點。變頻洗衣機在功能上最大的特點就是靜音效果明顯，轉速可以隨衣物重量等情況得到適當調整，從而有效減緩響聲和震動。此外，變頻洗衣機在省水、省電方面的效果顯著。一般來說，變頻洗衣機的能效可比普通產品提高1/3，噪音降低3-4分貝，洗凈程度也大幅提升。
[0003]由于變頻洗衣機具有以上優點，市場占用率越來越大。變頻洗衣機中，控制變頻電機運轉的變頻驅動模塊是重要的控制部件，其質量的好壞直接決定了洗衣機的品質。
[0004]中華人民共和國國家知識產權局于2013年03月06日公開了公布號為CN102957368A的專利文獻，名稱為一種洗衣機專用直流變頻控制系統，該系統連接在上位機和洗衣機的直流電機之間，包括電源轉換模塊、MCU控制模塊和RS232串口通信模塊，所述的RS232串口通信模塊和電源轉換模塊均與上位機連接，所述的MCU控制模塊分別連接電源轉換模塊和RS232串口通信模塊，該系統還包括霍爾傳感模塊、智能功率驅動模塊和電流檢測反饋模塊，所述的霍爾傳感模塊、智能功率驅動模塊和電流檢測反饋模塊均分別與MCU控制模塊、電源轉換模塊和直流電機連接。對于智能控制系統來說，有可能出現軟件驅動邏輯出錯，導致上下兩只IGBT同時導通，構成電源到地的短路，過大的電流會燒壞IGBT或其他電路。
【發明內容】
[0005]本實用新型主要是解決現有技術所存在的可能因為軟件驅動邏輯出錯導致硬件燒毀的技術問題，提供一種具有硬件防死區保護電路，即使軟件驅動邏輯出錯也不會時對電路安全產生影響的變頻洗衣機電子控制模塊。
[0006]本實用新型針對上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:一種變頻洗衣機電子控制模塊，包括單片機、驅動電路、采樣電路、通訊電路和為整個電子模塊供電的供電模塊，所述單片機與通訊電路連接，所述驅動電路的輸入端通過三組防死區保護電路與單片機連接，輸出端與變頻洗衣機的電機連接；所述采樣電路的輸入端連接驅動電路，輸出端連接單片機；三組防死區保護電路分別對應單片機的U相輸出、V相輸出和W相輸出，所述每組防死區保護電路包括兩個或非門，第一或非門的第一輸入端連接單片機的高電平輸出端，第一或非門的第二輸入端連接第二或非門的輸出端，第二或非門的第一輸入端和第二輸入端都連接單片機的低電平輸出端，驅動電路包括分別對應電機U相輸入、V相輸入和W相輸入的三個驅動芯片，每組防死區保護電路各對應連接一個驅動芯片，第一或非門的輸出端連接一個驅動芯片的高電平輸入端，第二或非門的輸出端連接此驅動芯片的低電平輸入端。
[0007]單片機作為整個控制模塊的核心，接收來自各模塊的信息并下達控制指令。驅動電路在單片機控制下驅動電機。采樣電路采集輸入到電機的電流信號，并將采集到的信號發送給單片機。通訊電路連接單片機和上位機，將單片機的信號傳遞給上位機，并從上位機獲取控制指令傳給單片機。兩個或非門組成的防死區保護電路構成邏輯互鎖，當第二或非門輸出高電平的情況下，第一或非門必定輸出低電平，即同一組的第一或非門和第二或非門必然不會同時輸出高電平，也就不會使驅動電路中的兩個IGBT同時導通而產生短路危險，從根本上防止了軟件驅動邏輯錯誤帶來的傷害，安全性得到了保證。
[0008]作為優選，變頻洗衣機電子控制模塊還包括三針的可調電阻接口，所述可調電阻接口的第一針連接電源的+5V，第二針連接單片機，第三針接地，第二針還通過電容Cl連接第二針。
[0009]可調電阻接口在需要的時候第一針和第二針連接可調電阻，通過改變可調電阻可以調節電機的啟動轉速，保持穩定性。
[0010]作為優選，所述通訊模塊包括RS485芯片和兩個光耦，所述RS485芯片通過光耦連接單片機。
[0011]單片機的通訊輸出端連接第一個光I禹的輸入端，第一個光I禹的輸出端連接RS485芯片的輸入端，RS485芯片的輸出端連接第二個光耦的輸出端，第二個光耦的輸出端連接單片機的通訊輸入端。RS485芯片通過接口連接外部的上位機。
[0012]作為優選，所述驅動電路的每個驅動芯片各對應連接兩個MOS管；驅動芯片的高電平輸出端連接第一個MOS管的柵極，第一個MOS管的漏極連接電源VPP，源極連接第二個MOS管的漏極；驅動芯片的低電平輸出端連接第二個MOS管的柵極，第二個MOS管的源極連接通過采樣電阻接地，漏極還連接電機的一個輸入端。
[0013]MOS管作為IGBT，當柵極為高電平時漏極和源極導通。通過驅動芯片的高電平輸出端和低電平輸出端控制IGBT導通，由電源VPP來給驅動電機運轉。
[0014]作為優選，所述采樣電路包括三個放大器，所述每個放大器的輸入端通過采樣電路連接到驅動電路的一路輸出端，放大器的輸出端連接單片機。
[0015]串接在驅動電路中的采樣電阻上的電壓和電機的工作電流成正比。放大器采集采樣電路上的電壓，經過放大以后傳遞給單片機，單片機就可以監測電機的工作狀態。
[0016]本實用新型帶來的有益效果是，通過單片機+驅動電路+通訊電路+采樣電路的結構，具有控制快速準確、響應快、運行穩定、可靠的特點，通過放死區保護電路可以避免兩個IGBT同時導通的問題，安全性高，通過通訊電路實現上位機與控制電路之間的通信，便于實現多樣化的控制，通過采樣電路可以時刻監控電機運轉狀況，實現自我診斷并在發生故障時進行相應的指示輸出。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是本實用新型的一種結構示意圖；
[0018]圖2是本實用新型的一種單片機的電路原理圖；
[0019]圖3是本實用新型的一種驅動電路和采樣電路的電路原理圖；
[0020]圖4是本實用新型的一種電源電路原理圖；[0021]圖5是本實用新型的一種通訊電路原理圖；
[0022]圖中:1、單片機，2、驅動電路，3、采樣電路，4、通訊電路，5、電源電路，6、電機。【具體實施方式】
[0023]下面通過實施例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體的說明。
[0024]實施例:本實施例的一種變頻洗衣機電子控制模塊，如圖1所示，包括單片機1、驅動電路2、采樣電路3、通訊電路4和供電模塊5。單片機I連接驅動電路2、采樣電路3和通訊電路4，采樣電路3連接驅動電路2，驅動電路2還連接洗衣機的電機6。
[0025]圖2所示是本實施例的單片機I的電路原理圖，單片機采用ATMGEA8芯片，并且連接有三針的可調電阻接口 J3，J3接口連接外置IOK線性可調電阻，電阻劃片抽頭連接J3的第2腳，實現從500RPM到2780RPM電機啟動都不會出現超調量，轉速也很穩定。
[0026]圖3是本實施例的驅動電路和采樣電路的電路原理圖。驅動電路的輸入端通過三組防死區保護電路與單片機連接，輸出端與變頻洗衣機的電機連接；所述采樣電路的輸入端連接驅動電路，輸出端連接單片機；三組防死區保護電路分別對應單片機的U相輸出、V相輸出和W相輸出，所述每組防死區保護電路包括兩個或非門，第一或非門的第一輸入端連接單片機的高電平輸出端，第一或非門的第二輸入端連接第二或非門的輸出端，第二或非門的第一輸入端和第二輸入端都連接單片機的低電平輸出端，驅動電路包括分別對應電機U相輸入、V相輸入和W相輸入的三個驅動芯片，每組防死區保護電路各對應連接一個驅動芯片，第一或非門的輸出端連接一個驅動芯片的高電平輸入端，第二或非門的輸出端連接此驅動芯片的低電平輸入端。
[0027]驅動電路的每個驅動芯片各對應連接兩個MOS管；驅動芯片的高電平輸出端連接第一個MOS管的柵極，第一個MOS管的漏極連接電源VPP，源極連接第二個MOS管的漏極；驅動芯片的低電平輸出端連接第二個MOS管的柵極，第二個MOS管的源極連接通過采樣電阻接地，漏極還連接電機的一個輸入端。
[0028]采樣電路包括三個放大器，所述每個放大器的輸入端通過采樣電路連接到驅動電路的一路輸出端，放大器的輸出端連接單片機。
[0029]圖4是本實施例的電源電路原理圖，電源電路為整個控制模塊供電。
[0030]圖5是本實施例的通訊電路原理圖，通訊模塊包括RS485芯片和兩個光稱,所述RS485芯片通過光耦連接單片機。單片機的通訊輸出端連接第一個光耦的輸入端，第一個光耦的輸出端連接RS485芯片的輸入端，RS485芯片的輸出端連接第二個光耦的輸出端，第二個光耦的輸出端連接單片機的通訊輸入端。RS485芯片通過接口連接外部的上位機。
[0031]本方案使用RS485通訊協議與上位機通訊，接受指令控制(用于擴展變頻洗衣機內部使用)，預留電位器(J3接口)實現無級調速功能(用于獨立外置使用，比如傳輸帶等變輸場合)、軟件實現軟啟動、軟停止、實現無級變速功能。
[0032]本系統采用AVR單片+IGBT芯片+驅動包電路+通訊部分電路構成。從電路結構上來看，采用高性能的AVR單片機作為系統控制核心，使系統具有控制快速準確、響應快、運行穩定、可靠的特點。
[0033]硬件防死區保護電路，主要是為了防止軟件驅動邏輯出錯，導致上下兩只IGBT同時導通，構電源到地的短路，過大的電流燒壞IGBT或其它電路，使用2個或非門(U8A與U8B)組成邏輯互鎖，絕對不能出現同時為高電平的情況，輸出至IGBT驅動芯片U14的第2.3腳，作為U相的控制時序，U14的7腳輸出連接Ql，U14的5腳輸出連接至Q2，
[0034]U14驅動芯片采用IR2101，該驅動芯片在高電平不小于3.3V的情況下，最大可以輸出20V，驅動能力很強，系統響應時間也很短，只有50ns。驅動電路中，Dll為外部引導二極管；C25為外部引導電容，C25的選取與頻率有關，如果頻率很高，C25應變小，但其能量必須能夠使得它能驅動后端的IGBT，因為在上管開通的過程實際是C25放電過程，電容過小會使得Vgs變小，Rdson變大，管溫上升；C22為濾波電容。
[0035]電流采樣電路是用來檢測電機工作電流的。R43和R58是串接在H橋上的電流采樣電阻。電機的工作電流跟R43、R58上的電壓成正比，這個電壓經U17A同相放大后，再經R42和C30低通濾波在輸出。電機正常工作時，電流很小，在R43、R58上產生的電壓降也小；當電機正常轉動時流過線圈的電流是正常時的，通過AVR單片機的23、24、25腳循環實施監測。
[0036]本文中所描述的具體實施例僅僅是對本實用新型精神作舉例說明。本實用新型所屬【技術領域】的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或采用類似的方式替代，但并不會偏離本實用新型的精神或者超越所附權利要求書所定義的范圍。
[0037]盡管本文較多地使用了單片機、或非門等術語，但并不排除使用其它術語的可能性。使用這些術語僅僅是為了更方便地描述和解釋本實用新型的本質；把它們解釋成任何一種附加的限制都是與本實用新型精神相違背的。
【權利要求】
1.一種變頻洗衣機電子控制模塊，其特征在于，包括單片機、驅動電路、采樣電路、通訊電路和為整個電子模塊供電的供電模塊，所述單片機與通訊電路連接，所述驅動電路的輸入端通過三組防死區保護電路與單片機連接，輸出端與變頻洗衣機的電機連接；所述采樣電路的輸入端連接驅動電路，輸出端連接單片機；三組防死區保護電路分別對應單片機的U相輸出、V相輸出和W相輸出，所述每組防死區保護電路包括兩個或非門，第一或非門的第一輸入端連接單片機的高電平輸出端，第一或非門的第二輸入端連接第二或非門的輸出端，第二或非門的第一輸入端和第二輸入端都連接單片機的低電平輸出端，驅動電路包括分別對應電機U相輸入、V相輸入和W相輸入的三個驅動芯片，每組防死區保護電路各對應連接一個驅動芯片，第一或非門的輸出端連接一個驅動芯片的高電平輸入端，第二或非門的輸出端連接此驅動芯片的低電平輸入端。
2.根據權利要求1所述的變頻洗衣機電子控制模塊，其特征在于，還包括三針的可調電阻接口，所述可調電阻接口的第一針連接電源的+5V，第二針連接單片機，第三針接地，第二針還通過電容Cl連接第三針。
3.根據權利要求1或2所述的變頻洗衣機電子控制模塊，其特征在于，所述通訊模塊包括RS485芯片和兩個光耦，所述RS485芯片通過光耦連接單片機。
4.根據權利要求1或2所述的變頻洗衣機電子控制模塊，其特征在于，所述驅動電路的每個驅動芯片各對應連接兩個MOS管；驅動芯片的高電平輸出端連接第一個MOS管的柵極，第一個MOS管的漏極連接電源VPP，源極連接第二個MOS管的漏極；驅動芯片的低電平輸出端連接第二個MOS管的柵極，第二個MOS管的源極連接通過采樣電阻接地，漏極還連接電機的一個輸入端。
5.根據權利要求4所述的變頻洗衣機電子控制模塊，其特征在于，所述采樣電路包括三個放大器，所述每個放大器的輸入端通過采樣電路連接到驅動電路的一路輸出端，放大器的輸出端連接單片機。
【文檔編號】H02P6/08GK203423641SQ201320583576
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年9月22日 優先權日:2013年9月22日
【發明者】祝鑫鈞, 潘偉華, 范勇, 倪恒章 申請人:杭州和聲電子有限公司