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1、长江大学学报(自科版)理工卷2007年6月第4卷第2期JournalofYangtzeUniversity(NatSciEdit)Sci&EngVJun12007,Vol14No12·73·直流变频空调压缩机位置检测电路设计余仕求(长江大学电子信息学院,湖北荆州434023)[摘要]介绍了基于单片机MB90F562驱动的直流变频空调室外控制器硬件结构,说明了各单元电路的功能,着重分析了无位置直流无刷电机换流过程及原理。结合相应等效电路,提出了位置检测方法,即1/2母线电压比较法,最后给出了该设计方案压缩机电流实测波形。[关键词]直流变频空调;压缩机;无
2、刷直流电机;位置检测[中图分类号]TM33[文献标识码]A[文章编号]1673-1409(2007)02-N073-03近年来,随着电力电子器件及控制理论的迅速发展,无刷直流电机以其高效性和良好的调速性,得到了广泛的应用。但是,无刷直流电机必须依靠位置传感器来确定转子的位置,这不仅增大了电机的安装体积,增加了成本,而且降低了电机的可靠性。因此,无位置传感器无刷直流电机应运而生。直流变频空调中的压缩机就是一例。合适的位置检测电路方法是无位置传感器无刷直流电机正常工作的关键。[1]目前,关于位置检测方法,大多是硬件电路检测与软件估算等方法,由于频率不同,电
3、容相移会带来[2]误差。为此,笔者提出了一种位置检测电路的设计方法,指出位置检测电路存在的缺陷和解决办法,得到了由MB90F562驱动的直流变频空调压缩机电流实测波形。1位置检测原理无位置传感器直流无刷电机的换流控制需要位置信息反馈,构成自控式的调速系统。直流无刷电机一般采用三相六拍120°工作方式,三绕组两两导通,一相悬浮,悬浮绕组反[3]电势过零点可作为位置信号。位置检测电路完成悬浮绕组[2]反电势过零点检测,过零点后30°进行换相。基于反电势[4]的电子换相方法有多种,笔者采用1/2母线电压比较法。直流无刷电机V、W两相导通,U相断开时的电路原理
4、图如图1所示。设Eu、Ev、Ew分别为三绕组反电动势,Vn为中点电位,Ud为直流母线电压,i为电路电流,R、L为绕组等效电阻和电感,U、V、W分别表示三绕组首端电位,列电压方程如下:U=Vn+Eu(1)V=Vn+Ev+iR+Ldi/dt(2)W=Vn+Ew-iR-Ldi/dt(3)图1等效电路图当U相反电势过零时:Ev=-Ew,Eu=0。式(2)加式(3)代入式(1),得:U=(V+W)/2又V=Ud,W=0,故:U=Ud/2(4)由式(4)可见,悬浮相反电势的基准电压为Ud/2。对于单相整流滤波电路,Ud/2约为155V。为了使弱电系统能检测到基准电
5、压,须将基准电压进行分压取样。单片机系统电源电压为5V,如将Ud与5V电压对应,则Ud/2与215V对应,考虑到电源电压波动及留有一定的余量,将Ud/2与118V对应[收稿日期]2007-03-12[作者简介]余仕求(1963-),男,1985年大学毕业,硕士,副教授,现主要从事变频调速方面的教学与研究工作。·74·长江大学学报(自科版)理工卷2007年6月比较合适,则从直流母线取基准电压的分压系数为118/Ud=118/310≈010058。反电势的分压系数为316/Ud=316/310≈010116。取样电路如图2所示。设分压后的基准电压约为118
6、V,若从直流母线Ud取基准电压,则分压系数为010058,为了减小分压电路对电机运行的影响和功耗,分压电阻R11～R42取值如图2所示。图2反电势取样电路2位置检测电路设计位置检测电路是直流变频空调室外主控板电路的重要组成部分,如图3所示。MCU为MB90562。MB90562内部1路16位自由运行定时器、6路16位输出比较器和波形发生器共同作用产生6路PWM信号,由RT0～RT5输出到光隔驱动电路;8路10位A/D转换输入(AN0～AN7)用于检测室外参数(如环境温度、盘管温度、压缩机排气温度、压缩机电流等);1路UART用于与室内控制器进行通信。3
7、路16位输入捕捉(IN0～IN2)用于捕捉位置信号,电压比较器LM339A用于检测悬浮相反电势过零,其输出信号经6N135光电隔离后输入到单片机3路对应的输入口(IN0、IN1、IN2)。单片机对3路输入信号进行分析判断,确定电机转子的物理位置。图3位置检测电路第4卷第2期余仕求:直流变频空调压缩机位置检测电路设计·75·3测试分析按照上述方法进行设计,经在115匹空调模拟样机上测试,测得压缩机实际运行时的位置检测信号如图4所示,压缩机相电流波形如图5所示。现以U相位置检测信号为例进行分析。从图4看出,经过一段时间后在t1时刻出现第一个上升脉冲,此时刻
8、即为U相反电动势正向过零点;再经过180°,即t2时刻出现第一个下降脉冲,此时刻即为U相反电动
