一種高效率的永磁同步電機的驅動電路及驅動方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機控制技術領域，更具體的說，涉及一種高效率的永磁同步電機的 驅動電路及驅動方法。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機（PMSM)由于其自身具有重量輕、體積小、結構簡單和功率密度高等 一些優(yōu)點，在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國家經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的作用。由于永磁材料 性能的不斷提高和完善，以及電力電子器件的進一步發(fā)展，永磁同步電機的應用越來越廣 泛。在一些應用場合中希望能最大限度控制系統(tǒng)的成本，無位置傳感器技術省去了常規(guī)的 位置傳感器，如光電編碼盤、旋轉變壓器等設備，大大降低了系統(tǒng)的成本。傳統(tǒng)的無位置傳 感器的永磁同步電機的控制方案采用矢量控制，無位置傳感器的矢量控制可以實現(xiàn)較好的 永磁同步電機控制，但是存在算法復雜，計算量大，需要較高級的處理器。

【發(fā)明內容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種高效率的永磁同步電機的驅動電路及驅動方法，通 過采樣永磁同步電機的其中一相的電壓和電流的幅值信息來估算出該相的反電勢幅值， 然后將估算的反電勢幅值與利用反電勢常數(shù)獲得反電勢幅值進行比較，以產(chǎn)生角度差值信 號，根據(jù)所述角度差值信號控制所述反電勢相位和電流相位一致，以實現(xiàn)每安培電流的轉 矩最大。
[0004] 依據(jù)本發(fā)明的一種高效率的永磁同步電機的驅動電路，通過控制三相逆變器中開 關管的開關狀態(tài)，以控制所述永磁同步電機的工作電流，所述驅動電路包括轉速檢測電路、 相位差計算模塊、三相調制波產(chǎn)生電路和三相PWM控制電路，
[0005] 所述轉速檢測電路用以檢測所述永磁同步電機上的定子電流信息，以獲得轉子的 轉速測量值；
[0006] 所述相位差計算模塊接收所述永磁同步電機的其中一相定子的電流幅值信號和 電壓幅值信號，并據(jù)此估算出該相的反電勢幅值，所述相位差計算模塊將估算的反電勢幅 值與通過電機的反電勢常數(shù)獲得的反電勢幅值進行差值運算，以產(chǎn)生一角度差值信號；
[0007] 每一相調制波產(chǎn)生電路接收所述轉速測量值和所述角度差值信號，根據(jù)所述轉速 測量值獲得一第一馬蹄形調制波；然后根據(jù)所述角度差值信號調節(jié)所述馬蹄形調制波的相 位，以使得對應一相的反電勢相位與電流相位一致，其中，三相的第一馬蹄形調制波相位互 差 120。；
[0008] 每一相PWM控制電路接收對應一相的第一馬蹄形調制波和一比例系數(shù)，以獲得第 二馬蹄形調制波，并將所述第二馬蹄形調制波和一三角波進行比較，以產(chǎn)生PWM控制信號， 所述PWM控制信號用以控制逆變器中對應一相的開關管的導通和關斷，從而調節(jié)所述永磁 同步電機的電流，實現(xiàn)對所述永磁同步電機的正弦波電流控制。
[0009] 進一步的，所述相位差計算模塊包括電流幅值采樣電路、電壓幅值采樣電路、反電 勢估算模塊和計算電路，
[0010] 所述電流幅值采樣電路采樣所述永磁同步電機的其中一相的定子電流信息以獲 得該相的電流幅值信號；
[0011] 所述電壓幅值采樣電路接收對應一相的定子電壓信息，以獲得該相的電壓幅值信 號；
[0012] 所述反電勢估算模塊接收所述電流幅值信號和電壓幅值信號，以據(jù)此估算出該相 的反電勢幅值；
[0013] 所述計算電路接收所述估算的反電勢幅值和通過電機的反電勢常數(shù)計算的反電 勢幅值，所述計算電路將兩者進行差值計算以輸出所述角度差值信號。
[0014] 優(yōu)選的，所述反電勢幅值的估算過程具體包括：根據(jù)所述永磁同步電機的向量等 式估算反電勢幅值大小，其中，永磁同步電機的向量等式為：
[0015]
[0016] 其中，Us是預定的電機電壓，Em為永磁同步電機的反電勢，Xd、Xq為永磁同步電機 在d軸和q軸下的電感、Id、Iq為永磁同步電機在d軸和q軸下的電流，rs是定子電阻，is 是定子電流幅值。
[0017] 進一步的，所述相位差計算模塊包括第一乘法電路，所述第一乘法電路接收所述 轉速測量值和電機的反電勢常數(shù)，經(jīng)乘法運算后獲得反電勢的幅值。
[0018] 進一步的，所述比例系數(shù)由轉速調節(jié)電路產(chǎn)生，所述轉速調節(jié)電路接收所述轉速 測量值和參考轉速值，經(jīng)誤差計算獲得一誤差信號，所述誤差信號經(jīng)過比例積分微分運算 后獲得所述比例系數(shù)。
[0019] 進一步的，所述每一相PWM控制電路包括第二乘法電路和開關信號產(chǎn)生電路，
[0020] 所述第二乘法電路接收所述第一馬蹄形調制波和所述比例系數(shù)，以生成第二馬蹄 形調制波；
[0021] 所述開關信號產(chǎn)生電路接收所述第二馬蹄形調制波和所述三角波信號，以產(chǎn)生所 述PWM控制信號，其中，所述三角波信號由三角波產(chǎn)生電路提供。
[0022] 優(yōu)選的，采樣對應相的定子電壓信息以獲得所述電壓幅值信號，所述對應相與采 樣定子電流信息的相為相同的一相。
[0023] 優(yōu)選的，所述驅動電路還包括第三乘法電路，所述第三乘法電路接收一正弦波信 號和所述比例系數(shù)，經(jīng)乘法運算后產(chǎn)生所述電壓幅值信號，其中，所述正弦波信號與所述第 一馬蹄形調制波相位相同。
[0024] 依據(jù)本發(fā)明的一種高效率的永磁同步電機的驅動方法，通過控制三相逆變器中開 關管的開關狀態(tài)，以控制所述永磁同步電機的工作電流，包括以下步驟：
[0025] 檢測所述永磁同步電機上的定子電流信息，以獲得轉子的轉速測量值；
[0026] 接收所述永磁同步電機的其中一相定子的電流幅值信號和電壓幅值信號，并據(jù)此 估算出該相的反電勢幅值，將估算的反電勢幅值與通過電機的反電勢常數(shù)計算的反電勢幅 值進行差值運算，以產(chǎn)生一角度差值信號；
[0027] 接收所述轉速測量值和所述角度差值信號，根據(jù)所述轉速測量值獲得一第一馬蹄 形調制波；然后根據(jù)所述角度差值信號調節(jié)所述馬蹄形調制波的相位，以使得對應一相的 反電勢相位與電流相位一致，其中，三相的第一馬蹄形調制波相位互差120° ;
[0028] 接收所述第一馬蹄形調制波和一比例系數(shù)，以獲得第二馬蹄形調制波，并將所述 第二馬蹄形調制波和一三角波進行比較，以產(chǎn)生PWM控制信號，所述PWM控制信號用以控制 逆變器中對應一相的開關管的導通和關斷，從而調節(jié)所述永磁同步電機的電流，實現(xiàn)對所 述永磁同步電機的正弦波電流控制。
[0029] 進一步的，所述角度差值信號產(chǎn)生的具體步驟包括：
[0030] 采樣所述永磁同步電機的其中一相的定子電流信息以獲得該相的電流幅值信 號；
[0031] 接收對應一相的定子電壓信息，以獲得該相的電壓幅值信號；
[0032] 接收所述電流幅值信號和電壓幅值信號，以據(jù)此估算出該相的反電勢幅值；
[0033] 接收所述估算的反電勢幅值和通過電機的反電勢常數(shù)計算的反電勢幅值，將兩者 進行差值計算以輸出所述角度差值信號。
[0034] 依據(jù)上述的高效率的永磁同步電機的驅動電路及驅動方法，通過采樣永磁同步電 機的其中一相的電壓和電流的幅值信息來估算出該相的反電勢幅值，然后將估算的反電勢 幅值與利用反電勢常數(shù)獲得的反電勢幅值進行比較，以產(chǎn)生角度差值信號，根據(jù)所述角度 差值信號控制所述反電勢相位和電流相位一致，以實現(xiàn)每安培電流的轉矩最大。本發(fā)明的 永磁同步電機不需要復雜的坐標變換，算法簡單、易于實現(xiàn)，且只需采樣一相的轉子電壓電 流信息即可推出三相的馬蹄形調制波，電路簡單，成本低。
【附圖說明】
[0035] 圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅動電路的第一實施例的電路框圖；
[0036]圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的在轉矩最大時的矢量圖；
[0037] 圖3所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅動電路的第二實施例的電路框圖；
【具體實施方式】
[0038] 以下結合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于 這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方 案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細 節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0039] 參考圖1，所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅