H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電機驅(qū)動控制領域，具體而言，涉及一種H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲。
【背景技術】
[0002]在電機驅(qū)動中，驅(qū)動器的拓撲結(jié)構(gòu)普遍采用三相全橋結(jié)構(gòu)，即六個功率管組成3個橋臂，每個橋臂的中間點連接電機的每相繞組端子。這種拓撲結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢是功率器件數(shù)量少、體積小、成本低，但是其缺點也是非常明顯，只有其中一個功率管發(fā)生故障，由于受三相電流之和為零的約束，其他的5個功率管也就沒法正常工作，因此這種拓撲結(jié)構(gòu)無靈活性、不能進行故障后重構(gòu)。
[0003]為了克服三相全橋驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)的缺點，一般采用獨立H橋結(jié)構(gòu)，即每相繞組的兩個端子全部引出電機外部，并由四個功率管組成的獨立H橋結(jié)構(gòu)驅(qū)動，這樣在某個功率管發(fā)生故障時，不會影響其他功率管的正常工作，同時在控制策略上進行調(diào)整，通過控制其他正常相的電流輸出，可以彌補故障相的功率缺失。但是，這種獨立H橋結(jié)構(gòu)克服了三相全橋結(jié)構(gòu)的缺點，具有一定的靈活性且能夠進行故障重構(gòu)，但是，其結(jié)構(gòu)是固定不變的，不能更好地滿足電機系統(tǒng)的寬范圍使用要求，比如高速、低速、輕載、重載、故障等工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術解決問題是:提供一種高可靠性、可適應不同工況的H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲。
[0005]本發(fā)明的技術解決方案是:H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲，包括H橋組、電源開關組和電源組;假設開放式繞組電機相數(shù)為2N時，N 2 2;則，電源組包括N個直流功率電源，每個直流功率電源有輸出正和輸出負兩個端子；電源開關組包括2N個功率開關;所述H橋組包括4X2N個功率管，組成2N個H橋;每個H橋以開放式繞組電機為界區(qū)分左、右兩個橋臂，每個橋臂由兩個功率管的漏極和源極串聯(lián)在一起構(gòu)成，串聯(lián)后的漏極一端接一個功率開關后接入一個直流功率電源的輸出正端子;串聯(lián)后的源極一端接一個功率開關后接入對應直流功率電源的輸出負端子;每個H橋的橋臂中串聯(lián)在一起的漏極和源極之間設有接線端子，接線端子與開放式繞組電機的繞組的端子連接，功能相同的繞組對應的兩個H橋由同一個直流功率電源供電。
[0006]當需要由2N個H橋變換成N個H橋結(jié)構(gòu)時，將共用一個直流功率電源的兩個H橋的同一側(cè)橋臂上下兩端的功率開關斷開，同時將同側(cè)兩個橋臂上與直流功率電源輸出正端子或者負端子連接的功率管關閉，與另一側(cè)連接的功率管常開，將共用一個直流功率電源兩個H橋驅(qū)動的兩個繞組串聯(lián)，形成一個新的繞組，由一個H橋驅(qū)動。
[0007]當某個繞組或者功率管發(fā)生故障時，關閉發(fā)生故障繞組或者功率管所在H橋上的所有功率管，功能相同的繞組電流加倍，實現(xiàn)容錯控制。
[0008]關閉一半H橋工作在輕載模式下。
[0009]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有益效果為:
[0010]根據(jù)本發(fā)明的可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲，根據(jù)不同的工況需求，可以變換驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)，使得開放式繞組電機達到不同的工作狀態(tài)，實現(xiàn)一個電機可以滿足多種工況需求，相比多電機+離合器進行速度或力矩耦合系統(tǒng)，實現(xiàn)一機多用，同時消除了機械耦合器的體積、重量、振動和噪聲源，而且省去了機械維護等，能夠有效地提高電機系統(tǒng)功率密度、電機與功率器件使用率，降低系統(tǒng)重量和體積。另外，相比普通H橋驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)，該驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)還具有很強的故障容錯能力和在線變結(jié)構(gòu)能力，可以根據(jù)不同的工況需求，實現(xiàn)非常靈活的結(jié)構(gòu)變換，從而提高系統(tǒng)的可靠性和安全性。
【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的2XN相H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)的架構(gòu)圖；
[0012]圖2是根據(jù)本發(fā)明的六相H橋可變結(jié)構(gòu)式驅(qū)動拓撲結(jié)構(gòu)的架構(gòu)圖；
[0013]圖3為應用本發(fā)明的驅(qū)動系統(tǒng)架構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖及實例對本發(fā)明做詳細說明。
[0015]如圖1所示，本發(fā)明拓撲結(jié)構(gòu)包括H橋組40、電源開關組50和電源組60;所述H橋組40中功率管數(shù)量與開放式繞組電機的相數(shù)相匹配，在開放式繞組電機相數(shù)為2 X N時，其中，N> 2,功率管41數(shù)量為4 X 2 X N，分為2 X N個H橋42，每個所述H橋42包含左、右兩個橋臂45，將所述橋臂45以開放式繞組電機為界區(qū)分左、右，每個所述橋臂45包含上、下各一個所述功率管41，每個所述H橋42共有四個所述功率管41，每個所述橋臂45的中間點設有一個繞組接線端子43，所述繞組接線端子43分別與開放式繞組電機的繞組的兩個端子相連，另外，每個所述H橋42還設有兩個電源接線端子44，分別與控制所述電源組60的電源開關相連。
[0016]所述電源開關組50包括2XN個功率開關51，所述功率開關51由分別接電源正和電源負的兩個功率開關組成，并設有接所述電源組60的功率電源接線端子52和接所述H橋40的電源接線端子53，所述功率電源接線端子52與所述電源組60的直流功率電源相連，所述電源接線端子53與所述H橋42的電源接線端子44相連。
[0017]所述電源組60包括N個直流功率電源61，每個所述直流功率電源61有輸出正和輸出負兩個端子，分別與所述功率電源接線端子52相連，并且每個所述直流功率電源61同時供給左、右兩個所述橋臂45，這樣開放式繞組電機的每相繞組由一個所述H橋42驅(qū)動控制，同時左、右兩邊的第一個所述橋臂45和第N+1個所述橋臂45也由同一個所述直流功率電源61供電。
[0018]功率開關51設有與控制器10相連的輸入端，還設有與后續(xù)電源組60相連的輸出端，用于將控制器10輸出的驅(qū)動控制數(shù)字信號，經(jīng)過信號隔離20和功率驅(qū)動30，分別實現(xiàn)信號隔離和功率驅(qū)動放大功能，輸出給電源開關組50中的功率開關51的控制端，從而控制功率開關51的導通狀態(tài)，以達到控制H橋42與直流功率電源61的通斷；
[0019]圖3為本發(fā)明拓撲結(jié)構(gòu)應用在開放式繞組電機驅(qū)動系統(tǒng)中的架構(gòu)，具體包括控制器10、信號隔離20、開關功率驅(qū)動30、本發(fā)明拓撲結(jié)構(gòu)(H橋組40、電源開關組50和電源組60);
[0020]控制器10發(fā)送驅(qū)動拓撲變結(jié)構(gòu)控制指令給功率開關51，功率開關51將左邊或者右邊H橋42與直流功率電源61斷開，同時發(fā)送控制指令將H橋42中的上面或下面兩個功率管41處于常開狀態(tài)，將H橋42中的下面或上面兩個功率管41處于常閉狀態(tài)，這樣處于常開狀態(tài)的兩個功率管41相當于導線，從而實現(xiàn)將兩個繞組進行串聯(lián)，其他同邊(左邊或者右邊)的2個H橋42也實現(xiàn)相同功能，從而將由6個H橋42驅(qū)動的6相電機串聯(lián)成由3個H橋42驅(qū)動的新3相電機，即每相繞組是原來兩個繞組的串聯(lián)形式，從而實現(xiàn)驅(qū)動拓撲變結(jié)構(gòu)功能；
[0021]信號隔離20設有與控制器10相連的輸入端，還設有與后續(xù)功率驅(qū)動30相連的輸出端