一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及基于角度變化的融合脈寬調(diào)制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及變頻電機(jī)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及基于角度變化的融合 脈寬調(diào)制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 變頻永磁電機(jī)是一種應(yīng)用非常廣泛的變頻用的電機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，發(fā)展 前景廣闊。變頻永磁電機(jī)是在有刷直流電動(dòng)機(jī)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型機(jī)電一體化的電 動(dòng)機(jī)，它利用電子換向器取代機(jī)械電刷和機(jī)械換向器，使運(yùn)種電機(jī)不僅保留了直流電機(jī)的 原有的優(yōu)良性能，而且具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。變頻永磁 電機(jī)主要由電機(jī)本體、轉(zhuǎn)子位置傳感器和驅(qū)動(dòng)電路=部分組直流電源通過(guò)電子開(kāi)關(guān)電路向 電動(dòng)機(jī)定子繞組供電，位置傳感器隨時(shí)檢測(cè)到轉(zhuǎn)子所處的位置，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的位置信號(hào)來(lái) 控制開(kāi)關(guān)MOS管的導(dǎo)通和截止，從而控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。可見(jiàn)，除電機(jī)主體外，驅(qū)動(dòng)電路是永磁 電動(dòng)機(jī)整體性能得W提高的關(guān)鍵，而驅(qū)動(dòng)電路不同的控制方式則會(huì)使電機(jī)產(chǎn)生不同的性 能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及基于角度變化的融 合脈寬調(diào)制方法，通過(guò)對(duì)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，使得導(dǎo)通模式下每周期共同12個(gè)狀態(tài)， 可使變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理想波形與實(shí)際波形基本吻合，使得變頻電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生失 真，可提局變頻電機(jī)的驅(qū)動(dòng)效率。
[0004] 為此，本發(fā)明第一方面提供一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與轉(zhuǎn)子位置傳感器信號(hào)連接，并 根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置來(lái)驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，包括電源、電機(jī)控制信號(hào)處理 器、驅(qū)動(dòng)電路、邏輯保護(hù)電路和電流檢測(cè)電路。
[0005] 所述驅(qū)動(dòng)電路的輸出端連接于所述變頻電機(jī)的控制端。
[0006] 所述電機(jī)控制信號(hào)處理器設(shè)于位置傳感器與驅(qū)動(dòng)電路之間，用于獲取位置傳感器 檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置并根據(jù)該轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)換成控制指令控制驅(qū)動(dòng)電路中開(kāi)關(guān)MOS管的導(dǎo)通和 截止，從而控制變頻電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0007] 所述邏輯保護(hù)電路設(shè)于所述電機(jī)控制信號(hào)處理器與所述驅(qū)動(dòng)電路之間，用于檢測(cè) 變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)壓狀態(tài)。
[000引所述電流檢測(cè)電路設(shè)于所述電機(jī)控制信號(hào)處理器與所述驅(qū)動(dòng)電路之間，采用霍爾 傳感器檢測(cè)電機(jī)工作時(shí)的電流。
[0009]進(jìn)一步地，還包括升壓電路，所述升壓電路設(shè)于電源與所述驅(qū)動(dòng)電路之間，用于提 高電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流母線電壓W提高電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。
[0010] 進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電路包括VTl~VT6六個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管，其中VT1、VT3、VT5為上橋 臂開(kāi)關(guān)MOS管，VT4、VT6、VT2為下橋臂開(kāi)關(guān)MOS管，所述VTl和VT4為上下一組對(duì)應(yīng)的橋臂，中 間連接電機(jī)A相，形成控制流經(jīng)電機(jī)A相線圈的開(kāi)關(guān);VT3和VT6為上下一組對(duì)應(yīng)的橋臂，中間 連接電機(jī)B相，形成控制流經(jīng)電機(jī)B相線圈的開(kāi)關(guān);FT5和VT2為上下一組對(duì)應(yīng)的橋臂，中間連 接電機(jī)C相，形成控制流經(jīng)電機(jī)C相線圈的開(kāi)關(guān);在電機(jī)控制信號(hào)處理器的控制下，處于上下 一組對(duì)應(yīng)的橋臂的二開(kāi)關(guān)MOS管不能同時(shí)導(dǎo)通。
[0011] 進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電路還包括并聯(lián)于直流母線上的耐高壓電容，用于當(dāng)意外停 機(jī)時(shí)，母線上產(chǎn)生的瞬間高壓由于所述電容兩端的電壓不能突變而得到抑制。
[0012] 進(jìn)一步地，所述驅(qū)動(dòng)電路還包括多個(gè)齊納二極管，每一所述齊納二極管并聯(lián)于一 開(kāi)關(guān)MOS管上，用于切換過(guò)程的續(xù)流。
[0013] 本發(fā)明第二方面提供一種基于角度變化的融合脈寬調(diào)制方法，基于上述的變頻電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器，先設(shè)0為某一時(shí)刻相應(yīng)開(kāi)通的一組開(kāi)關(guān)MOS管的滯后關(guān)斷角，當(dāng)0 = 0時(shí)，為雙相導(dǎo) 通六狀態(tài)模式;當(dāng)0 = 60°時(shí)，則在60°電角度內(nèi)為=相導(dǎo)通六狀態(tài)模式;其中：
[0014] 雙相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下：
[0015] 當(dāng)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子處于0~6〇°+0電角度的時(shí)刻，電機(jī)控制信號(hào)處理器控制驅(qū) 動(dòng)電路中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通;具體如下：從電角度0度開(kāi)始，開(kāi)關(guān)MOS管的導(dǎo)通順序依次 是:VTUVT4-組，VTUVT6-組，VT3、VT6-組，VT3、VT2-組，V1'5、VT2-組，V1'5、VT4-組；在 運(yùn)種通電方式下，電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩是通電的兩相電樞繞組所受到的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩的矢量 和，是單相繞組轉(zhuǎn)矩游倍，即Tab二化；
[0016] =相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下：
[0017] 當(dāng)位置傳感器檢測(cè)轉(zhuǎn)子處于0~0電角度的時(shí)刻，電機(jī)控制信號(hào)處理器控制驅(qū)動(dòng)電 路中相應(yīng)的開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通;具體如下：從電角度0度開(kāi)始，開(kāi)關(guān)MOS管的導(dǎo)通順序依次為： ￥14、￥1'1、￥16-組，￥1'1、￥16、￥13-組，￥16、￥13、￥12-組，￥13、￥12、￥1'5-組，￥12、￥1'5、￥14- 組，VT5、VT4、VT1-組，W運(yùn)種方式運(yùn)轉(zhuǎn)一周期，轉(zhuǎn)子合成驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩與雙相方式下是一致的 效果，均為六狀態(tài)，不過(guò)此時(shí)由于=相電流同時(shí)作用，其合成轉(zhuǎn)矩的幅值為單相繞組轉(zhuǎn)矩的 1.5倍;雖然每改變一次狀態(tài)也只是更換一個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管，但是每個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管的導(dǎo)通時(shí)間增 加了。
[001引在雙相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下，每一瞬間狀態(tài)有兩個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通，即每隔1/6周期 換相一次，并且每次只換相一個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管，不同橋臂之間左右換相，每個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通 120°電角度。
[0019] 在立相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下，是每一瞬間狀態(tài)有立個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通，即每隔1/6周 期換相一次，每次換相時(shí)是同一橋臂的上下管之間換相，每個(gè)開(kāi)關(guān)MOS管導(dǎo)通180°電角度。
[0020] 本發(fā)明提供的所述變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器及基于角度變化的融合脈寬調(diào)制方法，在導(dǎo)通 模式下每周期共有12個(gè)狀態(tài)，通過(guò)采用一致性好的驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)MOS管，可使變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的理 想波形與實(shí)際波形基本吻合，使得變頻電機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)不產(chǎn)生失真，可提高變頻電機(jī)的 驅(qū)動(dòng)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0021 ]圖1為本發(fā)明提供的一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)框圖；
[0022] 圖2為圖1中驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3為雙相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下的兩相轉(zhuǎn)矩合成圖；
[0024] 圖4為=相導(dǎo)通六狀態(tài)模式下的=相轉(zhuǎn)矩合成圖；
[0025] 圖5為目~60。+目導(dǎo)通模式下的波形圖；
[0026] 圖6為0~0導(dǎo)通模式下的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳述。
[0028] 請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，與轉(zhuǎn)子位置傳感器20信號(hào)連接，并 根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置來(lái)驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)30的運(yùn)轉(zhuǎn)，包括電源11、電機(jī)控制信號(hào) 處理器12、驅(qū)動(dòng)電路13、邏輯保護(hù)電路14、電流檢測(cè)電路15和升壓電路16。
[0029] 所述驅(qū)動(dòng)電路13的輸出端連接于所述變頻電機(jī)30的控制端。
[0030] 所述電機(jī)控制信號(hào)處理器12設(shè)于位置傳感器20與驅(qū)動(dòng)電路13之間，用于獲取位置 傳感器20檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子位置并根據(jù)該轉(zhuǎn)子位置轉(zhuǎn)換成控制指令控制驅(qū)動(dòng)電路中開(kāi)關(guān)MOS管 的導(dǎo)通和截止，從而控制變頻電機(jī)30的運(yùn)轉(zhuǎn)。
[0031 ]所述邏輯保護(hù)電路14設(shè)于所述電機(jī)控制信號(hào)處理器12與所述驅(qū)動(dòng)電路13之間，用 于檢測(cè)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的過(guò)壓狀態(tài)，其采用電阻分壓法，分壓后的電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)電容濾波 處理后由雙路單電壓運(yùn)算放大器進(jìn)行運(yùn)放處理后輸入到電機(jī)控制信號(hào)處理器的ADC模塊， 實(shí)現(xiàn)判斷是否過(guò)壓。
[0032] 所述電流檢測(cè)電路15設(shè)于所述電機(jī)控制信號(hào)處理器12與所述驅(qū)動(dòng)電路13之間，采 用霍爾傳感器檢測(cè)電機(jī)工作時(shí)的電流。經(jīng)過(guò)霍爾傳感器檢測(cè)的電流信號(hào)通過(guò)電壓信號(hào)輸 出，再經(jīng)過(guò)兩級(jí)運(yùn)放濾波、處理使電壓控制在0~3V之間，最后輸入到電機(jī)控制信號(hào)處理器 的ADC模塊，實(shí)現(xiàn)判斷電機(jī)工作時(shí)的相電流。
[0033] 所述升壓電路16設(shè)于電源11與所述驅(qū)動(dòng)電路13之間，用于提高電機(jī)驅(qū)動(dòng)的直流母 線電壓W提高電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速。
[0034] 請(qǐng)參閱圖2,所述驅(qū)動(dòng)電路包括VTl~VT6六個(gè)N溝道的開(kāi)關(guān)MOS管，其中VTl、VT3、 V巧為上橋臂開(kāi)關(guān)MOS管，VT4、VT6、VT2為下橋臂開(kāi)關(guān)MOS管，所述VTl和Vl'4為上下一組對(duì)應(yīng) 的橋臂，中間連接電機(jī)A相，形成控制流經(jīng)電機(jī)A相線圈的開(kāi)關(guān);VT3和VT6為上下一組對(duì)應(yīng)的 橋臂，中間連接電機(jī)B相，形成控制流經(jīng)電機(jī)B相線圈的開(kāi)關(guān);rrS和VT2為上下一組對(duì)應(yīng)的橋 臂，中間連接電機(jī)C相，形成控制流經(jīng)電機(jī)C相線圈的開(kāi)關(guān);在電機(jī)控制信號(hào)處理器的控制 下，處于上下一組對(duì)應(yīng)的橋臂的二開(kāi)關(guān)MOS管不能同時(shí)導(dǎo)通。
[0035] 每一開(kāi)關(guān)MOS管被驅(qū)動(dòng)飽和導(dǎo)通，即在它的兩極之間壓降最低時(shí)，其柵極驅(qū)動(dòng)要求 如下：
[0036] 1、柵極電壓一定要比漏極電壓高10~15V，用作高壓側(cè)開(kāi)關(guān)時(shí)其柵極電壓必定高 于干線電壓，常?？赡苁窍到y(tǒng)中的最高電壓；
[0037] 2、柵極電壓從邏輯上看必須是可控的，它通常W地為參考點(diǎn)；
[0038] 3、柵極驅(qū)動(dòng)電路吸收的功率不會(huì)顯著地影響總效率。
[0039] 當(dāng)電機(jī)的某一相上橋臂驅(qū)動(dòng)電路有效時(shí)，開(kāi)關(guān)MOS管VTl (或VT3、VT5)的柵極電壓 不低于46V，才能開(kāi)關(guān)M