CN101777863A - 开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法,属于电机控制领域。所述方法是在控制电路和驱动电路之间串联接入CPLD逻辑控制电路用于驱动信号处理,包括逻辑分配、窄脉冲消除和封锁逻辑处理,本发明的方法能够用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲控制,可以避免正常停机或者故障停机过程中出现的单个开关管承受母线电压和动作时间过短等现象,保证开关管工作安全。
Description
技术领域
本发明涉及一种开关磁阻电机的控制方法,特别是涉及一种开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法。
背景技术
开关磁阻电机双管串联变换器结构的提出,使得开关磁阻电机在高压大功率领域得以应用,由于此功率变换器完全属于全新的技术,其控制逻辑和关断技术没有现有的技术资料。一般在需要封锁脉冲是直接关闭一相上所有的开关管,但是经分析,由于功率开关的离散性和驱动信号传输的延迟,可能造成单个开关管承受母线电压导致损坏,在正常的开关过程中也应该避免窄脉冲对开关管的冲击。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法。所述技术方案如下:
本发明的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法,所述方法具体包括下列步骤:
步骤A:上电启动;
步骤B:通过上电复位信号对PWM输出及中间变量信号进行初始化;
步骤C:由CPLD模块分别接收来自控制电路的PWM输入信号和故障信号;
步骤D:判断是否接收到故障信号,如有则转入步骤G,否则转入步骤E;
步骤E:将每一路PWM输入信号控制生成两路中间变量信号:PWM1,PWM2;根据PWM输入信号和延时信号进行状态转换,在每个状态中变化中间变量信号的电平值;
步骤F:消除中间变量信号中的窄脉冲;然后转入步骤C;
步骤G:识别当前的状态,根据当前的状态决定封锁过渡过程,输出过渡脉冲,直到最终状态为所有PWM输出关闭;
步骤H:判断是否接收到复位信号,如有,则转入步骤B;否则重复该步骤。
本发明的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法,其特征在于,所述步骤E具体包括下列步骤:
同时对控制同一相上桥臂两个开关管的PWM信号和下臂桥两个开关管的PWM信号进行处理:
其中,对控制同一相上桥臂两个开关管的PWM信号的处理过程为:
步骤E-1-1:等待PWM输入信号上升沿,当上升沿出现,转入步骤E-1-2;否则保持该状态;
步骤E-1-2:输出PWM2中间变量信号为高电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-1-3;
步骤E-1-3:输出PWM1中间变量信号为高电平,等待PWM输入信号的下降沿,当出现下降沿转入步骤E-1-4;否则保持该状态;
步骤E-1-4:输出PWM1中间变量信号为低电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-1-5;
步骤E-1-5:输出PWM2中间变量信号为低电平,转入步骤E-1-1;
对控制同一相下桥臂两个开关管的PWM信号的处理过程为:
步骤E-2-1:等待PWM输入信号上升沿,当上升沿出现,转入步骤E-2-2;否则保持该状态;
步骤E-2-2:输出PWM1中间变量信号为高电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-2-3;
步骤E-2-3:输出PWM2中间变量信号为高电平,等待PWM输入信号的下降沿,当出现下降沿转入步骤E-2-4;否则保持该状态;
步骤E-2-4:输出PWM2中间变量信号为低电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-2-5;
步骤E-2-5:输出PWM1中间变量信号为低电平,转入步骤E-2-1。
本发明的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,步骤F具体包括下列处理过程:
过程F-1:当由每一路PWM输入信号分出的PWM1中间变量信号或者PWM2中间变量信号发生从低电平向高电平状态变化时,启动开通最小脉宽计数器计时;
过程F-2:当由每一路PWM输入信号分出的PWM1中间变量信号或者PWM2中间变量信号发生从高电平向低电平状态变化时,启动关断最小脉宽计数器计时;
过程F-3:如果计数器值小于设定的时间,则输出原状态,否则输出对应的PWM1或PWM2信号。
本发明的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,所述开关磁阻电机的功率电路中每个开关的通、断状态分别设定为1和0,将每一项4个开关的通、断状态组成数组[s1,s2,s3,s4],设定[0000]为最终的封锁状态;在所述步骤H中,根据所述开关磁阻电机的功率电路中每一项4个开关的通、断状态分别进行下列处理过程:
过程H-1:当前状态为[0011]时,执行[0011]至[0010]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-2:当前状态为[0111]时,执行[0111]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-3:当前状态为[1111]时,执行[1111]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-4:当前状态为[1110]时,执行[1110]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-5:当前状态为[1100]时,执行[1100]至[0100]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-6:当前状态为[0010]时,执行[0010]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-7:当前状态为[0100]时,执行[0100]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-8:当前状态为其他时,直接转换为[0000]状态;
本发明的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,在所述步骤E和所述步骤F中,对每一路PWM信号的处理过程均为并行处理。
本发明提供的技术方案的有益效果是:本发明的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法能够用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲控制,可以避免正常停机或者故障停机过程中出现的单个开关管承受母线电压和动作时间过短等现象,保证关断过程中开关管工作安全。
附图说明
图1是本发明实施例中用于开关磁阻电极的双管串联功率电路结构图;
图2是本发明实施例开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本实施例以三相开关磁阻电动机为例进行说明。
图1为用于开关磁阻电极的双管串联功率电路结构既控制结构图,CPLD模块为可编程逻辑控制器件,用于实现本发明脉冲封锁的主要功能。CPLD模块位于控制电路和IGBT驱动电路中之间,接收来自控制电路的6路PWM信号和一路封锁信号。CPLD模块将接收到的6路PWM信号最终分配形成12路PWM驱动信号,并经过最小脉宽控制输出给IGBT驱动电路。
在正常停机或者故障停机时,控制电路输出封锁信号。封锁信号有效时,CPLD模块执行封锁过程,按照当前的状态依次顺序关断IGBT驱动电路。
由图1可见,双管串联功率电路用于控制开关磁阻电动机A相的共有四个开关,分别为S1、S2、S3和S4。
S1和S2控制A相上桥臂两个开关管,在控制上可以看做一个开关,S3和S4控制A相下桥臂两个开关管,在控制上也看做一个开关,只是在导通和关断时间上有一个延迟或者超前。
同理,控制开关磁阻电动机的B相和C相与A项相同:控制B相的四个开关为S5、S6、S7和S8;控制C相的四个开关为S9、S10、S11和S12。
控制电路输出PWMA1、PWMA2、PWMB1、PWMB2、PWMC1和PWMC2六个信号。CPLD模块接受上述六个PWM信号和一个封锁信号,经过逻辑延时分配后分别输出PWMA11、PWMA12、PWMA21、PWMA22、PWMB11、PWMB12、PWMB21、PWMB22、PWMC11、PWMC12、PWMC21、PWMC22共12个中间变量信号。这12个中间变量信号经过最小脉宽处理后形成PWMA11OUT,PWMA12OUT,PWMA21OUT,PWMA22OUT;PWMB11OUT,PWMB12OUT,PWMB21OUT,PWMB22OUT;PWMC11OUT,PWMC12OUT,PWMC21OUT,PWMC22OUT共12个输出信号,分别对应S1-S12的控制信号。
CPLD对控制A,B,C三相的所有PWM信号的处理过程是并行的。
针对于A相,控制电路输出PWMA1,PWMA2两个信号和封锁信号。A相处理过程结束后,CPLD模块输出为PWMA11OUT,PWMA12OUT,PWMA21OUT,PWMA22OUT四个输出信号。对A相的两个信号PWMA1,PWMA2的处理是并行进行的。
现着重以A相为例,对本发明的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法进行说明。
本发明的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法的处理过程如下:
步骤101:连接电源,启动处理过程。
步骤102:CPLD模块通过上电复位信号,对PWM输出和状态及中间变量进行初始化。上电复位时,中间变量信号PWMA11,PWMA12,PWMA21,PWMA22复位成逻辑0,输出信号PWMA11OUT,PWMA21OUT,PWMA21OUT,PWMA22OUT复位为逻辑0,初始状态为等待上升沿状态。
步骤103:接收来自控制电路的PWMA1、PWMA2、PWMB1、PWMB2、PWMC1及PWMC2共6路PWM输入信号和故障信号;在CPLD模块内部设置用于存储六路PWM信号和封锁信号的缓冲区,在CPLD脉冲的驱动下,记忆这些信号的状态。
步骤104:判断是否接收到故障信号,如果有故障信号,则转入步骤107,进行封锁过渡处理,否则转入下一步骤。
步骤105:此步骤同时对控制A相上桥臂两个开关管的PWMA1信号和下臂桥两个开关管的PWMA2信号进行处理。
将A相的PWMA1,PWMA2两个输入信号分别控制生成两路PWM中间变量信号:PWMA11、PWMA12和PWMA21、PWMA22。
根据PWM输入信号的上升沿和下降沿和定时器进行状态的转移,在每个状态中执行PWM信号的分配和定时器的启动控制。根据PWMA输入信号的来驱动状态的转移,在每个状态中变化PWM中间变量信号的电平值。
对PWMA1的处理过程具体为:
步骤1:等待PWMA1信号上升沿,如果没有上升沿,保持该状态,否则转入步骤2;
步骤2:输出PWMA12为高电平,同时启动延时,延时时间没有到达,保持该状态,否则转入步骤3;
步骤3:输出PWMA11为高电平,等待PWMA1信号的下降沿,如果没有下降沿,保持该状态,否则转入步骤4;
步骤4:输出PWMA11为低电平,同时启动延时,延时时间没有到达,保持该状态,否则转入步骤5;
过程5:输出PWMA12为低电平,转入步骤1;
对PWMA2的处理过程具体为:
步骤1:等待PWMA2信号上升沿,如果没有上升沿,保持该状态,否则转入步骤2;
步骤2:输出PWMA21为高电平,同时启动延时,延时时间没有到达,保持该状态,否则转入步骤3;
步骤3:输出PWMA22为高电平,等待PWMA2信号的下降沿,如果没有下降沿,保持该状态,否则转入步骤4;
步骤4:输出PWMA22为低电平,同时启动延时,延时时间没有到达,保持该状态,否则转入步骤5;
过程5:输出PWMA21为低电平,转入步骤1;
对对PWMA1与PWMA2的处理过程是同时进行的。
步骤106:对经过分配的信号进行监控,在其电平变化时启动最小开通脉宽和最小关断脉宽的定时器,当脉宽小于设定值时,维持原状态,否则输出当前的PWM信号;然后转到步骤103进行下一个工作周期的处理。
PWMA11,PWMA12,PWMA21,PWMA22最小脉宽的处理过程是并行的。
过程1:当PWMA11,PWMA12,PWMA21,PWMA22发生从低电平向高电平状态变化时,启动开通最小脉宽计数器计时;
过程2:当PWMA11,PWMA12,PWMA21,PWMA22发生从高电平向低电平状态变化时,启动关断最小脉宽计数器计时;
过程3:如果计数器值小于设定的时间,对应的输出PWAMA11OUT,PWMA12OUT,PWMA21OUT,PWMA22OUT保持原状态,否则输出PWMA11OUT=PWMA11;PWMA12OUT=PWMA12;PWMA21OUT=PWMA21;PWMA22OUT=PWMA22.
步骤107:该步骤为封锁过程的处理,封锁过程按照当前所处的状态,输出过度脉冲,按照顺序关断,直到IGBT全部为封锁状态,然后转入步骤108。
在所述步骤107中,根据所述开关磁阻电机的功率电路中每一相4个开关的通、断状态分别进行下列处理过程:
在封锁状态下,PWMA1和PWMA2信号对输出不再起作用,关断过程由下面的逻辑实现。
设A相的四个开关状态组成一个数组[PWMA11,PWMA12,PWMA21,PWMA22],在封锁状态有效的时刻,根据上面数值的值进行状态的转换,规定[0000]为最终的封锁状态;
1)当前状态为[0011]时,执行[0011]->[0010]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
2)当前状态为[0111]时,执行[0111]->[0110]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
3)当前状态为[1111]时,执行[1111]->[0110]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
4)当前状态为[1110]时,执行[1110]->[0110]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
5)当前状态为[1100]时,执行[1100]->[0100]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
6)当前状态为[0010]时,执行[0010]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
7)当前状态为[0100]时,执行[0100]->[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
8)当前状态为其他时,直接转换为[0000]状态;
当故障处理到输出为[0000]时,输出状态不再变化,如果此时有复位信号则转到1。
步骤108:该步骤为判断是否接收到复位信号,如果接收到复位信号,则转入步骤102进行复位;否则等待复位信号,PWM输出维持关闭状态,重复该步骤。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法,其特征在于,所述方法具体包括下列步骤:
步骤A:上电启动;
步骤B:通过上电复位信号对PWM输出及中间变量信号进行初始化;
步骤C:由CPLD模块分别接收来自控制电路的PWM输入信号和故障信号;
步骤D:判断是否接收到故障信号,如有则转入步骤G,否则转入步骤E;
步骤E:将每一路PWM输入信号控制生成两路中间变量信号:PWM1,PWM2;根据PWM输入信号和延时信号进行状态转换,在每个状态中变化中间变量信号的电平值;
步骤F:消除中间变量信号中的窄脉冲;然后转入步骤C;
步骤G:识别当前的状态,根据当前的状态决定封锁过渡过程,输出过渡脉冲,直到最终状态为所有PWM输出关闭;
步骤H:判断是否接收到复位信号,如有,则转入步骤B;否则重复该步骤。
2.根据权利要求1所述的开关磁阻电机的双管串联变换器脉冲封锁方法,其特征在于,所述步骤E具体包括下列步骤:
同时对控制同一相上桥臂两个开关管的PWM信号和下臂桥两个开关管的PWM信号进行处理:
其中,对控制同一相上桥臂两个开关管的PWM信号的处理过程为:
步骤E-1-1:等待PWM输入信号上升沿,当上升沿出现,转入步骤E-1-2;否则保持该状态;
步骤E-1-2:输出PWM2中间变量信号为高电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-1-3;
步骤E-1-3:输出PWM1中间变量信号为高电平,等待PWM输入信号的下降沿,当出现下降沿转入步骤E-1-4;否则保持该状态;
步骤E-1-4:输出PWM1中间变量信号为低电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-1-5;
步骤E-1-5:输出PWM2中间变量信号为低电平,转入步骤E-1-1;
对控制同一相下桥臂两个开关管的PWM信号的处理过程为:
步骤E-2-1:等待PWM输入信号上升沿,当上升沿出现,转入步骤E-2-2;否则保持该状态;
步骤E-2-2:输出PWM1中间变量信号为高电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-2-3;
步骤E-2-3:输出PWM2中间变量信号为高电平,等待PWM输入信号的下降沿,当出现下降沿转入步骤E-2-4;否则保持该状态;
步骤E-2-4:输出PWM2中间变量信号为低电平,同时启动延时,当延时时间到达后,转入步骤E-2-5;
步骤E-2-5:输出PWM1中间变量信号为低电平,转入步骤E-2-1。
3.根据权利要求1所述的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,步骤F具体包括下列处理过程:
过程F-1:当由每一路PWM输入信号分出的PWM1中间变量信号或者PWM2中间变量信号发生从低电平向高电平状态变化时,启动开通最小脉宽计数器计时;
过程F-2:当由每一路PWM输入信号分出的PWM1中间变量信号或者PWM2中间变量信号发生从高电平向低电平状态变化时,启动关断最小脉宽计数器计时;
过程F-3:如果计数器值小于设定的时间,则输出原状态,否则输出对应的PWM1或PWM2信号。
4.根据权利要求1所述的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,所述开关磁阻电机的功率电路中每个开关的通、断状态分别设定为1和0,将每一项4个开关的通、断状态组成数组[s1,s2,s3,s4],设定[0000]为最终的封锁状态;在所述步骤H中,根据所述开关磁阻电机的功率电路中每一项4个开关的通、断状态分别进行下列处理过程:
过程H-1:当前状态为[0011]时,执行[0011]至[0010]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-2:当前状态为[0111]时,执行[0111]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-3:当前状态为[1111]时,执行[1111]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-4:当前状态为[1110]时,执行[1110]至[0110]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-5:当前状态为[1100]时,执行[1100]至[0100]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-6:当前状态为[0010]时,执行[0010]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-7:当前状态为[0100]时,执行[0100]至[0000]的状态转换,在状态之间插入最小延时时间;
过程H-8:当前状态为其他时,直接转换为[0000]状态;
5.根据权利要求1所述的用于开关磁阻电机的双管串联变换器安全封锁脉冲方法,其特征在于,在所述步骤E和所述步骤F中,对每一路PWM信号的处理过程均为并行处理。
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