CN103532471A - 一种电动机通用功率驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电动机通用功率驱动电路，本发明将不对称半桥回路各相上、下桥臂的出线端处并联了一条带插座的支路，当驱动器驱动的是开关磁阻电动机，则逆变器各相上、下桥臂接入电动机定子绕组，并入的支路并不用导线连接，此时逆变器实为不对称半桥回路；当驱动器驱动的是无刷直流电动机、永磁同步电机或异步电动机，则将逆变器各相的上桥臂接入电动机定子绕组，同时将并入的支路用导线连接，此时逆变器实为全桥回路，本发明仅需几根导线无需焊接的插拔就可实现在同一套驱动系统上驱动多种电动机，方法简单，容易实现，节省了开发过程中的人力物力，提高了不同类型电动机驱动电路之间的通用性。

Description

一种电动机通用功率驱动电路

技术领域

本发明属于自动化、电动机控制和电子设计领域，具体为一种电动机通用功率驱动电路。

背景技术

电动机是国民生产和人们日常生活中重要的动力来源，有着举足轻重的地位，电动机的种类也十分繁多，常见的有直流电动机、同步电动机、异步电动机、步进电动机以及开关磁阻电动机等。通常对于无需频繁正反转和调速要求不高的场合，电动机可以不用功率驱动器，上电就可以转动，如大功率的有刷直流电动机和大功率的异步电动机。而对于需要频繁正反转和精确控制转速的电动机调速系统，则要配有功率驱动器，如无刷直流电动机调速系统、永磁同步电动机调速系统、开关磁阻电动机调速系统等，因此功率驱动器已经逐渐成为电动机高性能调速系统中不可或缺的重要组成部分。

功率驱动器是由大功率电力电子器件构成的功率变换装置，主要作用是对供电电源进行各种变换，如整流、逆变、调频、调压等，以驱动电动机转动。随着电力电子器件制造技术和变流技术的日新月异，功率驱动器的拓扑结构和电动机控制方式也屡有创新和进步。虽然在实际应用中，通常会选用集成驱动电路、保护电路和功率器件于一体的智能功率模块(IPM)，但是在对电动机控制的科研和实验中，由于不是过分强调效率、专用性和为了便于实验、测试和性能分析等原因，通常都使用分立模块。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，设计了一种可以驱动无刷直流电动机、永磁同步电动机、异步电动机和开关磁阻电动机通用功率驱动电路。

对于直流无刷电动机调速系统、永磁同步电动机调速系统、异步电动机调速系统以及开关磁阻电动机调速系统，都需要将直流电源逆变成交流电供给电动机定子绕组。逆变器有多种拓扑结构，如全桥回路、不对称半桥回路、H桥回路、(n+1)型回路等，通常无刷直流电动机、永磁同步电动机、异步电动机的逆变器拓扑结构一致，都使用全桥型回路，开关磁阻电动机使用的是不对称半桥回路。通过比较不难发现这两种回路在电动机定子绕组相数一致的情况下所使用的元器件种类和数量完全一致，电路连接方式也十分相似，只有微小差异，只需对电路做微小调整便可消除这种差异。本发明专利对不对称半桥回路进行了改进，此改进使得功率驱动器不仅可以驱动开关磁阻电动机还可以驱动永磁同步电机、异步电动机和无刷直流电动机。

具体改进方法是将不对称半桥回路各相上、下桥臂的出线端处并联了一条带插座的支路，当驱动器驱动的是开关磁阻电动机，则逆变器各相上、下桥臂接入电动机定子绕组，并入的支路并不用导线连接，此时逆变器实为不对称半桥回路；当驱动器驱动的是无刷直流电动机、永磁同步电机或异步电动机，则将逆变器各相的上桥臂接入电动机定子绕组，同时将并入的支路用导线连接，此时逆变器实为全桥回路。

本发明一种电动机通用功率驱动电路，包括逆变器电路、电压检测电路、逆变器驱动信号接口、电动机绕组电流检测电路接口和八个插座；

所述的逆变器电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8；所述的第一开关管Q1的C极、第二开关管Q2的C极、第三开关管Q3的C极、第四开关管Q4的C极、第一续流二极管D1的负极、第二续流二极管D2的负极、第三续流二极管D3的负极、第四续流二极管D4的负极接直流母线电源的正极VCC；第五开关管Q5的E极、第六开关管Q6的E极、第七开关管Q7的E极、第八开关管Q8的E极、第五续流二极管D5的正极、第六续流二极管D6的正极、第七续流二极管D7的正极、第八续流二极管D8的正极接直流母线电源的地极GND；第一开关管Q1的E、接口A1接第五续流二极管D5的负极；第一续流二极管D1的正极、接口A2接第五开关管Q5的C极；第二开关管Q2的E极、接口B1接第六续流二极管D6的负极；第二续流二极管D2的正极接口B2接第六开关管Q6的C极；第三开关管Q3的E极、接口C1接第七续流二极管D7的负极；第三续流二极管D3的正极、接口C2接第七开关管Q7的C极；第四开关管Q4的E极、接口D1接第八续流二极管D8的负极；第四续流二极管D4的正极、接口D2接第八开关管Q8的C极。

所述的电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、稳压二极管D9、发光二极管D10；

所述的第一电阻R1的一端接直流母线电源的正极VCC；第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端；第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端、稳压二极管D9的负极、发光二极管D10的正极、接口AD接第二电阻R2的另一端；第三电阻R3的另一端、第一电容C1的另一端、稳压二极管D9的正极、第四电阻R4的一端接直流母线电源的地极GND；第四电阻R4的另一端接发光二极管D10的负极。

所述的逆变器驱动信号接口J9 的第一引脚接第一开关管Q1的G极；第二引脚接第二开关管Q2的G极；第三引脚接第三开关管Q3的G极；第四引脚接第四开关管Q4的G极；第五引脚接第五开关管Q5的G极；第六引脚接第六开关管Q6的G极；第七引脚接第七开关管Q7的G极；第八引脚接第八开关管Q8的G极；第九引脚接第一开关管Q1的E极；第十引脚接第二开关管Q2的E极；第十一引脚接第三开关管Q3的E极；第十二引脚接第四开关管Q4的E极；第十三引脚接的AD接口；第十四引脚接直流母线电源的地极GND。

电动机绕组电流检测接口J10的第一接口接A1接口；第二接口接A2接口；第三接口接B1接口；第四接口接B2接口；第五接口接C1接口；第六接口接C2接口；第七接口接D1接口；第八接口接D2接口。

第一插座J1的第一接口接A1接口；第二插座J2的第一接口接A2接口；第三插座J3的第一接口接B1接口；第四插座J4的第一接口接B2接口；第五插座J5的第一接口接C1接口；第六插座J6的第一接口接C2接口；第七插座J7的第一接口接D1接口；第八插座J8的第一接口接D2接口。

本发明专利的主要特点是由于在工业电动机控制中电动机调速系统通常使用分立元件，不同种类电动机的驱动器中会有很多功能和结构完全一致的模块，如果仅仅因为不同种类电动机驱动器的差别而开发出不同功能的驱动器，会给在企业带来不必要的资源浪费。本发明专利所设计的功率驱动器基于开关磁阻电动机与永磁同步电动机、异步电动机、无刷直流电动机驱动系统元器件拓扑结构的相似性，求同存异，仅需几根导线无需焊接的插拔就可实现在同一套驱动系统上驱动多种电动机，方法简单，容易实现，节省了开发过程中的人力物力，提高了不同类型电动机驱动电路之间的通用性。

附图说明

图1为本发明专利的通用逆变器电路原理示意图；

图2为本发明专利的电压检测单元示意图；

图3为本发明专利的逆变器驱动信号接口J9；

图4为本发明专利的电动机绕组电流检测电路接口J10；

图5为本发明专利的接线插座。

具体实施方式

本发明一种电动机通用功率驱动电路，包括逆变器电路、电压检测电路、逆变器驱动信号接口、电动机绕组电流检测电路接口和八个插座；

如图1所示，所述的逆变器电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8；所述的第一开关管Q1的C极、第二开关管Q2的C极、第三开关管Q3的C极、第四开关管Q4的C极、第一续流二极管D1的负极、第二续流二极管D2的负极、第三续流二极管D3的负极、第四续流二极管D4的负极接直流母线电源的正极VCC；第五开关管Q5的E极、第六开关管Q6的E极、第七开关管Q7的E极、第八开关管Q8的E极、第五续流二极管D5的正极、第六续流二极管D6的正极、第七续流二极管D7的正极、第八续流二极管D8的正极接直流母线电源的地极GND；第一开关管Q1的E、接口A1接第五续流二极管D5的负极；第一续流二极管D1的正极、接口A2接第五开关管Q5的C极；第二开关管Q2的E极、接口B1接第六续流二极管D6的负极；第二续流二极管D2的正极接口B2接第六开关管Q6的C极；第三开关管Q3的E极、接口C1接第七续流二极管D7的负极；第三续流二极管D3的正极、接口C2接第七开关管Q7的C极；第四开关管Q4的E极、接口D1接第八续流二极管D8的负极；第四续流二极管D4的正极、接口D2接第八开关管Q8的C极。图1所示为本发明专利的通用逆变器单元，可将直流母线电源通过开关管的通断逆变成交流电送给异步电动机、永磁同步电动机、无刷直流电动机或4/6极、6/8极开关磁阻电动机的定子绕组。

如图2所示，所述的电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、稳压二极管D9、发光二极管D10；

所述的第一电阻R1的一端接直流母线电源的正极VCC；第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端；第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端、稳压二极管D9的负极、发光二极管D10的正极、接口AD接第二电阻R2的另一端；第三电阻R3的另一端、第一电容C1的另一端、稳压二极管D9的正极、第四电阻R4的一端接直流母线电源的地极GND；第四电阻R4的另一端接发光二极管D10的负极。图2所示为本发明专利的AD检测单元，可将直流母线电压模拟信号通过AD口送入电动机控制芯片的AD转换引脚。

如图3所示，所述的逆变器驱动信号接口J9 的第一引脚接第一开关管Q1的G极；第二引脚接第二开关管Q2的G极；第三引脚接第三开关管Q3的G极；第四引脚接第四开关管Q4的G极；第五引脚接第五开关管Q5的G极；第六引脚接第六开关管Q6的G极；第七引脚接第七开关管Q7的G极；第八引脚接第八开关管Q8的G极；第九引脚接第一开关管Q1的E极；第十引脚接第二开关管Q2的E极；第十一引脚接第三开关管Q3的E极；第十二引脚接第四开关管Q4的E极；第十三引脚接的AD接口；第十四引脚接直流母线电源的地极GND。图3所示为本发明专利的逆变器驱动信号接口，可将控制逆变器中开关管通断的触发信号由逆变器驱动电路发送给开关管。

如图4所示，所述的电动机绕组电流检测接口J10的第一接口接A1接口；第二接口接A2接口；第三接口接B1接口；第四接口接B2接口；第五接口接C1接口；第六接口接C2接口；第七接口接D1接口；第八接口接D2接口。图4所示为本发明专利的电动机定子绕组电流检测接口单元，可将逆变器逆变得到的电动机定子绕组电流送入驱动系统的电流检测单元。

如图5所示，第一插座J1的第一接口接A1接口；第二插座J2的第一接口接A2接口；第三插座J3的第一接口接B1接口；第四插座J4的第一接口接B2接口；第五插座J5的第一接口接C1接口；第六插座J6的第一接口接C2接口；第七插座J7的第一接口接D1接口；第八插座J8的第一接口接D2接口。图5所示为本发明专利的功能选择接线插座单元，用导线连接本单元中A、B、C、D中的三对插座，逆变器可以驱动异步电动机、永磁同步电动机、无刷直流电动机，各对插座不连接导线时逆变器可以驱动4/6极或6/8极开关磁阻电动机。

本发明的工作流程为：图1中的A1、A2接口对应电动机的A相定子绕组，图1中的B1、B2接口对应电动机的B相定子绕组，图1中的C1、C2接口对应电动机的C相定子绕组，图1中的D1、D2接口对应电动机的D相定子绕组。当通用功率驱动器选择驱动开关磁阻电动机时，若驱动四相电动机，则将图1中的A1接口接图4中J10的第一接口，将图1中的A2接口接图4中J10的第二接口，将图1中的B1接口接图4中J10的第三接口，将图1中的B2接口接图4中J10的第四接口，将图1中的C1接口接图4中J10的第五接口，将图1中的C2接口接图4中J10的第六接口，将图1中的D1接口接图4中J10的第七接口，将图1中的D2接口接图4中J10的第八接口。若驱动三相电动机，则只需连接三相定子绕组，接法同四相电动机；当通用功率驱动器选择驱动无刷直流电动机、永磁同步电动机或异步电动机时，则将图5中的第一插座和第二插座用导线连接，第三插座和第四插座用导线连接，第五插座和第六插座用导线连接，第七插座和第八插座用导线连接；将图1中的A1接口接图4中J10的第一接口，将图1中的B1接口接图4中J10的第三接口，将图1中的C1接口接图4中J10的第五接口。

Claims (1)

1. 一种电动机通用功率驱动电路，包括逆变器电路、电压检测电路、逆变器驱动信号接口、电动机绕组电流检测电路接口和八个插座；

其特征在于：所述的逆变器电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五开关管Q5、第六开关管Q6、第七开关管Q7、第八开关管Q8、第一续流二极管D1、第二续流二极管D2、第三续流二极管D3、第四续流二极管D4、第五续流二极管D5、第六续流二极管D6、第七续流二极管D7、第八续流二极管D8；所述的第一开关管Q1的C极、第二开关管Q2的C极、第三开关管Q3的C极、第四开关管Q4的C极、第一续流二极管D1的负极、第二续流二极管D2的负极、第三续流二极管D3的负极、第四续流二极管D4的负极接直流母线电源的正极VCC；第五开关管Q5的E极、第六开关管Q6的E极、第七开关管Q7的E极、第八开关管Q8的E极、第五续流二极管D5的正极、第六续流二极管D6的正极、第七续流二极管D7的正极、第八续流二极管D8的正极接直流母线电源的地极GND；第一开关管Q1的E、接口A1接第五续流二极管D5的负极；第一续流二极管D1的正极、接口A2接第五开关管Q5的C极；第二开关管Q2的E极、接口B1接第六续流二极管D6的负极；第二续流二极管D2的正极接口B2接第六开关管Q6的C极；第三开关管Q3的E极、接口C1接第七续流二极管D7的负极；第三续流二极管D3的正极、接口C2接第七开关管Q7的C极；第四开关管Q4的E极、接口D1接第八续流二极管D8的负极；第四续流二极管D4的正极、接口D2接第八开关管Q8的C极；

所述的电压检测电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、稳压二极管D9、发光二极管D10；

所述的第一电阻R1的一端接直流母线电源的正极VCC；第一电阻R1的另一端接第二电阻R2的一端；第三电阻R3的一端、第一电容C1的一端、稳压二极管D9的负极、发光二极管D10的正极、接口AD接第二电阻R2的另一端；第三电阻R3的另一端、第一电容C1的另一端、稳压二极管D9的正极、第四电阻R4的一端接直流母线电源的地极GND；第四电阻R4的另一端接发光二极管D10的负极；

所述的逆变器驱动信号接口J9 的第一引脚接第一开关管Q1的G极；第二引脚接第二开关管Q2的G极；第三引脚接第三开关管Q3的G极；第四引脚接第四开关管Q4的G极；第五引脚接第五开关管Q5的G极；第六引脚接第六开关管Q6的G极；第七引脚接第七开关管Q7的G极；第八引脚接第八开关管Q8的G极；第九引脚接第一开关管Q1的E极；第十引脚接第二开关管Q2的E极；第十一引脚接第三开关管Q3的E极；第十二引脚接第四开关管Q4的E极；第十三引脚接的AD接口；第十四引脚接直流母线电源的地极GND；

电动机绕组电流检测接口J10的第一接口接A1接口；第二接口接A2接口；第三接口接B1接口；第四接口接B2接口；第五接口接C1接口；第六接口接C2接口；第七接口接D1接口；第八接口接D2接口； 

第一插座J1的第一接口接A1接口；第二插座J2的第一接口接A2接口；第三插座J3的第一接口接B1接口；第四插座J4的第一接口接B2接口；第五插座J5的第一接口接C1接口；第六插座J6的第一接口接C2接口；第七插座J7的第一接口接D1接口；第八插座J8的第一接口接D2接口。

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