CN105191113A - 用于无刷电机的ac/ac变换器 - Google Patents

Abstract

一种用于无刷电机的驱动电路，该驱动电路包括电力线、逆变器和控制器，该电力线用于输送交流电压，该逆变器包括跨电力线并联连接的一个或多个腿部。逆变器的每个腿部被连接到电机的相绕组且包括一个或多个双向开关。该控制器于是输出控制信号用于控制开关。更具体地说，该控制器输出控制信号以激励电机的相绕组。该控制器使得一对开关在交流电压的正半周期期间沿一个方向导通，且在交流电压的负半周期期间沿相反方向导通。替代地，该控制器在交流电压的正半周期使得一对开关导通，且在交流电压的负半周期期间使得第二对开关导通，以致相绕组沿与交流电压的极性无关的相同方向被激励。

Description

用于无刷电机的AC/AC变换器

技术领域

本发明涉及一种用于无刷电机的驱动电路。

背景技术

无刷电机通常包括驱动电路，该驱动电路用于控制电机的相绕组的激励。当交流电压被供应时，该驱动电路往往包括整流器，有效功率因数矫正段(PFC)和大容量电容器。共同地，整流器和有效功率因数矫正段和大容量电容器输出相对稳定的直流电压，用于激励相绕组。然而，有效功率因数矫正段是相对昂贵的。附加的，大容量电容器的电容量是相对高的，且由此该电容器是大的且昂贵的。

WO2011/128659描述了控制相绕组的激励的新方法。特别地，相绕组被激励一段时间(其跨交流电压的每个半周期变化)。结果，电源供应的电流在不需要激励功率因数矫正段或高电容量的大容量电容器的情况下接近正弦曲线的波形。

发明内容

本发明提供了一种用于无刷电机的驱动电路，该驱动电路包括用于输送交流电压的电力线、逆变器和控制器，该逆变器包括跨电力线并联连接的一个或多个腿部，每个腿部被连接到电机的相绕组且包括一个或多个双向开关，该控制器用于输出一个或多个控制信号用于控制该开关，其中该控制器输出信号以在交流电压的每个半周期期间多次打开和关闭每个开关，且该控制器输出控制信号以激励电机的相绕组，该控制信号使得一对开关在交流电压的正半周期期间沿第一方向导通且在交流电压的负半周期期间沿第二相反方向导通。

通过使用可在两个方向被控制的双向开关，且通过产生控制信号使得开关沿取决于电力线上输送的交流电压的极性的方向导通，驱动电路能够在不需要整流器或高电容量的大容量电容器的情况下使用交流电压激励相绕组。结果，更紧凑且可能低成本的驱动电路可被实现。

该控制器可在交流电压的正半周期期间打开第一对开关以便激励相绕组从而沿特定方向驱动电流穿过相绕组，且该控制器可在交流电压的负半周期期间打开第二不同对开关以便激励相绕组从而沿相同特定方向驱动电流穿过相绕组。驱动电路因此能够在交流电压的正和负半周期期间沿相同的方向激励相绕组。

该控制器可输出控制信号以续流相绕组。该控制信号于是可使得在交流电压的正半周期期间一对开关中的一个沿第一方向导通且该对开关中的另一个沿第二相对方向导通从而沿特定方向穿过相绕组续流电流。此外，该控制信号可使得在交流电压的负半周期期间该对开关的所述一个沿第二方向导通且该对开关的所述另一个沿第一方向导通从而沿相同特定方向穿过相绕组续流电流。驱动电路因此能够在交流输出电压的正和负半周期期间沿相同的方向续流相绕组。如果需要，驱动电路还能够沿与交流电压的极性无关的两个方向激励相绕组且续流相绕组。

本发明还提供了一种用于无刷电机的驱动电路，该驱动电路包括用于输送交流电压的电力线、逆变器和控制器，该逆变器包括跨电力线并联连接的一个或多个腿部，每个腿部被连接到电机的相绕组且包括一个或多个双向开关，该控制器用于输出一个或多个控制信号用于控制该开关，其中该控制器输出信号以在交流电压的每个半周期期间多次打开和关闭每个开关，且该控制器在交流电压的正半周期期间打开第一对开关以便激励相绕组从而沿特定方向驱动电流穿过相绕组，该控制器在交流电压的负半周期期间打开第二不同对开关以便激励相绕组从而沿相同特定方向驱动电流穿过相绕组。

通过使用可沿两个方向被控制的双向开关，驱动电路能够在不需要整流器或高电容量的大容量电容器的情况下使用交流电源驱动电机。因此，可能更便宜，更小和/或更有效率的驱动电路可被实现。

该驱动电路在交流电压的正半周期期间打开第一对开关，且在交流电压的负半周期打开第二对开关。结果，驱动电路能够在交流电压的正和负半周期期间沿相同的方向激励相绕组。因此，驱动电路可被用于单极性激励，例如，如果在交流电压的正半周期期间仅打开第一对开关，且在交流电压的负半周期期间仅仅打开第二对开关。替代地，如果在交流电压的每个半周期期间第一对开关和第二对开关被顺序地打开，该驱动电路可被用于双极性激励。

该控制器可输出控制信号以续流相绕组。该控制信号于是可使得在交流电压的正半周期期间一对开关中的一个沿第一方向导通且该对开关中的另一个沿第二相对方向导通，从而沿特定方向穿过相绕组续流电流。此外，该控制信号可使得在交流电压的负半周期期间该对开关中的所述一个沿第二方向导通且该对开关中的所述另一个沿第一方向导通从而沿相同特定方向穿过相绕组续流电流。驱动电路因此能够在交流输出电压的正和负半周期期间沿相同的方向续流相绕组。如果需要，驱动电路还能够沿与交流电压的极性无关的两个方向激励和续流绕组。

该控制器可在交流电压的正半周期期间的多次打开和关闭第一对开关中的至少一个开关，且该控制器可在交流电压的负半周期期间的多次打开和关闭第二对开关中的至少一个开关。于是这个使得能够在交流电压的每个半周期期间多次激励相绕组。因此，如果相绕组中的电流超过阀值，来自每对的开关中的一个可被关闭以便暂停激励。另一个开关被保持打开以便允许相绕组中的电流穿过开关续流。附加地或替代地，如果驱动电路被用于双极性激励，则第一对(或第二对)的两个开关可被关闭且第二对(或第一对)的两个开关可被打开以便换向相绕组。

本发明还提供了一种电机系统，该系统包括无刷电机和如上述段落中的任一个所述的驱动电路。

附图说明

为了本发明可被更容易地理解,本发明的实施例现在将要参考附图通过实例而被描述，其中：

图1是根据本发明的电机系统的方框图；

图2是电机系统的示意图；

图3详细说明了逆变器的开关响应电机系统的控制器发送的控制信号的被允许的状态；

图4示出了在激励期间响应控制器的控制信号穿过逆变器和电机的相绕组的电流的方向；

图5示出了在续流期间响应控制器的控制信号穿过逆变器和电机的相绕组的电流的方向；以及

图6是根据本发明的替代电机系统的示意图。

具体实施方式

图1和2的电机系统1包括无刷电机2和驱动电路3。该电机系统意图由交流电源4供电，比如家庭电源。

该电机2包括永磁转子5和定子6，该定子6具有单个相绕组7。

该驱动电路包括一对电力线8、9、过滤器10、电压传感器11、逆变器12、电流传感器13、位置传感器14、门驱动器15和控制器16。

电力线8、9意图连接到交流电源4的火线端子和零线端子。该电力线8、9因此输送交流电压。

过滤器10包括电容器C1和电感器L1。该电容器C1用于平滑逆变器12的相对高的dv/dt切换效果。附加地，电容器C1用于在换向期间储存从电机2提取的能量。重要地，电容器C1不被要求平滑在基本频率下的交流电压。因此，相对低的电容量的电容器可被使用。电感器L1用于平滑任何参与电流波纹(其主要源于电机换向)。再者，由于电感器L1被用于减少电机频率下的波纹，相对低的电感的电感器可被使用，特别当电机2在相对高速度处操作时或具有相对高的极数时更是如此。

电压传感器11包括一对电阻器R1、R2，其被布置为跨电力线8、9的分压器。电压传感器13输出信号到控制器16，AC_VOLTS表示跨电力线8、9的交流电压的缩小比例的测量值。

逆变器12包括两个腿部12a、12b，两个腿部12a、12b跨电力线8、9并联连接。该腿部12a、12b被连接到相绕组7相对端子。每个腿部12a、12b包括串联布置的两个开关Q1、Q2和Q3、Q4。每个腿部12a、12b于是在两个开关之间的连接点处被连接到相绕组7。

开关Q1-Q4为双向的且可沿两个方向被控制。换句话说，每个开关Q1-Q4不仅仅能够沿两个方向导通，还可沿两个方向打开和关闭。开关Q1-Q4因此不同于例如具有体二极管或TRIAC的MOSFET。例如，尽管具有体二极管的MOSFET能够沿两个方向导通，开关仅能沿一个方向被控制。TRIAC能够沿两个方向导通且在开关被打开的点(也就是被触发)可沿任一方向被控制。然而，不能控制开关被关闭的点。相反，本实施例的开关Q1-Q4不仅仅沿两个方向导通，而且开关Q1-Q4被打开和关闭的点可沿两个方向被控制。如下述，这很重要，因为开关Q1-Q4被要求在交流电压的每个半周期期间的打开和关闭多次。

该开关Q1-Q4是氮化镓开关，具有两个栅电机。每个栅电机可独立地控制以致开关可沿任一方向被打开和被关闭。氮化镓开关具有相对高的击穿电压且因此更适用于市政电压下的操作。然而，能够沿两个方向被控制的其他类型的双向开关可替代地被使用。

该电流传感器13包括一对分流电阻器R3、R4，每个电阻器被定为在逆变器12的腿部12a、12b上。跨分流电阻器R3、R4的电压被输出到控制器16，作为电流检测信号，I_SENSE_1和I_SENSE_2。该信号提供了在激励和续流期间的相绕组7中的电流的测量值，如下面更详细地描述。

位置传感器14是霍尔效应传感器，其输出数字信号HALL(取决于穿过传感器14的磁通量的方向而为逻辑高或低)。通过临近转子5定位位置传感器14，HALL信号提供了转子5的角度位置的测量。

门驱动器15负责打开和关闭逆变器12的开关Q1-Q4。响应由控制器16输出的控制信号，门驱动器15输出信号用于驱动开关Q1-Q4。

该控制器16包括微控制器，该微控制器具有处理器、存储设备，和多个周边设备(例如ADC，比较器，计时器等等)。该存储设备储存用于由处理器执行的指令，以及在操作期间被处理器使用的控制参数和查找表。该控制器16负责控制电机系统1的操作。响应从电压传感器11、电流传感器13和位置传感器14接受的输入信号，控制器16产生和输出五个控制信号DIR1、DIR2、DIR3、DIR4和FW。四个控制信号被输出至门驱动器15，其响应地打开和关闭逆变器12的开关Q1-Q4。

每个开关Q1-Q4是双向性的且可沿两个方向被打开和关闭。每个开关因此具有三个可能状态：(1)打开且沿第一方向导通；(2)打开且沿第二方向导通；以及(3)关闭不导通。这三个状态将在下文中分别被称为向上、向下和关闭。当开关被转到向上时，开关沿从零线到火线的方向导通。相反地，当开关被转到向下时，开关沿从火线到零线的方向导通。且当开关被关闭时，开关不能沿任一方向导通。

DIR1、DIR2、DIR3和DIR4是驱动信号，用于控制穿过逆变器12由此穿过相绕组7的电流的方向。当DIR1被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q1和Q4转到向下。当DIR2被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q2和Q3转到向下。当DIR3被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q2和Q3转到向上。且当DIR4被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q1和Q4转到向上。DIR1和DIR2用于在火线8上的交流电压是正时使用，且DIR3和DIR4用于在火线8上的交流电压是负时使用。当DIR1被拉到高位且火线8上的电压是正，或当DIR3被拉到高位且火线8上的电压是负时，电流沿从左到右的方向被驱动穿过相绕组7。相反地，当DIR2被拉到高位且火线8上的电压是正，或当DIR4被拉到高位且火线8上的电压是负时，电流沿从右到左的方向被驱动穿过相绕组7。如果所有驱动信号DIR1-DIR4被拉到逻辑上的低位时，逆变器12的所有开关Q1-Q4被关闭。

FW是续流信号，其用于从交流电源断开相绕组7且允许相绕组7中的电流绕逆变器12的低侧环路续流)。因此，当FW被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15关闭两个高位侧开关Q1，Q3。该门驱动器15于是使得低侧开关Q2、Q4中的一个转到向上且低侧开关Q2、Q4中的另一个转到向下。低侧开关被转到向上或向下以致电流沿与其在激励期间的方向相同的方向继续流动穿过相绕组7。因此，当FW和DIR1或DIR3的任一个被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q2转到向上且将开关Q4转到向下以致电流沿从左到右的方向继续流动穿过相绕组7。相反地，当FW和DIR2或DIR4的任一个被拉到逻辑上的高位时，门驱动器15将开关Q2转到向下且将开关Q4转到向上以致电流沿从右到左的方向继续流动穿过相绕组7。

下文中，术语“设置”和“清除”将被分别用于指示信号被拉到逻辑上的高位和低位。

图3概括响应控制器16的控制信号的开关Q1-Q4的被允许的状态。图4和5分别示出了在激励和续流期间响应不同的控制信号的逆变器12的状态和电流流动穿过相绕组7的方向。

为了沿特定方向(例如从左到右，或从右到左)激励相绕组7，控制器16首先感测由电压传感器13输出的AC_VOLTS信号的极性。响应感测到的极性，该控制器设置沿所要求的方向激励相绕组7所需的驱动信号DIR1、DIR2、DIR3或DIR4。所以，例如，如果AC_VOLTS信号的极性是正的，控制器16设置DIR1以便从左到右激励相绕组7，或设置DIR2以便从右到左激励相绕组7。该相绕组7通过颠倒穿过相绕组7的电流的方向被换向。因此，为了换向相绕组7，控制器16感测AC_VOLTS信号的极性且改变驱动信号以便颠倒激励的方向。所以，例如，如果DIR1是当前设置，且AC_VOLTS信号的极性是正，则控制器16清除DIR1且设置DIR2。替代地，如果DIR1是当前设置，且AC_VOLTS信号的极性是负，则控制器16清除DIR1且设置DIR4。一般而言，当火线8上的电压是正时换向牵涉DIR1和DIR2之间的切换，当火线8上的电压是负时换向牵涉DIR3和DIR4之间的切换。然而，在交流电压中的过零点处，换向可涉及DIR1和DIR4之间或DIR2和DIR3之间的切换。为了下述原因，相绕组7可为在即将换向前续流。因此，除了改变驱动信号之外，控制器16还清除续流信号FW，以便确保相绕组7在换向上被激励。

过量电流可损坏驱动电路3的部件(例如开关Q1-Q4)，和/或使得转子5消磁。控制器16因此在相绕组7激励期间监视电流传感器信号I_SENSE_1和I_SENSE_2。如果相绕组7中的电流超过电流限值，控制器16通过设置FW续流相绕组。续流持续续流时段，在该时段期间相绕组7中的电流下降到电流限值之下的水平。在续流周期的终点处，控制器16通过清除FW再次激励相绕组7。结果，相绕组7中的电流在电流限值处被截断。

当控制器16改变特定控制信号时，通常在控制信号的改变和相关开关的物理打开或关闭之间存在的短暂延迟。结果，可能逆变器12的特定腿部12a、12b上的两个开关(Q1、Q3或Q2、Q4)在相同时间都被打开且沿相同方向导通。该短路，或通常所称的“贯穿”，于是将损坏逆变器12的特定腿部上的开关。因此，为了阻止贯穿，控制器16使用两个控制信号的改变之间的停滞时间。所以，例如，当DIR1和DIR2之间切换以便换向相绕组7时，控制器16首先清除DIR1，等待停泄时间，然后设置DIR2。该停泄时间理想地被保持尽可能的短，以便在确保门驱动器15和开关Q1-Q4具有充分时间响应的同时最佳化性能。

当开关Q1-Q4被关闭时，穿过开关的电流中的突变引起电压瞬变，其将超过开关的额定功率。因此，逆变器12可包括器件，用于保护开关Q1-Q4抵抗过度的瞬变。例如，逆变器12可包括缓冲器(未示出)，该缓冲器与开关Q1-Q4的每个并联连接，或单个缓冲器(再次地未示出)与相绕组7并联连接。

电机系统1的操作将在下面进行描述。

该控制器16根据转子5的速度以三个模式中的一个操作。在速度低于第一阀值处，控制器16以静止模式操作。在速度高于第一阀值但低于第二阀值处，控制器16以加速模式操作。在速度高于第二阀值处，控制器16以稳态模式操作。该转子5的速度根据HALL信号的相继边缘之间的间隔确定。这个间隔将在下文中称为HALL周期。

一旦控制器16通电，控制器16感测HALL信号。如果控制器16在设置的时间周期内未能检测到HALL信号的两个边缘，控制器16确定转子的速度5低于第一阀值且控制器16进入静止模式。否则，控制器16等待，直至HALL信号的另一边缘被检测到。控制器16然后将跨三个边缘的时间间隔平均，以提供转子速度的更精确测量。如果转子5的速度低于第二阀值，控制器16进入加速模式。否则，控制器进入稳态模式。

静止模式

控制器16感测HALL信号和AC_VOLTS信号的极性，且沿产生正扭矩的方向激励相绕组7。为了本公开的目的，当HALL信号是逻辑上的高位且电流被驱动从左到右穿过相绕组时，以及当HALL是在逻辑上的低位且电流被驱动从右到左穿过相绕组时，正扭矩被认为产生。该控制器16于是设置驱动信号DIR1-DIR4中的一个以便沿产生正的扭矩的方向激励相绕组7，且由此向前驱动转子5。所以，例如，如果HALL信号是逻辑上的高位，且AC_VOLTS信号的极性是正，控制器16设置DIR1以便沿从左到右的方向驱动电流穿过相绕组7。

激励相绕组7将导致转子5旋转。控制器16监控HALL信号中边缘的出现，边缘代表转子5的极性的转变。如果在设置的时间周期内没有HALL边缘被检测到，控制器16确定故障已发生，且通过清除所有控制信号而关闭所有开关Q1-Q4。否则，控制器16响应HALL边缘换向相绕组7。所以，例如，如果DIR1是当前设置，且AC_VOLTS信号的极性是正，则控制器清除DIR1，清除FW，且设置DIR2。在换向相绕组7之后，控制器16进入加速模式。

加速模式

当运行于加速模式中时，控制器16与HALL信号的边缘同步地换向相绕组7。每个HALL边缘对应于转子5的极性的改变，且由此对应于由转子5在相绕组7中感生的反EMF的极性的改变。因此，当运行于加速模式中时，控制器16与反EMF的过零点同步地换向相绕组7。

控制器16监控电流检测信号I_SENSE_1和I_SENSE_2且每当相绕组7中的电流超过电流限值时续流相绕组7。该控制器16因此在电机2的每个电半周期上顺序地激励和续流相绕组7。

该控制器16继续与每个HALL边缘同步地换向相绕组7直到转子5的速度(由HALL周期的长度确定)超过第二阀值。在这个点处，控制器16进入稳态模式。

稳态模式

当运行在稳态模式时，控制器16可相对于每个HALL边缘提前、同步或滞后地换向。为了相对于特定HALL边缘换向相绕组7，控制器16响应特殊定HALL边缘动作。响应特定HALL边缘，控制器16从HALL周期T_HALL扣掉相周期T_PHASE，以便获得换向时段T_COM。

T_COM＝T_HALL-T_PHASE

该控制器16于是在先前的HALL边缘之后的时间T_COM处换向相绕组7。结果，控制器16相对于随后的HALL根据相周期换向相绕组7。如果相周期是正，换向发生在HALL边缘之前(也就是提前换向)。如果相周期是零，换向发生在HALL边缘处(也就是同步换向)。如果相周期是负，换向发生在HALL边缘之后(也就是滞后换向)。

提前换向可被用在更快的转子速度或更高的轴功率被期望的例子中，而滞后换向可被用在较低的转子速度或较低的轴功率被期望的例子中。例如，当转子5的速度增加，HALL周期减小且由此与相电感关联的时间常数(L/R)变得越来越重要。附加地，在相绕组7中感生的反EMF增大，其进而影响相电流上升的速率。由此变得越来越难以驱动电流，且由此驱动功率，至相绕组7中。通过提前于HALL边缘且由此提前于反EMF中过零点换向相绕组7，电源电压被反EMF提高。结果，穿过相绕组7的电流的方向被更迅速地颠倒。附加地，使得相电流提前于反EMF，其帮助补偿电流上升的较慢速率。尽管这于是产生短时段的负扭矩，这通常由正扭矩中的随后增益充分补偿。当运行在较低速度处时，不必提前换向以驱动所需电流进入相绕组7中。此外，提高的效率可通过同步或滞后换向而获得。

当运行在静止和加速模式中时，控制器16在每个电半周期的整个长度上激励相绕组7。与此相反，当运行在稳态模式时，控制器16在传导时段T_CD(其跨每个电半周期的仅一部分)期间激励相绕组7。在传导时段的终点处，控制器16通过设置FW续流相绕组7。于是续流无限持续直到控制器16换向相绕组7。当在静止和加速模式中时，控制器16监控电流检测信号I_SENSE_1和I_SENSE_2且每当相绕组7中的电流超过电流限值时续流相绕组7。因此，尽管控制器16可被认为在传导时段中激励相绕组7，该控制器16可在这个传导时段内的依次或多次截断相电流。

该相周期T_PHASE定义了激励的相位(也就是一角度，相对于转子5的角度位置相绕组7在该角度处被激励)，且传导时段T_CD定义了激励的长度(也就是一角度，相绕组7在该角度上被激励)。该控制器16可响应交流电压(它的瞬时值，RMS值或高点到高点的值)或转子5的速度中的改变调整相周期和/或传导时段。例如，控制器16可响应转子速度中的改变调整相周期和/或传导时段以便在一转子速度范围上实现恒定功率。附加地，该控制器16可响应交流电压的瞬时电压中的改变调整相周期和/或传导时段以便实现更好的功率因数。特别地，控制器16可以WO2011/128659中描述的方式调整相周期和/或传导时段。

该逆变器包括开关Q1-Q4，该开关Q1-Q4是双向的且可沿两个方向被控制。该控制器16于是产生控制信号，该控制信号依照携带在电力线8、9上传输的交流电源的极性控制开关Q1-Q4的状态。特别地，在相绕组的激励期间，控制器16产生控制信号，该控制信号使得每个开关Q1-Q4在交流电压的正半周期期间沿一个方向导通，且在负半周期期间沿相反方向导通。在上述的特定实施例中，所有开关Q1-Q4在交流电压的正半周期期间被转到向下(也就是沿从火线8到零线9的方向导通)，且在交流电压的负半周期期间被转到向上(也就是沿从零线9到火线8的方向导通)。该驱动电路3因此能够在不需要整流器或高电容量的大容量电容器的情况下在交流电压的整个周期期间激励相绕组7。结果，更紧凑且潜在低成本的驱动电路3可被实现。尽管驱动电路3包括电容器C1，该电容器C1被用于平滑相对高频率的波纹(由逆变器切换产生)。电容器C1不被要求平滑在基本频率处的交流电压。因此，相对低的电容量的电容器可被使用。

尽管是双向的，该逆变器12的开关Q1-Q4能够在任何时候仅沿一个方向导通。因此，每个开关Q1-Q4具有两个门和三个可能状态：(1)打开且沿第一方向导通；(2)打开且沿第二方向导通；以及(3)关闭不导通。然而，存在可在任何时候沿两个方向导通的双向开关。这样的开关具有仅一个门和两个状态：(1)打开且沿两个方向导通；以及(2)关闭且沿两个方向都不导通。这样的开关可被使用在驱动电路3的逆变器12中。确实地，这样的开关具有简化激励和续流相绕组7的控制信号的数量的优势。例如，控制器16仅仅需要产生三个控制信号DIR1’、DIR2’和FW’。当DIR1’被设置，门驱动器15打开开关Q1和Q4，且关闭开关Q2和Q3。当DIR2’被设置，门驱动器15打开开关Q2和Q3，且关闭开关Q1和Q4。以及当FW'被设置，门驱动器15关闭开关Q1和Q3，且打开开关Q2和Q4。为了从左到右激励相绕组7，控制器16检测交流电压信号的极性，且如果该极性是正则设置DIR1’，如果该极性是负则设置DIR2’。为了从右到左激励相绕组7，控制器16还是检测交流电压信号的极性，且如果该极性是正则设置DIR2’，如果该极性是负则设置DIR1’。且为了续流相绕组7，控制器16设置FW'且相电流绕逆变器12的低侧环路循环。

该控制器16使用特别方案用于控制相绕组7中的电流的大小。例如，每当相电流的大小超过电流限值时，控制器16续流相绕组7一设置时段。而且，当运行在稳态模式时，控制器16使用传导时段，在传导时段期间相绕组7被激励，且控制器16响应转子5的速度和/或电力线8、9上的电压的变化调整相周期和传导时段。然而，本发明示意使用双向开关，该开关是以这样的方式控制，在相绕组7的激励期间，每个开关Q1-Q4在交流电压的正半周期沿一个方向导通，且每个开关Q1-Q4在负半周期期间沿相反方向导通。在该限制下，该控制器16可使用替代方案用于控制相绕组7中的电流的大小。例如，不是使用电流限值，控制器可替代地使用PWM信号以便控制相电流的大小。这可例如通过在控制器16内使用PWM模块以产生PWM信号来实施。PWM信号的频率和/或占空比于是可响应转子5的速度中的改变而被调整以致当转子加速时每个续流周期不会变的过长。

在上述实施例中，续流涉及关闭高侧开关Q1、Q3且允许相绕组7中的电流绕逆变器12的低侧环路重新循环。可想象，续流可代地涉及关闭低侧开关Q2、Q4且允许电流绕逆变器12的高侧环路重新循环。因此，更一般地，续流将被理解为意味着零电压被施加到相绕组7。在上述特殊实施例中，绕逆变器12的低侧环路的续流具有优势在于相电流可在激励和续流两者期间被检测到。然而，由于续流持续设置时段，而不是直到相电流下降到下电流限值之下，不是必需在续流期间测量相电流。为此，尽管电流传感器13包括两个分流电阻R3、R4，可想象电流传感器13可包括单个分流电阻(其仅在激励期间对相电流敏感)。作为进一步地替代方式，电流传感器13可包括电流变变换器或其他传感器(其能够在激励和续流两者期间检测相电流)。

上述的电压传感器11向控制器16提供交流电压的极性和大小的测量值。极性被控制器16使用以控制穿过逆变器12由此穿过相绕组7的电流的方向。电压的大小可被控制器16被使用以在稳态模式期间调整激励的相周期和/或传导时段。在交流电压的大小没有被控制器使用的情况下，用于测量交流电压的极性的其他器件可被使用。例如，电压传感器11可采取过零点检测器的形式(例如一对钳位二级管)，当交流电压是正时其输出高位数字信号，且当交流电压是负时其输出低位数字信号。

上述的驱动电路3被用于激励单相永磁电机2的相绕组7。然而，该驱动电路3可用于激励其它类型的电机的相绕组，包括开关磁阻电机。仅通过举例的方式，图6示出了替代驱动电路103，该驱动电路103被用于激励三相电机102的相绕组。该电机102可为永磁电机或全距开关磁阻电机(其具有双极性激励)。驱动电路103的逆变器112包括三个腿部112a、112b、112c，每个腿部被连接到相绕组且包括两个串联连接的双向开关。为了清晰目的，门驱动器15和开关Q1-Q6之间的连接被忽略。因此，更一般地，驱动电路可被认为包括逆变器，该逆变器具有一个或多个腿部，该一个或多个腿部跨过电力线并联连接。每个腿部于是被连接到电机的相绕组且包括一个或多个双向开关。该控制器于是产生控制信号用于激励相绕组，且控制信号使得一对开关在交流电压的正半周期期间沿第一方向导通，且在交流电压的负半周期期间沿第二相反方向导通。

上述的驱动电路3提供了双极性激励，也就是驱动电路3沿两个方向(从左到右和从右到左)激励相绕组。然而，驱动电路3可同样地被用于提供单极性激励。例如，控制器16可在交流电压的正半周期期间仅仅拉高DIR1，且在交流电压的负半周期期间仅仅拉高DIR3。结果，电流仅沿从左到右的方向被驱动穿过相绕组7。不考虑驱动电路3是否被用于提供双极性还是单极性激励，控制器16在交流电压的正半周期期间关闭第一对开关(例如Q1和Q4)以便驱动电流沿特定方向穿过相绕组，且在交流电压的负半周期期间关闭第二不同对开关(例如Q2和Q3)以便驱动电流沿相同特定方向穿过相绕组。

Claims (7)

1.一种用于无刷电机的驱动电路，所述驱动电路包括用于输送交流电压的电力线、逆变器和控制器，所述逆变器包括跨电力线并联连接的一个或多个腿部，每个腿部被连接到电机的绕组且包括一个或多个双向开关，所述控制器用于输出一个或多个控制信号用于控制所述开关，其中所述控制器输出控制信号以在交流电压的每个半周期期间多次打开和关闭每个开关，且所述控制器输出控制信号以激励电机的绕组，所述控制信号使得一对开关在交流电压的正半周期期间沿第一方向导通，且在交流电压的负半周期期间沿第二相对方向导通。

2.如权利要求1所述的驱动电路，其中在交流电压的正半周期期间所述控制器打开第一对开关以便激励绕组，以由此沿特定方向驱动电流穿过绕组，且在交流电压的负半周期期间该控制器打开第二不同对开关以便激励相绕组，以由此沿相同特定方向驱动电流穿过绕组。

3.如权利要求1或2所述的驱动电路，其中所述控制器输出控制信号以续流绕组，且所述控制信号使得在交流电压的正半周期期间一对开关中的一个沿第一方向导通，且该对开关中的另一个沿第二相反方向导通，从而使得电流沿特定方向续流穿过绕组，且所述控制信号在交流电压的负半周期期间使得该对开关中的所述一个沿第二方向导通，且该对开关中的所述另一个沿第一方向导通，从而使得电流沿相同的特定方向续流穿过绕组。

4.一种用于无刷电机的驱动电路，所述驱动电路包括用于输送交流电压的电力线、逆变器和控制器，所述逆变器包括跨电力线并联连接的一个或多个腿部，每个腿部被连接到电机的绕组且包括一个或多个双向开关，所述控制器用于输出一个或多个控制信号用于控制所述开关，其中在交流电压的正半周期期间所述控制器打开第一对开关以便激励电机的绕组从而驱动电流沿特定方向穿过绕组，且在交流电压的负半周期期间所述控制器打开第二不同对开关以便激励绕组从而沿相同特定方向驱动电流穿过绕组。

5.如权利要求4所述的驱动电路，其中所述控制器输出控制信号以续流绕组，且所述控制信号使得在交流电压的正半周期期间一对开关中的一个沿第一方向导通，且该对开关中的另一个沿第二相反方向导通，从而使得电流沿特定方向续流穿过绕组，且所述控制信号在交流电压的负半周期期间使得该对开关中的所述一个沿第二方向导通，且该对开关的所述另一个沿第一方向导通，从而使得电流沿相同的特定方向续流穿过相绕组。

6.如权利要求4或5所述的驱动电路，其中所述控制器在交流电压的正半周期期间的多次打开和关闭第一对开关中的至少一个开关，且所述控制器在交流电压的负半周期期间的多次打开和关闭第二对开关中的至少一个开关。

7.一种电机系统，所述系统包括无刷电机和如上述权利要求中任一项所述的驱动电路。