CN105553346A - 降压型直流变换装置 - Google Patents

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赵武玲
张苒
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Abstract

本发明公开了一种降压型直流变换装置，包括直流电源，直流电源的正端与Buck变换器的1脚连接，负端与Buck变换器的2脚连接，Buck变换器的3脚与三相逆变桥的1脚连接，Buck变换器的4脚与三相逆变桥的2脚连接，三相逆变桥的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机4的A、B、C三相绕组对应连接，DSP控制板与三相逆变桥、无刷直流电机相连，PWM信号驱动芯片电路与DSP控制板、Buck变换器相连。本发明输出直流电压稳定，相对于PWM方波电压，能有效消除高频电流分量，降低电机损耗，同时可通过调节占空比改变输出电压大小，方便DSP或单片机编程，实现直流电机的闭环控制。

Description

降压型直流变换装置
技术领域
本发明属于一种直流变换装置，具体涉及一种降压型直流变换装置。
背景技术
无刷直流电机的调速是通过调节电机两端电压实现的，目前采用的是三相逆变桥PWM调制即脉冲宽度调制的方式，该方式中三相逆变桥既用于电机端电压的调节，又用于电机的换相，该方式生成的直流电压是高频PWM电压，会在定子、转子中产生大量的涡流损耗，产生多余热量，导致电机温度较高。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种降压型直流变换装置。
本发明的技术方案是：一种降压型直流变换装置，包括提直流电源，直流电源的正端与Buck变换器的1脚连接，负端与Buck变换器的2脚连接，Buck变换器的3脚与三相逆变桥的1脚连接，Buck变换器的4脚与三相逆变桥的2脚连接，三相逆变桥的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机4的A、B、C三相绕组对应连接，DSP控制板与三相逆变桥、无刷直流电机相连，PWM信号驱动芯片电路与DSP控制板、Buck变换器相连。
所述的Buck变换器由+50V直流电源、可控硅T1、二极管D1、滤波电感组以及滤波电容组组成，可控硅T1的PWM驱动信号由外部输入，电阻R1、电容C1、二极管D1组成RCD吸收电路，用于吸收可控硅T1两端的高频信号，以降低可控硅T1的开关损耗。
所述的PWM信号驱动芯片电路中包括PWM信号驱动芯片、光耦，PWM信号驱动芯片的2脚通过并联的电阻R2、电容C2与PWM信号端口连接，PWM信号驱动芯片的3脚、5脚与GND连接，PWM信号驱动芯片的4脚与+15V连接，PWM信号驱动芯片的4脚、5脚分别与电容C3的正极、负极相连，PWM信号驱动芯片的12脚依次与稳压二极管D3、二极管D4、二极管D5、+50V连接，PWM信号驱动芯片的15脚依次与电阻R3、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的16脚依次与电阻R4、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的17脚与EPWM端口连接,PWM信号驱动芯片的13脚与光耦的2脚连接，PWM信号驱动芯片的18脚通过电阻R7与光耦的1脚连接，光耦的1脚、2脚之间还连接有电阻R8。
所述的三相逆变桥3中包括三个桥臂的六个可控硅Q1-Q6，三相逆变桥3的1脚、2脚并行连接于串联后的可控硅Q1、可控硅Q2，串联后的可控硅Q3、可控硅Q4，串联后的可控硅Q5、可控硅Q6，三相逆变桥3的3脚与可控硅Q1、可控硅Q2的连线中点处相接，三相逆变桥3的4脚与可控硅Q3、可控硅Q4的连线中点处相接，三相逆变桥3的5脚与可控硅Q5、可控硅Q6的连线中点处相接。
本发明输出直流电压稳定，相对于PWM方波电压，能有效消除高频电流分量，降低电机损耗；结构简单，易于控制，可通过调节占空比改变输出电压大小，方便DSP或单片机编程，实现直流电机的闭环控制。
附图说明
图1是本发明无刷直流电机控制系统结构框图；
图2是本发明中Buck变换器主电路图；
图3是本发明中PWM信号驱动芯片电路图；
图4是本发明中三相逆变桥的内部结构图；
其中：
1直流电源2Buck变换器
3三相逆变桥4无刷直流电机
5DSP控制板6PWM信号驱动芯片电路
7滤波电感组8滤波电容组
9PWM信号驱动芯片10光耦。
具体实施方式
以下，参照附图和实施例对本发明进行详细说明：
如图1所示，一种降压型直流变换装置，包括提供直流电的直流电源1，将直流电变换为可调的直流电压的Buck变换器2，用于无刷直流电机4换相的三相逆变桥3，用于霍尔位置信号和电压电流信号的采集、PWM信号输出、电机控制算法的DSP控制板5，用于将PWM信号转换为高电平的PWM信号以驱动Buck变换器2的PWM信号驱动芯片电路6，直流电源1的正端与Buck变换器2的1脚连接，负端与Buck变换器2的2脚连接，Buck变换器2的3脚与三相逆变桥3的1脚连接，Buck变换器2的4脚与三相逆变桥3的2脚连接，三相逆变桥3的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机4的A、B、C三相绕组对应连接，DSP控制板5与三相逆变桥3、无刷直流电机4相连，PWM信号驱动芯片电路6与DSP控制板5、Buck变换器2相连。
如图2所示，Buck变换器2由+50V直流电源、可控硅T1、二极管D1、滤波电感组7以及滤波电容组8组成，可控硅T1的PWM驱动信号由外部输入，电阻R1、电容C1、二极管D1组成RCD吸收电路，用于吸收可控硅T1两端的高频信号，以降低可控硅T1的开关损耗。连接关系如下：直流电源+50V与电阻R1、可控硅T1的集电极、二极管D1的阳极连接，电阻R1的另一端以及二极管D1的阴极与电容C1连接，电容C1的另一端与可控硅T1的发射极连接，驱动信号GPWM、EPWM分别与可控硅T1的基极、发射极连接。二极管D2的阳极与GND连接，二极管D2的阴极与可控硅T1的发射极、电容C1的另一端连接。滤波电感组7由三个电感串联组成，滤波电感组7同时与二极管D2的阴极、可控硅T1的发射极、电容C1的另一端连接，另一端则与滤波电容组8连接，滤波电容组8由两个并联电容组成，滤波电容组8的另一端与GND连接。
如图3所示，所述的PWM信号驱动芯片电路6中包括PWM信号驱动芯片9、光耦10，PWM信号驱动芯片9的2脚通过并联的电阻R2、电容C2与PWM信号端口连接，PWM信号驱动芯片9的3脚、5脚与GND连接，PWM信号驱动芯片9的4脚与+15V连接，PWM信号驱动芯片的4脚、5脚分别与电容C3的正极、负极相连，PWM信号驱动芯片9的12脚依次与稳压二极管D3、二极管D4、二极管D5、+50V连接，PWM信号驱动芯片9的15脚依次与电阻R3、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片9的16脚依次与电阻R4、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片9的17脚与EPWM端口连接,PWM信号驱动芯片9的13脚与光耦10的2脚连接，PWM信号驱动芯片9的18脚通过电阻R7与光耦10的1脚连接，光耦10的1脚、2脚之间还连接有电阻R8。
PWM信号端口与电阻R2、电容C2连接，电阻R2、电容C2的另一端与PWM信号驱动芯片9的2脚连接，GND与PWM信号驱动芯片9的3脚连接，+15V与PWM信号驱动芯片9的4脚、电容C3的正端连接，GND与PWM信号驱动芯片9的5脚、电容C3的负端连接，PWM信号驱动芯片9的12脚与稳压二极管D3的阴极连接，稳压二极管D3的阳极与二极管D4的阳极连接，二极管D4的阴极与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与+50V电源连接，电阻R3接PWM信号驱动芯片9的15脚，电阻R3的另一端与电阻R5、电阻R4以及GPWM端口连接，电阻R4接PWM信号驱动芯片9的16脚，电阻R4的另一端与电阻R5、GPWM端口连接，电阻R5接PWM信号驱动芯片9的17脚，另一端与GPWM端口连接,电阻R7接PWM信号驱动芯片9的18脚，电阻R7的另一端与电阻R8、光耦10的1脚连接，电阻R8接PWM信号驱动芯片9的13脚和光耦10的2脚，另一端与电阻R7连接，电阻R6接光耦10的3脚、PRO端口，另一端与+5V连接，光耦10的4脚与GND连接。
本发明中的DSP控制板5选用TI公司生产的以TMS320F2812芯片为核心的系统控制板。
如图4所示，所述的三相逆变桥3中包括三个桥臂的六个可控硅Q1-Q6，三相逆变桥3的1脚、2脚并行连接于串联后的可控硅Q1、可控硅Q2，串联后的可控硅Q3、可控硅Q4，串联后的可控硅Q5、可控硅Q6，三相逆变桥3的3脚与可控硅Q1、可控硅Q2的连线中点处相接，三相逆变桥3的4脚与可控硅Q3、可控硅Q4的连线中点处相接，三相逆变桥3的5脚与可控硅Q5、可控硅Q6的连线中点处相接。
本发明中三相逆变桥的结构连接关系如下：三相逆变桥3的1脚与可控硅Q1、可控硅Q3、可控硅Q5的集电极连接，三相逆变桥3的2脚与可控硅Q2、可控硅Q4、可控硅Q6的发射极连接，可控硅Q1的发射极与可控硅Q2的集电极连接，可控硅Q3的发射极与可控硅Q4的集电极连接，可控硅Q5的发射极与可控硅Q6的集电极连接。三相逆变桥3的3脚与可控硅Q1的发射极、可控硅Q2的集电极连接，三相逆变桥3的4脚与可控硅Q3的发射极、可控硅Q4的集电极连接，三相逆变桥3的5脚与可控硅Q5的发射极、可控硅Q6的集电极连接。
本发明的工作过程如下：
Buck变换器2对可控硅进行PWM调制，将直流电压转换为PWM方波电压，并通过调节PWM信号的占空比控制输出PWM方波电压的大小，PWM方波电压再经过LC滤波器进行滤波，转换为平滑稳定的直流电压。
本发明输出直流电压稳定，相对于PWM方波电压，能有效消除高频电流分量，降低电机损耗；结构简单，易于控制，可通过调节占空比改变输出电压大小，方便DSP或单片机编程，实现直流电机的闭环控制。

Claims (4)

1.一种降压型直流变换装置，包括直流电源（1），其特征在于：直流电源（1）的正端与Buck变换器（2）的1脚连接，负端与Buck变换器（2）的2脚连接，Buck变换器（2）的3脚与三相逆变桥（3）的1脚连接，Buck变换器（2）的4脚与三相逆变桥（3）的2脚连接，三相逆变桥（3）的4脚、5脚、6脚按顺序与无刷直流电机（4）的A、B、C三相绕组对应连接，DSP控制板（5）与三相逆变桥（3）、无刷直流电机（4）相连，PWM信号驱动芯片电路（6）与DSP控制板（5）、Buck变换器（2）相连。
2.根据权利要求1所述的降压型直流变换装置，其特征在于：所述的Buck变换器（2）由+50V直流电源、可控硅T1、二极管D1、滤波电感组（7）以及滤波电容组（8）组成，可控硅T1的PWM驱动信号由外部输入，电阻R1、电容C1、二极管D1组成RCD吸收电路，用于吸收可控硅T1两端的高频信号，以降低可控硅T1的开关损耗。
3.根据权利要求1所述的降压型直流变换装置，其特征在于：所述的PWM信号驱动芯片电路（6）中包括PWM信号驱动芯片（9）、光耦（10），PWM信号驱动芯片（9）的2脚通过并联的电阻R2、电容C2与PWM信号端口连接，PWM信号驱动芯片（9）的3脚、5脚与GND连接，PWM信号驱动芯片（9）的4脚与+15V连接，PWM信号驱动芯片（9）的4脚、5脚间还连接有电容C3，PWM信号驱动芯片（9）的12脚依次与稳压二极管D3、二极管D4、二极管D5、+50V连接，PWM信号驱动芯片（9）的15脚依次与电阻R3、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片（9）的16脚依次与电阻R4、GPWM端口连接,PWM信号驱动芯片（9）的17脚与EPWM端口连接,PWM信号驱动芯片（9）的13脚与光耦（10）的2脚连接，PWM信号驱动芯片（9）的18脚通过电阻R7与光耦（10）的1脚连接，光耦（10）的1脚、2脚之间还连接有电阻R8。
4.根据权利要求1所述的降压型直流变换装置，其特征在于：所述的三相逆变桥（3）中包括三个桥臂的六个可控硅Q1-Q6，三相逆变桥3的1脚、2脚并行连接于串联后的可控硅Q1、可控硅Q2，串联后的可控硅Q3、可控硅Q4，串联后的可控硅Q5、可控硅Q6，三相逆变桥3的3脚与可控硅Q1、可控硅Q2的连线中点处相接，三相逆变桥3的4脚与可控硅Q3、可控硅Q4的连线中点处相接，三相逆变桥3的5脚与可控硅Q5、可控硅Q6的连线中点处相接。
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第9期: "无刷直流电机宽范围调速系统研究", 《电力电子技术》 *

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