CN106208637A

CN106208637A - 一种开关磁阻电机mosfet功率变换器的驱动电路

Info

Publication number: CN106208637A
Application number: CN201610817567.7A
Authority: CN
Inventors: 陈昊; 黄为龙; 周大林
Original assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Current assignee: China University of Mining and Technology CUMT
Priority date: 2016-09-12
Filing date: 2016-09-12
Publication date: 2016-12-07
Anticipated expiration: 2036-09-12
Also published as: CN106208637B

Abstract

本发明公开了一种开关磁阻电机MOSFET功率变换器驱动电路，采用三极管、电阻等分立元件并结合自举工作模式设计而成，包括上管驱动、下管驱动电路以及自举电容特有充电电路；功率变换器采用不对称半桥拓扑结构，主开关器件采用MOSFET。驱动电路提供两种充电方式，上管驱动电路中自举电容能根据开关管控制方式灵活选择充电回路，保证驱动输出功率和驱动信号稳定性；充电电路根据下管驱动信号实现两种充电回路的互锁。上、下管驱动电路与充电回路协同工作，保证驱动输出信号使MOSFET可靠开通与关断。能够实现斩双管和斩单管控制，结构简单、成本低、驱动功率大、隔离性好，驱动输出信号延时小、响应快、驱动电流大、驱动电压稳定。

Description

一种开关磁阻电机MOSFET功率变换器的驱动电路

技术领域

本发明涉及一种功率变换器驱动电路，尤其适用于开关磁阻电机的MOSFET不对称半桥结构功率变换器。

背景技术

开关磁阻电机因其结构简单牢固、启动转矩大、过载能力强、调速范围宽、容错性能好、效率高等优点，非常适合作为驱动电机。对于空间有限的使用场合，要求电机驱动系统具有尽可能小的体积和成本以及简单的结构，电力MOSFET相比其他开关器件具有体积小、成本低、开关速度快、工作频率高等优点，以电力MOSFET为开关器件的功率变换器是目前发展的主流。功率变换器的正常工作需要外接驱动电路，良好的驱动电路是开关器件可靠工作的重要保障，电力MOSFET对栅、源极驱动电路提出了以下要求：(1)能够驱动MOSFET可靠开通和关断，即输出的驱动信号能够提供所需的驱动电压和足够快的上升、下降速度；(2)驱动电路的输出电阻要小，以提高栅、源极电容的充放电速度，从而提高MOSFET的开关速度；(3)驱动电流较大，保证开关波形具有足够的上升和下降陡度；(4)驱动脉冲幅值应高于电力MOSFET的开启电压，保证可靠导通，电力MOSFET截止时，能够提供负电压，保证可靠关断；(5)驱动电路应简单可靠、体积小且成本低。电力MOSFET以及IGBT的驱动电路主要存在四种形式：分立元件驱动电路、光电耦合器驱动电路、厚膜驱动电路以及专用集成驱动电路，其中分立元件驱动电路无需专用集成芯片，具有维修方便、成本低廉、结构简单等特点，用于驱动MOSFET功率变换器能够有效减小电机驱动系统的体积和成本，因而采用分立元件设计驱动电路非常适合空间受限的应用场合。

发明内容

针对上述技术中存在问题，提供一种开关磁阻电机MOSFET功率变换器的驱动电路，该驱动电路应易于调试、成本低、结构简单可靠；驱动信号应延时小响应快，具有较大的驱动电流和驱动电压，能驱动中小功率等级且开关频率达到20kHz的MOSFET，满足不同运行工况。

为实现上述技术目的，本发明的开关磁阻电机MOSFET功率变换器的驱动电路采用分立元件设计而成，以开关磁阻电机不对称半桥功率变换器为驱动对象，包括上桥臂驱动电路、下桥臂驱动电路以及自举电容特有的充电回路。

1.本发明的开关磁阻电机MOSFET功率变换器驱动电路，其电路特征在于：

a)上桥臂MOSFET T₁驱动电路采用5只三极管Q_u1、Q_u2、Q_u3、Q_u4、Q_u5，8只电阻R_u1、R_u2、R_u3、R_u4、R_u5、R_u6、R_u7、R_st1,1只自举二极管D_u，1只自举电容C_a，1只稳压二极管D_st，1只发光二极管D_l1,1只稳压电容C_st1，来自控制器的控制信号的输入端口为H_in，驱动信号的驱动电流为i_u，驱动信号的泄放电流为i_a，自举电容的充电电流为i_c；将控制信号的输入端口H_in与电阻R_u1的(l_u1)端相连，电阻R_u1的(r_u1)端与三极管Q_u1的基极(b_u1)相连；三极管Q_u1的集电极(c_u1)与三极管Q_u2的基极(b_u2)以及电阻R_u2的(r_u2)端相连，电阻R_u2的(l_u2)端与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u1发射极(e_u1)与电阻R_u3的(l_u3)端相连，电阻R_u3的(r_u3)端接地；三极管Q_u2的发射极(e_u2)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u2的集电极(c_u2)与三极管Q_u3的基极(b_u3)相连；三极管Q_u3的集电极(c_u3)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u3的发射极(e_u3)与电阻R_u4的(l_u4)端相连，电阻R_u4的(r_u4)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；三极管Q_u4的基极(b_u4)与三极管Q_u5的发射极(e_u5)相连，Q_u4的发射极(e_u4)与电阻R_u5的(r_u5)端相连，电阻R_u5的(l_u5)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，Q_u4的集电极(c_u4)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；三极管Q_u5的基极(b_u5)与三极管Q_u2的集电极(c_u2)和三极管Q_u3的基极(b_u3)相连，同时还与电阻R_u6的(l_u6)端相连，电阻R_u6的(r_u6)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，Q_u5的集电极(c_u5)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；15V电源端与自举二极管D_u的阳极(A_u)相连，D_u的阴极(C_u)与电阻R_u2的(l_u2)端、三极管Q_u2的发射极(e_u2)端、三极管Q_u3的集电极(c_u3)端以及自举极性电容C_a的正极端(p)相连，自举极性电容C_a的负极端(n)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；稳压二极管D_st并联在上桥臂MOSFET T₁的栅(G₁)、源(S₁)两端，其中D_st的阳极(a_st)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，D_st的阴极(c_st)与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；发光二极管D_l1的阳极(a_l1)与电阻R_u7的(r_u7)端相连，电阻R_u7的(l_u7)端与上桥臂MOSFETT₁的栅极(G₁)相连，D_l1的阴极(c_l1)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电容C_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中C_st1的(1)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，C_st1的(2)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电阻R_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中R_st1的(l_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，R_st1的(r_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；

b)下桥臂MOSFET T₂驱动电路采用5只三极管Q_d1、Q_d2、Q_d3、Q_d4、Q_d5，8只电阻R_d1、R_d2、R_d3、R_d4、R_d5、R_d6、R_d7、R_st2，1只发光二极管D_l2,1只稳压电容C_st2，来自控制器的控制信号的输入端口为L_in，驱动信号的驱动电流为i_d，驱动信号的泄放电流为i_b；将控制信号的输入端口L_in与电阻R_d1的(l_d1)端相连，电阻R_d1的(r_d1)端与三极管Q_d1的基极(b_d1)相连；三极管Q_d1的集电极(c_d1)与三极管Q_d2的基极(b_d2)以及电阻R_d2的(r_d2)端相连，电阻R_d2的(l_d2)端与15V电源相连，Q_d1发射极(e_d1)与电阻R_d3的(l_d3)端相连，电阻R_d3的(r_d3)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连并接地；三极管Q_d2的发射极(e_d2)与15V电源端相连，Q_d2的集电极(c_d2)与三极管Q_d3的基极(b_d3)相连；三极管Q_d3的集电极(c_d3)与15V电源端相连，Q_d3的发射极(e_d3)与电阻R_d4的(l_d4)端相连，电阻R_d4的(r_d4)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连；三极管Q_d4的基极(b_d4)与三极管Q_d5的发射极(e_d5)相连，Q_d4的发射极(e_d4)与电阻R_d5的(r_d5)端相连，电阻R_d5的(l_d5)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，Q_d4的集电极(c_d4)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；三极管Q_d5的基极(b_d5)与三极管Q_d2的集电极(c_d2)和三极管Q_d3的基极(b_d3)相连，同时还与电阻R_d6的(l_d6)端相连，电阻R_d6的(r_d6)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连，Q_d5的集电极(c_d5)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；15V电源端与电阻R_d2的(l_d2)端、三极管Q_d2的发射极(e_d2)端、三极管Q_d3的集电极(c_d3)端相连；发光二极管D_l2的阳极(a_l2)与电阻R_d7的(r_d7)端相连，电阻R_d7的(l_d7)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，D_l2的阴极(c_l2)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；稳压电容C_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中C_st2的(3)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，C_st2的(4)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；电阻R_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中R_st2的(l_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，R_st2的(r_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；

c)自举电容特有的充电回路采用2只三极管Q_s1、Q_s2，1只二极管D_f，3只电阻R_f、R_s1、R_s2，自举电容充电电流为i_c；将上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)与二极管D_f的阳极(A_f)相连，二极管D_f的阴极(C_f)与电阻R_f的(l_f)端相连，电阻R_f的(r_f)端与三极管Q_s1的集电极(c_s1)相连；15V电源端与电阻R_s1的(l_s1)端相连，电阻R_s1的(r_s1)端与三极管Q_s1的基极(b_s1)相连，三极管Q_s1的发射极(e_s1)接地；将下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)与电阻R_s2的(l_s2)端相连，电阻R_s2的(r_s2)端与三极管Q_s2的基极(b_s2)相连，三极管Q_s2的集电极(c_s2)与电阻R_s1的(r_s1)端和三极管Q_s1的基极(b_s1)相连，三极管Q_s2的发射极(e_s2)接地。

2.本发明的开关磁阻电机MOSFET功率变换器驱动电路，其控制特征在于：

a)当上桥臂控制信号输入端H_in为高电平，三极管Q_u1饱和导通，Q_u2、Q_u3导通，Q_u4、Q_u5截止，驱动输出高电平，D_l1亮，自举电容C_a相当于一个悬浮电源，其储存的电荷通过路径①[C_a正极端(p)→Q_u2、Q_u3→R_u4→G₁→S₁→C_a负极端(n)]形成驱动电流i_u，驱动MOSFET T₁导通；当输入信号H_in为低电平，三极管Q_u1截止，Q_u2、Q_u3截止，Q_u4、Q_u5导通，驱动输出低电平，D_l1灭，T₁关断；当输入信号由高电平向低电平跳变时，由于Q_u3的关断延迟，MOSFET T₁门极维持短暂的高电平，Q_u5的基极由R_u6拉为低电平，MOSFET T₁通过路径③(G₁→R_u5→Q_u4、Q_u5→S₁)进行泄放电荷。

b)当下桥臂控制信号输入端L_in为高电平，三极管Q_d1饱和导通，Q_d2、Q_d3导通，Q_d4、Q_d5截止，驱动输出高电平，D_l2亮，驱动电流i_d通过路径④(15V→Q_d3→R_d4→G₂→S₂→VSS)，MOSFET T₂开通；当输入信号L_in为低电平，三极管Q_d1截止，Q_d2、Q_d3截止，Q_u4、Q_u5导通，驱动输出低电平，D_l2灭，MOSFET T₂关断；当输入信号由高电平向低电平跳变时，由于Q_d3的关断延迟，MOSFET T₂门极维持短暂的高电平，Q_d5的基极由R_d6拉为低电平，MOSFET T₂通过路径⑤(G₂→R_d5→Q_d4、Q_d5→S₂)进行泄放电荷。

c)当上、下桥臂驱动电路均输出低电平，MOSFET T₁和MOSFET T₂关断，属于本相的非导通区间，G₂为低电平，三极管Q_s1导通、Q_s2截止，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→D_f→R_f→Q_s1→VSS”，即通过路径②和路径⑥进行充电，改变电阻R_f的值可以改变充电的速率，由于S₁点处的电位是浮动的，R_f在实际中选择功率电阻。

d)当上、下桥臂驱动电路均输出高电平，MOSFET T₁和MOSFET T₂导通，属于本相的导通区间，G₂为高电平，三极管Q_s1截止、Q_s2导通，忽略器件压降，S₁点电位升至U_s。若U_s低于15V，则S₁电位低于驱动电源15V，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→绕组→T₂→VSS”，即通过路径②和路径⑦进行充电，其中驱动电源15V与主电路直流母线电压U_s共地。若U_s高于15V，自举电容无相应充电的回路。

e)当上桥臂驱动电路输出低电平，下桥臂驱动电路输出高电平时，MOSFET T₁关断、MOSFET T₂导通，功率变换器工作在斩上管的工作状态，此时G₂为高电平，三极管Q_s1截止、Q_s2导通，；G₁为低电平，功率变换器存在“VD₂→绕组→T₂”近似于零电压的续流回路，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→绕组→T₂→VSS”，即通过路径②和路径⑦进行充电。事实上，VD₂有导通压降，S₁点实际电位低于VSS，如电机负载较大时，续流时间较长，S₁点不断存储负电荷，C_a可能会过充电至两端电压大于15V，因此在G₁、S₁两端加20V稳压二极管D_st，保障输出的驱动电压不高于20V。

f)当上桥臂驱动电路输出高电平，下桥臂驱动电路输出低电平时，MOSFET T₁导通、MOSFET T₂关断，功率变换器工作在斩下管的工作状态，此时G₁为高电平，G₂为低电平，Q_s1导通、Q_s2截止，存在“U_s→T₁→D_f→R_f→Q_s1→VSS”的工作路径，电阻R_f的存在，虽然避免了主电路直流母线电压直接短路的故障，但不适合电机重载情况下的斩下管控制，此时主电路处于零电压续流工作状态，S₁点电位约为主电路电源电压U_s，不存在自举电容充电回路。

g)上桥臂MOSFET T₁驱动电路中自举二极管D_u采用快恢复二极管，防止15V电源端与自举电容C_a的(p)极存在较大的反向电位差而引起电流倒灌；电阻R_u4串联在MOSFET T₁的栅极能够限制较大的驱动电流；R_u5能够影响MOSFET T₁的关断速率，通过调节R_u5的值能够减小MOSFET T₁关断时的电压振荡；稳压二极管D_st保证输出稳定的驱动电压；R_u6为限流电阻，防止三极管Q_u2、Q_u3过饱和；电阻R_st1并联在栅极(G₁)、源极(S₁)两端，防止因米勒效应造成MOSFET T₁误导通；电容C_st1并联在栅极(G₁)、源极(S₁)两端能够减缓MOSFET T₁开通及关断速率，减小产生的电压尖峰。

下桥臂MOSFET T₂驱动电路中R_d6为限流电阻，防止三极管Q_d2、Q_d3过饱和；电阻R_d4串联在MOSFET T₂的栅极能够限制较大的驱动电流；R_d5能够影响MOSFET T₂的关断速率，通过调节R_d5的值能够减小MOSFET T₂关断时的电压振荡；电阻R_st2并联在栅极(G₂)、源极(S₂)两端，防止因米勒效应造成MOSFET T₂误导通；电容C_st2并联在栅极(G₂)、源极(S₂)两端能够减缓MOSFET T₂开通及关断速率，减小产生的电压尖峰。

当主电路中VD₂损坏、电机反电动势、电压振荡等原因使S₁电位低于零，自举电容充电路径中二极管D_f可防止负压加于三极管Q_s1的集电极、发射极两端造成器件损坏；电阻R_f能够控制充电的速率，但会流过较大的电流，实际中选择功率电阻。

有益效果：驱动电路采用三极管等分立元件设计而成，相比其他形式的驱动电路，结构简单、成本低廉，在电机不同的工况下均能保持可靠稳定的驱动信号输出，同时具备良好的电气隔离性能，实现了主电路与控制电路的隔离。上桥臂驱动电路中自举电容充电回路的设计，增大了驱动功率，保证了驱动输出信号电压的稳定性；下桥臂驱动电路能够配合上桥臂驱动电路，实现斩双管、斩单管控制。驱动信号延时小响应快，具有较大的驱动电流和驱动脉动电压幅值，能够驱动中小功率级别且开关频率达到20kHz的MOSFET功率变换器，满足中小型开关磁阻电机在不同工况下控制系统的驱动需求，具有良好的工程应用价值。

附图说明

图1是本发明的上桥臂驱动电路及其工作路径。

图2是本发明的下桥臂驱动电路及其工作路径。

图3是本发明的自举电容特有充电电路及其工作路径。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。

1.本发明的开关磁阻电机MOSFET功率变换器的驱动电路拓扑设计方法：

a)如图1所示，a)上桥臂MOSFET T₁驱动电路采用5只三极管Q_u1、Q_u2、Q_u3、Q_u4、Q_u5，8只电阻R_u1、R_u2、R_u3、R_u4、R_u5、R_u6、R_u7、R_st1，1只自举二极管D_u，1只自举电容C_a，1只稳压二极管D_st，1只发光二极管D_l1,1只稳压电容C_st1，来自控制器的控制信号的输入端口为H_in，驱动信号的驱动电流为i_u，驱动信号的泄放电流为i_a，自举电容的充电电流为i_c；将控制信号的输入端口H_in与电阻R_u1的(l_u1)端相连，电阻R_u1的(r_u1)端与三极管Q_u1的基极(b_u1)相连；三极管Q_u1的集电极(c_u1)与三极管Q_u2的基极(b_u2)以及电阻R_u2的(r_u2)端相连，电阻R_u2的(l_u2)端与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u1发射极(e_u1)与电阻R_u3的(l_u3)端相连，电阻R_u3的(r_u3)端接地；三极管Q_u2的发射极(e_u2)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u2的集电极(c_u2)与三极管Q_u3的基极(b_u3)相连；三极管Q_u3的集电极(c_u3)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u3的发射极(e_u3)与电阻R_u4的(l_u4)端相连，电阻R_u4的(r_u4)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；三极管Q_u4的基极(b_u4)与三极管Q_u5的发射极(e_u5)相连，Q_u4的发射极(e_u4)与电阻R_u5的(r_u5)端相连，电阻R_u5的(l_u5)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，Q_u4的集电极(c_u4)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；三极管Q_u5的基极(b_u5)与三极管Q_u2的集电极(c_u2)和三极管Q_u3的基极(b_u3)相连，同时还与电阻R_u6的(l_u6)端相连，电阻R_u6的(r_u6)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，Q_u5的集电极(c_u5)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；15V电源端与自举二极管D_u的阳极(A_u)相连，D_u的阴极(C_u)与电阻R_u2的(l_u2)端、三极管Q_u2的发射极(e_u2)端、三极管Q_u3的集电极(c_u3)端以及自举极性电容C_a的正极端(p)相连，自举极性电容C_a的负极端(n)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；稳压二极管D_st并联在上桥臂MOSFET T₁的栅(G₁)、源(S₁)两端，其中D_st的阳极(a_st)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，D_st的阴极(c_st)与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；发光二极管D_l1的阳极(a_l1)与电阻R_u7的(r_u7)端相连，电阻R_u7的(l_u7)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，D_l1的阴极(c_l1)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电容C_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中C_st1的(1)端与上桥臂MOSFETT₁的栅极(G₁)相连，C_st1的(2)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电阻R_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中R_st1的(l_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，R_st1的(r_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；其中①为上桥臂驱动电路的驱动电流路径；②为上桥臂驱动电路的自举电容充电路径；③为上桥臂驱动电路的驱动电流泄放路径。

b)如图2所示，下桥臂MOSFET T₂驱动电路采用5只三极管Q_d1、Q_d2、Q_d3、Q_d4、Q_d5，8只电阻R_d1、R_d2、R_d3、R_d4、R_d5、R_d6、R_d7、R_st2，1只发光二极管D_l2,1只稳压电容C_st2，来自控制器的控制信号的输入端口为L_in，驱动信号的驱动电流为i_d，驱动信号的泄放电流为i_b；将控制信号的输入端口L_in与电阻R_d1的(l_d1)端相连，电阻R_d1的(r_d1)端与三极管Q_d1的基极(b_d1)相连；三极管Q_d1的集电极(c_d1)与三极管Q_d2的基极(b_d2)以及电阻R_d2的(r_d2)端相连，电阻R_d2的(l_d2)端与15V电源相连，Q_d1发射极(e_d1)与电阻R_d3的(l_d3)端相连，电阻R_d3的(r_d3)端与下桥臂MOSFETT₂的源极(S₂)相连并接地；三极管Q_d2的发射极(e_d2)与15V电源端相连，Q_d2的集电极(c_d2)与三极管Q_d3的基极(b_d3)相连；三极管Q_d3的集电极(c_d3)与15V电源端相连，Q_d3的发射极(e_d3)与电阻R_d4的(l_d4)端相连，电阻R_d4的(r_d4)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连；三极管Q_d4的基极(b_d4)与三极管Q_d5的发射极(e_d5)相连，Q_d4的发射极(e_d4)与电阻R_d5的(r_d5)端相连，电阻R_d5的(l_d5)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，Q_d4的集电极(c_d4)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；三极管Q_d5的基极(b_d5)与三极管Q_d2的集电极(c_d2)和三极管Q_d3的基极(b_d3)相连，同时还与电阻R_d6的(l_d6)端相连，电阻R_d6的(r_d6)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连，Q_d5的集电极(c_d5)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；15V电源端与电阻R_d2的(l_d2)端、三极管Q_d2的发射极(e_d2)端、三极管Q_d3的集电极(c_d3)端相连；发光二极管D_l2的阳极(a_l2)与电阻R_d7的(r_d7)端相连，电阻R_d7的(l_d7)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，D_l2的阴极(c_l2)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；稳压电容C_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中C_st2的(3)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，C_st2的(4)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；电阻R_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中R_st2的(l_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，R_st2的(r_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；其中④为下桥臂驱动电路的驱动电流路径；⑤为下桥臂驱动电路的驱动电流泄放路径。

c)如图3所示，自举电容特有的充电回路采用2只三极管Q_s1、Q_s2，1只二极管D_f，3只电阻R_f、R_s1、R_s2，自举电容充电电流为i_c；将上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)与二极管D_f的阳极(A_f)相连，二极管D_f的阴极(C_f)与电阻R_f的(l_f)端相连，电阻R_f的(r_f)端与三极管Q_s1的集电极(c_s1)相连；15V电源端与电阻R_s1的(l_s1)端相连，电阻R_s1的(r_s1)端与三极管Q_s1的基极(b_s1)相连，三极管Q_s1的发射极(e_s1)接地；将下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)与电阻R_s2的(l_s2)端相连，电阻R_s2的(r_s2)端与三极管Q_s2的基极(b_s2)相连，三极管Q_s2的集电极(c_s2)与电阻R_s1的(r_s1)端和三极管Q_s1的基极(b_s1)相连，三极管Q_s2的发射极(e_s2)接地；其中⑥为Qs1开通时，自举电容充电电路中的电流路径；⑦为Qs2开通时，自举电容的部分充电路径。

2.本发明的开关磁阻电机MOSFET功率变换器的驱动电路控制方法：

a)如图1所示，当上桥臂控制信号输入端H_in为高电平，三极管Q_u1饱和导通，Q_u2、Q_u3导通，Q_u4、Q_u5截止，驱动输出高电平，D_l1亮，自举电容C_a相当于一个悬浮电源，其储存的电荷通过路径①[C_a正极端(p)→Q_u2、Q_u3→R_u4→G₁→S₁→C_a负极端(n)]形成驱动电流i_u，驱动MOSFET T₁导通；当输入信号H_in为低电平，三极管Q_u1截止，Q_u2、Q_u3截止，Q_u4、Q_u5导通，驱动输出低电平，D_l1灭，T₁关断；当输入信号由高电平向低电平跳变时，由于Q_u3的关断延迟，MOSFETT₁门极维持短暂的高电平，Q_u5的基极由R_u6拉为低电平，MOSFET T₁通过路径③(G₁→R_u5→Q_u4、Q_u5→S₁)进行泄放电荷。

b)如图2所示，当下桥臂控制信号输入端L_in为高电平，三极管Q_d1饱和导通，Q_d2、Q_d3导通，Q_d4、Q_d5截止，驱动输出高电平，D_l2亮，驱动电流i_d通过路径④(15V→Q_d3→R_d4→G₂→S₂→VSS)，MOSFET T₂开通；当输入信号L_in为低电平，三极管Q_d1截止，Q_d2、Q_d3截止，Q_u4、Q_u5导通，驱动输出低电平，D_l2灭，MOSFET T₂关断；当输入信号由高电平向低电平跳变时，由于Q_d3的关断延迟，MOSFET T₂门极维持短暂的高电平，Q_d5的基极由R_d6拉为低电平，MOSFET T₂通过路径⑤(G₂→R_d5→Q_d4、Q_d5→S₂)进行泄放电荷。

c)如图1、图2、图3所示，当上、下桥臂驱动电路均输出低电平，MOSFET T₁和MOSFETT₂关断，属于本相的非导通区间，G₂为低电平，三极管Q_s1导通、Q_s2截止，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→D_f→R_f→Q_s1→VSS”，即通过图1路径②和图3路径⑥进行充电，改变电阻R_f的值可以改变充电的速率，由于S₁点处的电位是浮动的，R_f在实际中选择功率电阻。

d)如图1、图2、图3所示，当上、下桥臂驱动电路均输出高电平，MOSFET T₁和MOSFETT₂导通，属于本相的导通区间，G₂为高电平，三极管Q_s1截止、Q_s2导通，忽略器件压降，S₁点电位升至U_s。若U_s低于15V，则S₁电位低于驱动电源15V，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→绕组→T₂→VSS”，即通过图1路径②和图3路径⑦进行充电，其中驱动电源15V与主电路直流母线电压U_s共地。若U_s高于15V，自举电容无相应充电的回路。

e)如图1、图2、图3所示，当上桥臂驱动电路输出低电平，下桥臂驱动电路输出高电平时，MOSFET T₁关断、MOSFET T₂导通，功率变换器工作在斩上管的工作状态，此时G₂为高电平，三极管Q_s1截止、Q_s2导通，；G₁为低电平，功率变换器存在“VD₂→绕组→T₂”近似于零电压的续流回路，自举电容的充电路径为“15V→D_u→C_a→绕组→T₂→VSS”，即通过图1路径②和图3路径⑦进行充电。事实上，VD₂有导通压降，S₁点实际电位低于VSS，如电机负载较大时，续流时间较长，S₁点不断存储负电荷，C_a可能会过充电至两端电压大于15V，因此在G₁、S₁两端加20V稳压二极管D_st，保障输出的驱动电压不高于20V。

f)如图1、图2、图3所示，当上桥臂驱动电路输出高电平，下桥臂驱动电路输出低电平时，MOSFET T₁导通、MOSFET T₂关断，功率变换器工作在斩下管的工作状态，此时G₁为高电平，G₂为低电平，Q_s1导通、Q_s2截止，存在“U_s→T₁→D_f→R_f→Q_s1→VSS”的工作路径，电阻R_f的存在，虽然避免了主电路直流母线电压直接短路的故障，但不适合电机重载情况下的斩下管控制，此时主电路处于零电压续流工作状态，S₁点电位约为主电路电源电压U_s，不存在自举电容充电回路。

Claims

1.一种开关磁阻电机MOSFET功率变换器驱动电路，其电路特征在于：

a)上桥臂MOSFET T₁驱动电路采用5只三极管Q_u1、Q_u2、Q_u3、Q_u4、Q_u5，8只电阻R_u1、R_u2、R_u3、R_u4、R_u5、R_u6、R_u7、R_st1,1只自举二极管D_u，1只自举电容C_a，1只稳压二极管D_st，1只发光二极管D_l1,1只稳压电容C_st1，来自控制器的控制信号的输入端口为H_in，驱动信号的驱动电流为i_u，驱动信号的泄放电流为i_a，自举电容的充电电流为i_c；将控制信号的输入端口H_in与电阻R_u1的(l_u1)端相连，电阻R_u1的(r_u1)端与三极管Q_u1的基极(b_u1)相连；三极管Q_u1的集电极(c_u1)与三极管Q_u2的基极(b_u2)以及电阻R_u2的(r_u2)端相连，电阻R_u2的(l_u2)端与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u1发射极(e_u1)与电阻R_u3的(l_u3)端相连，电阻R_u3的(r_u3)端接地；三极管Q_u2的发射极(e_u2)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u2的集电极(c_u2)与三极管Q_u3的基极(b_u3)相连；三极管Q_u3的集电极(c_u3)与自举二极管D_u的阴极(C_u)相连，Q_u3的发射极(e_u3)与电阻R_u4的(l_u4)端相连，电阻R_u4的(r_u4)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；三极管Q_u4的基极(b_u4)与三极管Q_u5的发射极(e_u5)相连，Q_u4的发射极(e_u4)与电阻R_u5的(r_u5)端相连，电阻R_u5的(l_u5)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，Q_u4的集电极(c_u4)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；三极管Q_u5的基极(b_u5)与三极管Q_u2的集电极(c_u2)和三极管Q_u3的基极(b_u3)相连，同时还与电阻R_u6的(l_u6)端相连，电阻R_u6的(r_u6)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，Q_u5的集电极(c_u5)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；15V电源端与自举二极管D_u的阳极(A_u)相连，D_u的阴极(C_u)与电阻R_u2的(l_u2)端、三极管Q_u2的发射极(e_u2)端、三极管Q_u3的集电极(c_u3)端以及自举极性电容C_a的正极端(p)相连，自举极性电容C_a的负极端(n)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；稳压二极管D_st并联在上桥臂MOSFET T₁的栅(G₁)、源(S₁)两端，其中D_st的阳极(a_st)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连，D_st的阴极(c_st)与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连；发光二极管D_l1的阳极(a_l1)与电阻R_u7的(r_u7)端相连，电阻R_u7的(l_u7)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，D_l1的阴极(c_l1)与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电容C_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中C_st1的(1)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，C_st1的(2)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；电阻R_st1并联在上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)、源极(S₁)两端，其中R_st1的(l_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的栅极(G₁)相连，R_st1的(r_st1)端与上桥臂MOSFET T₁的源极(S₁)相连；

b)下桥臂MOSFET T₂驱动电路采用5只三极管Q_d1、Q_d2、Q_d3、Q_d4、Q_d5，8只电阻R_d1、R_d2、R_d3、R_d4、R_d5、R_d6、R_d7、R_st2，1只发光二极管D_l2,1只稳压电容C_st2，来自控制器的控制信号的输入端口为L_in，驱动信号的驱动电流为i_d，驱动信号的泄放电流为i_b；将控制信号的输入端口L_in与电阻R_d1的(l_d1)端相连，电阻R_d1的(r_d1)端与三极管Q_d1的基极(b_d1)相连；三极管Q_d1的集电极(c_d1)与三极管Q_d2的基极(b_d2)以及电阻R_d2的(r_d2)端相连，电阻R_d2的(l_d2)端与15V电源相连，Q_d1发射极(e_d1)与电阻R_d3的(l_d3)端相连，电阻R_d3的(r_d3)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连并接地；三极管Q_d2的发射极(e_d2)与15V电源端相连，Q_d2的集电极(c_d2)与三极管Q_d3的基极(b_d3)相连；三极管Q_d3的集电极(c_d3)与15V电源端相连，Q_d3的发射极(e_d3)与电阻R_d4的(l_d4)端相连，电阻R_d4的(r_d4)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连；三极管Q_d4的基极(b_d4)与三极管Q_d5的发射极(e_d5)相连，Q_d4的发射极(e_d4)与电阻R_d5的(r_d5)端相连，电阻R_d5的(l_d5)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，Q_d4的集电极(c_d4)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；三极管Q_d5的基极(b_d5)与三极管Q_d2的集电极(c_d2)和三极管Q_d3的基极(b_d3)相连，同时还与电阻R_d6的(l_d6)端相连，电阻R_d6的(r_d6)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连，Q_d5的集电极(c_d5)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；15V电源端与电阻R_d2的(l_d2)端、三极管Q_d2的发射极(e_d2)端、三极管Q_d3的集电极(c_d3)端相连；发光二极管D_l2的阳极(a_l2)与电阻R_d7的(r_d7)端相连，电阻R_d7的(l_d7)端与下桥臂MOSFETT₂的栅极(G₂)相连，D_l2的阴极(c_l2)与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；稳压电容C_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中C_st2的(3)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，C_st2的(4)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；电阻R_st2并联在下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)、源极(S₂)两端，其中R_st2的(l_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的栅极(G₂)相连，R_st2的(r_st2)端与下桥臂MOSFET T₂的源极(S₂)相连；

2.一种开关磁阻电机MOSFET功率变换器驱动电路，其控制特征在于：

b)当下桥臂控制信号输入端L_in为高电平，三极管Q_d1饱和导通，Q_d2、Q_d3导通，Q_d4、Q_d5截止，驱动输出高电平，D_l2亮，驱动电流i_d通过路径④(15V→Q_d3→R_d4→G₂→S₂→VSS)，MOSFETT₂开通；当输入信号L_in为低电平，三极管Q_d1截止，Q_d2、Q_d3截止，Q_u4、Q_u5导通，驱动输出低电平，D_l2灭，MOSFET T₂关断；当输入信号由高电平向低电平跳变时，由于Q_d3的关断延迟，MOSFET T₂门极维持短暂的高电平，Q_d5的基极由R_d6拉为低电平，MOSFET T₂通过路径⑤(G₂→R_d5→Q_d4、Q_d5→S₂)进行泄放电荷。