CN107070353A - 一种应用于高速电机的驱动控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于高速电机的驱动控制器，包括开关电源、主控电路、电流采样电路、电容和6个绝缘栅双极型晶体管，所述6个绝缘栅双极型晶体管均由碳化硅制成；采用上述技术方案，功率模组开关频率能工作在20KHz～50KHz范围，满足电机的转速能达到30000转/分钟～50000转/分钟或更高；通过碳化硅制成的绝缘栅双极型晶体管导通电阻低、能够耐受更高的环境温度，利于在车上使用，降低散热器体积及功率损耗，提高高速电机驱动控制器的效率和功率密度。

Description

一种应用于高速电机的驱动控制器
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，具体指一种应用于高速电机的驱动控制器。
背景技术
高速电机中的驱动控制器，传统方式是采用IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有MOSFET(绝缘栅型场效应管)的高输入阻抗和BJT(双极型三极管)的低导通压降两方面的优点，但用高频开关时，由于开关损耗增大，发热加剧，要增加散热，高速电机驱动控制器是工作在电动汽车上，使用条件苛刻，控制器的体积受限，不能太大，要做高功率密度，控制电机的转速高(30000转/分钟～50000转/分钟)，这就要求功率模组开关频率工作在20KHz～50KHz，常规IGBT模块已不能满足应用需求。
发明内容
本发明要解决的问题是，提出一种应用于高速电机的驱动控制器，能够满足电机的高速运转。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种应用于高速电机的驱动控制器，包括开关电源、主控电路、电流采样电路、电容和6个绝缘栅双极型晶体管，所述6个绝缘栅双极型晶体管均由碳化硅制成；
所述电容的两端分别与电源的正负极电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V1与绝缘栅双极型晶体管V4串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V1的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与绝缘栅双极型晶体管V4的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V4的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与一电机电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V2与绝缘栅双极型晶体管V5串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V2的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与绝缘栅双极型晶体管V5的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V5的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与一电机电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V3与绝缘栅双极型晶体管V6串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V3的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与绝缘栅双极型晶体管V6的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V6的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与一电机电连接；
所述开关电源的两端分别与电源的正负极电连接，所述开关电源与主控电路电连接；
所述主控电路分别与6个绝缘栅双极型晶体管的控制极信号连接；
所述电流采样电路分别与绝缘栅双极型晶体管V1的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极相连接，所述电流采样电路与主控电路信号连接。
进一步的，所述主控电路为MCU控制电路。
本发明具有以下的特点和有益效果：
采用上述技术方案，功率模组开关频率能工作在20KHz～50KHz范围，满足电机的转速能达到30000转/分钟～50000转/分钟或更高；通过碳化硅制成的绝缘栅双极型晶体管导通电阻低、能够耐受更高的环境温度，利于在车上使用，降低散热器体积及功率损耗，提高高速电机驱动控制器的效率和功率密度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种应用于高速电机的驱动控制器，包括开关电源、主控电路、电流采样电路、电容和6个绝缘栅双极型晶体管，6个绝缘栅双极型晶体管均由碳化硅制成；
电容的两端分别与电源的正负极电连接；
绝缘栅双极型晶体管V1与绝缘栅双极型晶体管V4串连后与电容并联，绝缘栅双极型晶体管V1的集电极与电源的正极相连接，绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与绝缘栅双极型晶体管V4的集电极相连接，绝缘栅双极型晶体管V4的发射极与电源的负极相连接，绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与一电机电连接；
绝缘栅双极型晶体管V2与绝缘栅双极型晶体管V5串连后与电容并联，绝缘栅双极型晶体管V2的集电极与电源的正极相连接，绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与绝缘栅双极型晶体管V5的集电极相连接，绝缘栅双极型晶体管V5的发射极与电源的负极相连接，绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与一电机电连接；
绝缘栅双极型晶体管V3与绝缘栅双极型晶体管V6串连后与电容并联，绝缘栅双极型晶体管V3的集电极与电源的正极相连接，绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与绝缘栅双极型晶体管V6的集电极相连接，绝缘栅双极型晶体管V6的发射极与电源的负极相连接，绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与一电机电连接；
开关电源的两端分别与电源的正负极电连接，开关电源与主控电路电连接；
主控电路分别与6个绝缘栅双极型晶体管的控制极信号连接；
电流采样电路分别与绝缘栅双极型晶体管V1的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极相连接，电流采样电路与主控电路信号连接。
主控电路为MCU控制电路。
上述技术方案中，由于碳化硅的绝缘破坏电场强度是传统硅器件的9倍多，因此使用碳化硅工艺生产的功率器件导通电阻更低，芯片尺寸更小。此外相比普通硅功率器件，碳化硅IGBT的工作频率更高，能够耐受更高的环境温度。
在高压功率市场，与传统的IGBT相比，碳化硅IGBT能够承受更高的电压，具有更低的寄生参数(寄生电容、电阻和电感)，更小的器件尺寸和更短的响应时间。开关速度的提高不但可以降低系统功率损耗，而且能够允许使用更小的变压器和电容器，大大减小了系统的整体尺寸和质量。
高速电机驱动控制器的功率半导体器采用碳化硅IGBT，解决功率器件开关频率在20KHz～50KHz的高频工作，同时碳化硅IGBT模块导通电阻低、耐高温的特性大大降低了系统的散热设计，降低散热器体积及功率损耗，提高控制器的效率和功率密度。
因此上述控制器的功率模组开关频率能工作在20KHz～50KHz范围，满足电机的转速能达到30000转/分钟～50000转/分钟或更高；碳化硅IGBT导通电阻低、能够耐受更高的环境温度，利于在车上使用，降低散热器体积及功率损耗，提高高速电机驱动控制器的效率和功率密度。
本发明实施例的工作原理，开关电源用于为主控电路提供电源；电流采样电路用于通过电流传感器采集控制器输出至电机的电流大小，并将采样信息发送至主控电路；主控电路对控制器进行初始化处理，并且主控电路根据电流采样电路的采样信息发出控制信号至6个绝缘栅双极型晶体管的控制极，从而对控制器进行实时的电流控制，其中主控电路发送的控制信号为PWM波。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种应用于高速电机的驱动控制器，其特征在于，包括开关电源、主控电路、电流采样电路、电容和6个绝缘栅双极型晶体管，所述6个绝缘栅双极型晶体管均由碳化硅制成；
所述电容的两端分别与电源的正负极电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V1与绝缘栅双极型晶体管V4串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V1的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与绝缘栅双极型晶体管V4的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V4的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V1的发射极与一电机电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V2与绝缘栅双极型晶体管V5串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V2的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与绝缘栅双极型晶体管V5的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V5的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V2的发射极与一电机电连接；
所述绝缘栅双极型晶体管V3与绝缘栅双极型晶体管V6串连后与电容并联，所述绝缘栅双极型晶体管V3的集电极与电源的正极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与绝缘栅双极型晶体管V6的集电极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V6的发射极与电源的负极相连接，所述绝缘栅双极型晶体管V3的发射极与一电机电连接；
所述开关电源的两端分别与电源的正负极电连接，所述开关电源与主控电路电连接；
所述主控电路分别与6个绝缘栅双极型晶体管的控制极信号连接；
所述电流采样电路分别与绝缘栅双极型晶体管V1的发射极和绝缘栅双极型晶体管V3的发射极相连接，所述电流采样电路与主控电路信号连接。
2.根据权利要求1所述的应用于高速电机的驱动控制器，其特征在于，所述主控电路为MCU控制电路。
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