CN107634669A - 无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、漏感吸收电路、开关电源变压器和开关电源控制器；220V交流电通过安规电容CX1和共模扼流圈LF2与EMI滤波电路连接，EMI滤波电路经依次经整流滤波电路和漏感吸收电路与开关电源变压器T1两主绕组连接，开关电源变压器T1两主绕组与开关电源控制器连接；开关电源变压器T1的两个副绕组分别经第一滤波电路和第二滤波电路输出5V电压和20V电压；还包括一电机缓启动电路，包括电机三相母线电源滤波电容C8和C9以及同步电机用整流桥RB2，220V交流电经同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8、C9充电。本发明的有益效果在于：输出电压稳定，并且实现电机缓启动。

Description

无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法。

背景技术

无位置永磁同步电机转子结构由于具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、寿命长等优点，作为动力源在工况环境恶劣的水泵、压缩机等工业领域得到了广泛应用，其驱动控制装置除了要求具备先进无位置传感器控制算法外，电机驱动板也必须具备损耗低、体积小且可靠性强的要求。

现有在永磁同步电机驱动电路系统中，一般采用开机时先通过大电阻对大容量整流滤波电容充电，当电容电压接近市电电压时，通过电磁继电器对大电阻短路操作，实现驱动板电源继电器缓启动功能。而电磁继电器需要驱动电路和驱动电源，增加驱动板开关电路变压器的输出功率和输出端数，导致变压器体积增大和性能下降。要进一步提高无位置传感器永磁同步电机驱动电路的性能，需设计无电磁继电器缓启动电路，实现永磁同步电机与驱动电路板的一体化，满足水泵、压缩机等工业领域对无位置传感器永磁同步电机驱动控制装置的要求。

发明内容

本发明的目的是针对以上不足之处，提供了一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法，实现输出电压稳定。

本发明解决技术问题所采用的方案是：一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、漏感吸收电路、开关电源变压器和开关电源控制器；220V交流电通过安规电容CX1和共模扼流圈LF2与EMI滤波电路的输入端连接，EMI滤波电路的输出端经依次经整流滤波电路和漏感吸收电路与开关电源变压器T1两主绕组连接，开关电源变压器T1两主绕组与开关电源控制器连接；开关电源变压器T1的两个副绕组分别经第一滤波电路和第二滤波电路输出5V电压和20V电压；还包括一电机缓启动电路，所述电机缓启动电路包括电机三相母线电源滤波电容C8和C9，以及同步电机用整流桥RB2，220V交流电经同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8和C9进行充电；所述电机缓启动电路还包括功率开关MOS管Q2，所述同步电机用整流桥RB2的交流端一端与220V交流电的火线L连接，另一端与220V交流电的零线N连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的正极端连接，并且经电阻R14与功率开关MOS管Q2的栅极连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流负极输出端与功率开关MOS管Q2的源极连接，功率开关MOS管Q2的漏极与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的负极端连接，并且接地PGND；功率开关MOS管Q2的源极经电阻R15与功率开关MOS管Q2的漏极连接。

进一步的，所述EMI滤波电路由电阻Re、电容C1、电容C2和电感L1组成，所述整流滤波电路由整流桥RB1、电容C3和电容C4组成，漏感吸收电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、高压快速恢复二极管D1和电容C5组成，电阻Re、电感L1和电容C1的一端与共模扼流圈LF2的其中一输出端连接，电阻Re和电感L1的另一端以及电容C2的一端与整流桥RB1的其中一交流端连接，电容C1和电容C2的另一端与共模扼流圈LF2的另一输出端连接，整流桥RB1的另一交流端与电容C2的另一端连接；整流桥RB1的直流正极输出端与电容C3正极端以及电容C4、电阻R1、电阻R2和电容C5的一端连接，整流桥RB1的直流负极输出端接地PGND，并且与电容C3的负极端和电容C4的另一端连接；电阻R1、电阻R2和电容C5的另一端相连接，并且经一电阻R3与高压快速恢复二极管D1的阴极端连接；开关电源变压器T1其中一主绕组的一端与电容C5的一端连接，另一端与高压快速恢复二极管D1的阳极端连接。

进一步的，还包括一辅助电源整流滤波电路，由电阻R4、二极管D2、电容C6和电容C7组成，电容C7的一端和电容C6的负极端与整流桥RB1的直流负极输出端连接；电容C7的另一端和电容C6的正极端与开关电源控制器连接，并且与二极管D2的阴极端连接，二极管D2的阳极端经电阻R4与开关电源变压器T1另一主绕组的一端连接，开关电源变压器T1另一主绕组的另一端接地PGND。

进一步的，所述开关电源控制器连接有一功率开关MOS管Q1，功率开关MOS管Q1的栅极与所述开关电源控制器连接，功率开关MOS管Q1的源极与所述开关电源控制器连接并且经一采样电阻R5与开关电源变压器另一主绕组的另一端连接；功率开关MOS管Q1的漏极与开关电源变压器其中一主绕组的另一端连接。

进一步的，220V交流电的火线L经开关电源用保险管F1与安规电容CX1的一端和共模扼流圈LF2其中一输入端连接，220V交流电的零线N与安规电容CX1的另一端以及共模扼流圈LF2的另一输入端连接。

进一步的，还包括一功率开关MOS管Q2栅极的驱动电路，由电阻R13、电容C11、二极管D4和稳压管DZD2组成，电阻R13的一端、C11的负极端和稳压管DZD2的阳极端与功率开关MOS管Q2的源极连接，电阻R13的另一端和C11的正极端与二级管D4的阴极端连接，二级管D4的阳极端与稳压管DZD2的阴极端连接，并且经一电阻R12与同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端连接。

进一步的，所述第一滤波电路由二极管D5、电容C12、电容C13、电阻R21、电感L2、电容C14和电容C15组成，二极管D5的阳极端与开关电源变压器的其中一副绕组的一端连接，二极管D5的阴极端与电容C12的一端、电容C13的正极端、电阻R21的一端和电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C14的一端和电容C15的正极端连接，电容C12的另一端、电容C13的负极端、电阻R21的另一端、电容C14的另一端和电容C15的负极端与开关电源变压器的其中一副绕组的另一端连接，并且接地DGND，电容C15的正极端为5V电源的输出端；所述第二滤波电路由二极管D6、电容C16、电容C17、电阻R24、电容C18和电容C19组成；二极管D6的阳极端与开关电源变压器的另一副绕组的一端连接，二极管D6的阴极端与电容C16的一端、电容C17的正极端、电阻R24的一端、电容C18的一端以及电容C19的正极端连接；电容C16的另一端、电容C17的负极端、电阻R24的另一端、电容C18的另一端以及电容C19的负极端与开关电源变压器的另一副绕组的另一端连接，电容C19的正极端为20V电压的输出端。

进一步的，电感L2的一端经一采样光耦反馈电路与所述开关电源控制器连接。

进一步的，20V电压的输出端与DC-DC线性降压模块连接，所述DC-DC线性降压模块输出15V电压。

本发明还提供如上述所述的一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路的控制方法，220V交流电通过同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8、C9充电，在功率开关MOS管Q2未导通的情况下，通过电阻R15对电容C8、C9充电，充电电流最大值由电阻R15确定；同时电容C8、C9整流滤波得到的电压通过电阻R12和二极管D4对电容C11充电，充电电压达到功率开关MOS管Q2栅极阈值电压时，功率开关MOS管Q4导通，将电阻R15短路，永磁同步电机工作时，母线电压的电压值为市电电压减去功率开关MOS管Q2的压降，稳压管DZD2保护功率开关MOS管Q2的栅极，当永磁同步电机关闭时，电容C11通过电阻R12放电，为下一次永磁同步电机启动缓充电做好准备。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明的功率开关MOS管Q1和Q2，以及二极管D1、D2、D4、D5和D6都实现软开关，具有无触点、高效率、高寿命的特点，且体积小，可实现电机本体与电源驱动一体化。在可以稳定的输出电压的同时，不需要另外增加驱动板开关电源电路变压器的输出低压直流继电器驱动电源，变压器体积小，减少变压器输出端数，提高电机开关电源性能。

附图说明

下面结合附图对本发明专利进一步说明。

图1为本发明提供的无位置传感器永磁同步电机的电源电路的原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

如图1所示，本实施例的一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路，包括EMI滤波电路、整流滤波电路、漏感吸收电路、开关电源变压器和开关电源控制器；220V交流电通过安规电容CX1和共模扼流圈LF2与EMI滤波电路的输入端连接，EMI滤波电路的输出端经依次经整流滤波电路和漏感吸收电路与开关电源变压器T1两主绕组连接，开关电源变压器T1两主绕组与开关电源控制器连接；开关电源变压器T1的两个副绕组分别经第一滤波电路和第二滤波电路输出5V电压和20V电压；还包括一电机缓启动电路，所述电机缓启动电路包括电机三相母线电源滤波电容C8和C9，以及同步电机用整流桥RB2，220V交流电经同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8和C9进行充电；所述电机缓启动电路还包括功率开关MOS管Q2，所述同步电机用整流桥RB2的交流端一端与220V交流电的火线L连接，另一端与220V交流电的零线N连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的正极端连接，并且经电阻R14与功率开关MOS管Q2的栅极连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流负极输出端与功率开关MOS管Q2的源极连接，功率开关MOS管Q2的漏极与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的负极端连接，并且接地PGND；功率开关MOS管Q2的源极经电阻R15与功率开关MOS管Q2的漏极连接。

从上述可知，本发明的有益效果在于：所述的开关电源控制器为反激式开关电源控制器，220V交流电通过安规电容CX1和共模扼流圈LF2，抑制220V交流电输入端的高频干扰。再通过电阻Re、电容C1、电容C2和电感L1，完成开关电源输入级EMI滤波功能。电容C3、C4对交流电整流滤波，电阻R1、R2、R3、高压快速恢复二极管D1和电容C5完成漏感尖峰吸收功能，降低变压器副端尖峰。二极管D2和电容C6、C7是开关电源辅助电源整流滤波电路，为反激式开关电源控制器提供电源，电阻R4为低阻值低功率贴片电阻，起保护开关电源控制器的作用。电阻R5为开关电源电流采样电阻，监测MOS管Q1过流信号，反馈给开关电源控制器，超过开关电源控制器最大电流的值将关闭MOS管栅极Q1驱动信号。

在本实施例中，所述EMI滤波电路由电阻Re、电容C1、电容C2和电感L1组成，所述整流滤波电路由整流桥RB1、电容C3和电容C4组成，漏感吸收电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、高压快速恢复二极管D1和电容C5组成，电阻Re、电感L1和电容C1的一端与共模扼流圈LF2的其中一输出端连接，电阻Re和电感L1的另一端以及电容C2的一端与整流桥RB1的其中一交流端连接，电容C1和电容C2的另一端与共模扼流圈LF2的另一输出端连接，，整流桥RB1的另一交流端与电容C2的另一端连接；整流桥RB1的直流正极输出端与电容C3正极端以及电容C4、电阻R1、电阻R2和电容C5的一端连接，整流桥RB1的直流负极输出端接地PGND，并且与电容C3的负极端和电容C4的另一端连接；电阻R1、电阻R2和电容C5的另一端相连接，并且经一电阻R3与高压快速恢复二极管D1的阴极端连接；开关电源变压器T1其中一主绕组的一端与电容C5的一端连接，另一端与高压快速恢复二极管D1的阳极端连接。F1为市电输入端开关电源用保险管；CX1是滤波作用的安规电容；LF2是共模扼流圈，抑制高频干扰，与电阻Re、电容C1、电容C2和电感L1组成开关电源输入级EMI滤波电路；电阻R5为反激式开关电源控制器的电流采样电阻。

在本实施例中，还包括一辅助电源整流滤波电路，由电阻R4、二极管D2、电容C6和电容C7组成，电容C7的一端和电容C6的负极端与整流桥RB1的直流负极输出端连接；电容C7的另一端和电容C6的正极端与开关电源控制器连接，并且与二极管D2的阴极端连接，二极管D2的阳极端经电阻R4与开关电源变压器T1另一主绕组的一端连接，开关电源变压器T1另一主绕组的另一端接地PGND。；电阻R4、二极管D2、电容C6和电容C7是反激式开关电源辅助电源整流滤波电路，为反激式开关电源控制器提供电源。

在本实施例中，所述开关电源控制器连接有一功率开关MOS管Q1，功率开关MOS管Q1的栅极与所述开关电源控制器连接，功率开关MOS管Q1的源极与所述开关电源控制器连接并且经一采样电阻R5与开关电源变压器另一主绕组的另一端连接；功率开关MOS管Q1的漏极与开关电源变压器其中一主绕组的另一端连接。

在本实施例中，220V交流电的火线L经开关电源用保险管F1与安规电容CX1的一端和共模扼流圈LF2其中一输入端连接，220V交流电的零线N与安规电容CX1的另一端以及共模扼流圈LF2的另一输入端连接。

进一步的，还包括一功率开关MOS管Q2栅极的驱动电路，由电阻R13、电容C11、二极管D4和稳压管DZD2组成，电阻R13的一端、C11的负极端和稳压管DZD2的阳极端与功率开关MOS管Q2的源极连接，电阻R13的另一端和C11的正极端与二级管D4的阴极端连接，二级管D4的阳极端与稳压管DZD2的阴极端连接，并且经一电阻R12与同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端连接。

在本实施例中，所述第一滤波电路由二极管D5、电容C12、电容C13、电阻R21、电感L2、电容C14和电容C15组成，二极管D5的阳极端与开关电源变压器的其中一副绕组的一端连接，二极管D5的阴极端与电容C12的一端、电容C13的正极端、电阻R21的一端和电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C14的一端和电容C15的正极端连接，电容C12的另一端、电容C13的负极端、电阻R21的另一端、电容C14的另一端和电容C15的负极端与开关电源变压器的其中一副绕组的另一端连接，并且接地DGND，电容C15的正极端为5V电源的输出端；所述第二滤波电路由二极管D6、电容C16、电容C17、电阻R24、电容C18和电容C19组成；二极管D6的阳极端与开关电源变压器的另一副绕组的一端连接，二极管D6的阴极端与电容C16的一端、电容C17的正极端、电阻R24的一端、电容C18的一端以及电容C19的正极端连接；电容C16的另一端、电容C17的负极端、电阻R24的另一端、电容C18的另一端以及电容C19的负极端与开关电源变压器的另一副绕组的另一端连接，电容C19的正极端为20V电压的输出端。5v电压为电机速度控制器电源，由电阻R21采样端经过采样和光耦反馈电路反馈给反激式开关电源控制器，保持5v的稳定；20v_电源经过DC-DV线性降压模块，减压为15v，为电机三相驱动桥的自举电路和驱动供电。

在本实施例中，电感L2的一端经一采样光耦反馈电路与所述开关电源控制器连接。

在本实施例中，20V电压的输出端与DC-DC线性降压模块连接，所述DC-DC线性降压模块输出15V电压。

本发明还提供如上述所述的一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路的控制方法，220V交流电通过同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8、C9充电，在功率开关MOS管Q2未导通的情况下，通过电阻R15对电容C8、C9充电，充电电流最大值由电阻R15确定；同时电容C8、C9整流滤波得到的电压通过电阻R12和二极管D4对电容C11充电，充电电压达到功率开关MOS管Q2栅极阈值电压时，功率开关MOS管Q4导通，将电阻R15短路，永磁同步电机工作时，母线电压的电压值为市电电压减去功率开关MOS管Q2的压降，稳压管DZD2保护功率开关MOS管Q2的栅极，当永磁同步电机关闭时，电容C11通过电阻R12放电，为下一次永磁同步电机启动缓充电做好准备。

综上所述，本发明提供的一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路及其控制方法，能够输出电压稳定，并且实现电机缓启动。

上列较佳实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：包括EMI滤波电路、整流滤波电路、漏感吸收电路、开关电源变压器和开关电源控制器；220V交流电通过安规电容CX1和共模扼流圈LF2与EMI滤波电路的输入端连接，EMI滤波电路的输出端经依次经整流滤波电路和漏感吸收电路与开关电源变压器T1两主绕组连接，开关电源变压器T1两主绕组与开关电源控制器连接；开关电源变压器T1的两个副绕组分别经第一滤波电路和第二滤波电路输出5V电压和20V电压；还包括一电机缓启动电路，所述电机缓启动电路包括电机三相母线电源滤波电容C8和C9，以及同步电机用整流桥RB2，220V交流电经同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8和C9进行充电；所述电机缓启动电路还包括功率开关MOS管Q2，所述同步电机用整流桥RB2的交流端一端与220V交流电的火线L连接，另一端与220V交流电的零线N连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的正极端连接，并且经电阻R14与功率开关MOS管Q2的栅极连接，所述同步电机用整流桥RB2的直流负极输出端与功率开关MOS管Q2的源极连接，功率开关MOS管Q2的漏极与电机三相母线电源滤波电容C8和C9的负极端连接，并且接地PGND；功率开关MOS管Q2的源极经电阻R15与功率开关MOS管Q2的漏极连接。

2.根据权利要求1所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：所述EMI滤波电路由电阻Re、电容C1、电容C2和电感L1组成，所述整流滤波电路由整流桥RB1、电容C3和电容C4组成，漏感吸收电路由电阻R1、电阻R2、电阻R3、高压快速恢复二极管D1和电容C5组成，电阻Re、电感L1和电容C1的一端与共模扼流圈LF2的其中一输出端连接，电阻Re和电感L1的另一端以及电容C2的一端与整流桥RB1的其中一交流端连接，电容C1和电容C2的另一端与共模扼流圈LF2的另一输出端连接,整流桥RB1的另一交流端与电容C2的另一端连接；整流桥RB1的直流正极输出端与电容C3正极端以及电容C4、电阻R1、电阻R2和电容C5的一端连接，整流桥RB1的直流负极输出端接地PGND，并且与电容C3的负极端和电容C4的另一端连接；电阻R1、电阻R2和电容C5的另一端相连接，并且经一电阻R3与高压快速恢复二极管D1的阴极端连接；开关电源变压器T1其中一主绕组的一端与电容C5的一端连接，另一端与高压快速恢复二极管D1的阳极端连接。

3.根据权利要求2所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：还包括一辅助电源整流滤波电路，由电阻R4、二极管D2、电容C6和电容C7组成，电容C7的一端和电容C6的负极端与整流桥RB1的直流负极输出端连接；电容C7的另一端和电容C6的正极端与开关电源控制器连接，并且与二极管D2的阴极端连接，二极管D2的阳极端经电阻R4与开关电源变压器T1另一主绕组的一端连接，开关电源变压器T1另一主绕组的另一端接地PGND。

4.根据权利要求3所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：所述开关电源控制器连接有一功率开关MOS管Q1，功率开关MOS管Q1的栅极与所述开关电源控制器连接，功率开关MOS管Q1的源极与所述开关电源控制器连接并且经一采样电阻R5与开关电源变压器另一主绕组的另一端连接；功率开关MOS管Q1的漏极与开关电源变压器其中一主绕组的另一端连接。

5.根据权利要求2所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：220V交流电的火线L经开关电源用保险管F1与安规电容CX1的一端和共模扼流圈LF2其中一输入端连接，220V交流电的零线N与安规电容CX1的另一端以及共模扼流圈LF2的另一输入端连接。

6.根据权利要求1所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：还包括一功率开关MOS管Q2栅极的驱动电路，由电阻R13、电容C11、二极管D4和稳压管DZD2组成，电阻R13的一端、C11的负极端和稳压管DZD2的阳极端与功率开关MOS管Q2的源极连接，电阻R13的另一端和C11的正极端与二级管D4的阴极端连接，二级管D4的阳极端与稳压管DZD2的阴极端连接，并且经一电阻R12与同步电机用整流桥RB2的直流正极输出端连接。

7.根据权利要求1所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：所述第一滤波电路由二极管D5、电容C12、电容C13、电阻R21、电感L2、电容C14和电容C15组成，二极管D5的阳极端与开关电源变压器的其中一副绕组的一端连接，二极管D5的阴极端与电容C12的一端、电容C13的正极端、电阻R21的一端和电感L2的一端连接，电感L2的另一端与电容C14的一端和电容C15的正极端连接，电容C12的另一端、电容C13的负极端、电阻R21的另一端、电容C14的另一端和电容C15的负极端与开关电源变压器的其中一副绕组的另一端连接，并且接地DGND，电容C15的正极端为5V电源的输出端；所述第二滤波电路由二极管D6、电容C16、电容C17、电阻R24、电容C18和电容C19组成；二极管D6的阳极端与开关电源变压器的另一副绕组的一端连接，二极管D6的阴极端与电容C16的一端、电容C17的正极端、电阻R24的一端、电容C18的一端以及电容C19的正极端连接；电容C16的另一端、电容C17的负极端、电阻R24的另一端、电容C18的另一端以及电容C19的负极端与开关电源变压器的另一副绕组的另一端连接，电容C19的正极端为20V电压的输出端。

8.根据权利要求7所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：电感L2的一端经一采样光耦反馈电路与所述开关电源控制器连接。

9.根据权利要求7所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路，其特征在于：20V电压的输出端与DC-DC线性降压模块连接，所述DC-DC线性降压模块输出15V电压。

10.一种根据权利要求6所述的无位置传感器永磁同步电机的电源电路的控制方法，其特征在于：220V交流电通过同步电机用整流桥RB2对电机三相母线电源滤波电容C8、C9充电，在功率开关MOS管Q2未导通的情况下，通过电阻R15对电容C8、C9充电，充电电流最大值由电阻R15确定；同时电容C8、C9整流滤波得到的电压通过电阻R12和二极管D4对电容C11充电，充电电压达到功率开关MOS管Q2栅极阈值电压时，功率开关MOS管Q4导通，将电阻R15短路，永磁同步电机工作时，母线电压的电压值为市电电压减去功率开关MOS管Q2的压降，稳压管DZD2保护功率开关MOS管Q2的栅极，当永磁同步电机关闭时，电容C11通过电阻R12放电，为下一次永磁同步电机启动缓充电做好准备。