CN109546916A - 永磁同步电机自举电容充电控制装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，应用于直流电机或三相逆变电源上，永磁同步电机自举电容充电控制装置包括直流电源和三相桥臂驱动电路，所述三相桥臂驱动电路包括U、V、W三个并联连接的驱动电路和电流采样电路。通过采样电阻检测每一相对自举电容充电过程中的母线电流并判断对每一相充电的母线电流与每一相启动设定电流相比并按U、V、W三相顺序逐一控制驱动电路中的第一开关元件和第二开关元件导通给各自的自举电容充电来驱动电机运行。该自举电容充电控制装置不仅精简了硬件资源，还保证自举电容的工作可靠性，确保电机的正常运行，避免了自举电容充电过程中的时间的浪费以及避免了充电电流过大导致损坏电机问题的发生。

Description

永磁同步电机自举电容充电控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及永磁同步电机技术领域，具体地，涉及一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，还涉及了一种基于所述永磁同步电机自举电容充电控制装置上的自举电容充电控制方法。

背景技术

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机，永磁体作为转子产生旋转磁场，三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应，感应三相对称电流。而直流永磁同步电机具有高功率密度、高效率、体积小和结构简单等特点，尤其使用矢量无位置传感器控制方案后，对于直流水泵等产品的应用，更是省略了传感器安装的复杂工艺且具备更高的可靠性。

现有技术中电机的控制器硬件电路包括控制单元、信号采集电路、驱动电路和电源，驱动电路是由三相桥臂、驱动芯片及外围充电电路组成，而外围充电电路则包含自举电容和自举二极管等元件，电机上电是通过驱动电路中的开关元件来开启的，为保证电机上电可以正常启动，必须确保电机驱动电路中三相桥臂的开关元件可以正常动作。由于驱动电路中上桥臂的开关元件为悬浮状态，必须对自举电容进行充电以抬高开启电压，才能确保上桥臂的开关元件有效开通从而确保电机正常启动。而自举电容的电压会影响到功率管的导通电阻及电机效率，因此需要将自举电容电压维持在合理范围内。考虑到漏电等影响，自举电容通常采用需要定时或不定时的脉冲进行充电。目前为了使得电机可靠运行，往往采用足够宽的脉冲信号对自举电容定期充电，这会降低电机母线电压的利用率，缩小电机的工作区间。

如中国知识产权局在2015年12月23日公开了公告号为CN105186936A的“一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法”的发明专利，该专利的技术方案解决了上述的技术问题，但是需要外部增加硬件检测电路的设计，此方案不仅增加了生产成本，而且对于电机控制器中的PCB也不实用，同时还无法避免驱动电路在自举电容充电过程中的充电电流过大而误触发保护或者损坏电器元件，导致电机损坏。

在2010年6月23日中国知识产权局公开了公告号为CN101753007B的“具有能量补充电路的H桥电路及其控制方法”，该专利的技术方案虽然能通过单桥臂结构的H桥电路检测自举电容两端压降实现对自举电容充电饱和的检测，即是增加电压检测电路检测自举电容两端压降实现对自举电容充电饱和的检测，并与硬件搭建的基准电压比较来调节开通占空比解决自举电容的电压不足的情况下，采用技术方案中的辅助电路为自举电路提供能量的补充，确保驱动电路驱动开关电源工作，但不能驱动电机运行，但是不能避免驱动电路在自举电容充电过程中的充电电流过大而误触发保护或者损坏电器元件，导致电机损坏。

因此，需提供一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，以解决现有技术的不足。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，应用于电机上，通过采样电阻检测的自举电容中充电电流进行判断，同时按U、V、W三相顺序导通驱动电路中的开关元件逐一给各自的自举电容充满电来驱动电机运行。该自举电容充电控制装置不仅精简了硬件资源，还保证自举电容的工作可靠性，确保电机的正常运行，还避免了自举电容充电过程中的时间的浪费以及避免了充电电流过大导致损坏电机问题的发生。

本发明的技术方案如下：

一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，应用于永磁同步电机上，所述永磁同步电机自举电容充电控制装置的一端与一电机驱动电路的驱动芯片连接，另一端与一电机的三相绕组连接；所述永磁同步电机自举电容充电控制装置包括直流电源和三相桥臂驱动电路；

所述直流电源具有第一连接端和第二连接端，所述第二连接端还与所述电机连接；

所述三相桥臂驱动电路包括三个并联连接的驱动电路和与所述驱动电路连接的电流采样电路，三个所述驱动电路分别为U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；

所述电流采样电路用于采集所述驱动电路中的母线电流，所述电流采样电路包括采样电阻；

其中，每个所述驱动电路包括：

自举电路，用于提供自举电压，所述自举电路包括自举二极管和自举电容；

桥臂电路，所述桥臂电路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与所述第二连接端连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动芯片连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动芯片连接，所述连接节点端与所述电机的三个绕组其中一个绕组连接，所述下桥臂的所述第一端与所述采样电阻连接。

优选地，所述电机包括三相绕组，所述三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述U相绕组与所述U相驱动电路连接，所述V相绕组与所述V相驱动电路连接，所述W相绕组与所述W相驱动电路连接。其中，所述电机上设置有U相启动设定电流、V相启动设定电流、W相启动设定电流和最大设定电流，所述最大设定电流为允许通过所述电机的所述三组绕组最大电流。

优选地，所述上桥臂包括第一开关元件和第一电阻，所述第一开关元件的控制端与所述第一电阻串联后与所述驱动芯片连接，所述第一开关元件的输入端为所述上桥臂的所述第一端，所述第一开关元件的输出端为所述上桥臂的所述连接节点端。

优选地，所述下桥臂包括第二开关元件和第二电阻，所述第二开关元件的控制端与所述第二电阻串联后与所述驱动芯片连接，所述第二开关元件的输入端为所述下桥臂的所述连接节点端，所述第二开关元件的输出端为所述下桥臂的所述第一端且与所述采样电阻连接。

优选地，所述第一开关元件和所述第二开关元件为两个串联连接的场效应管。

优选地，所述自举二极管的阳极与所述第一连接端连接，所述自举二极管的阴极与所述自举电容连接，所述自举电压为所述自举电容的电压。

优选地，所述母线电流为依次经过所述自举电容、所述下桥臂的第二开关元件流入所述采样电阻中的电流，所述采样电阻的一端与所述下桥臂的所述第一端连接，另一端的所述采样电阻接地。

优选地，所述U相驱动电路包括第一自举二极管、第一自举电容、第一场效应管和第二场效应管，所述第一场效应管为所述U相驱动电路中上桥臂的第一开关元件，所述第二场效应管为所述U相驱动电路中下桥臂的第二开关元件。其中，由所述第一自举二极管和第一自举电容组成的为所述U相驱动电路的自举电路，所述U相驱动电路的桥臂电路包括所述第一场效应管和所述第二场效应管。

优选地，所述V相驱动电路包括第二自举二极管、第二自举电容、第三场效应管和第四场效应管；所述第三场效应管为所述V相驱动电路中上桥臂的第一开关元件，所述第四场效应管为所述V相驱动电路中下桥臂的第二开关元件。其中，由所述第二自举二极管和第二自举电容组成的为所述V相驱动电路的自举电路，所述V相驱动电路的桥臂电路包括所述第三场效应管和所述第四场效应管。

优选地，所述W相驱动电路包括第三自举二极管、第三自举电容、第五场效应管和第六场效应管；所述第五场效应管为所述W相驱动电路中上桥臂的第一开关元件，所述第六场效应管为所述W相驱动电路中下桥臂的第二开关元件。其中，由所述第三自举二极管和第三自举电容组成的为所述W相驱动电路的自举电路，所述W相驱动电路的桥臂电路包括所述第五场效应管和所述第六场效应管。

基于上述的所述永磁同步电机自举电容充电控制装置，本发明还涉及了一种自举电容充电控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：所述电机上电启动，打开所述U相驱动电路中下桥壁的第二开关元件并通过所述采样电阻获取所述U相驱动电路中的母线电流，所述U相驱动电路开始对所述U相驱动电路中的自举电容充电；

S2：判断所述U相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的U相启动设定电流，若所述U相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述U相启动设定电流，所述U相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，同时所述V相驱动电路开始对所述V相驱动电路中的自举电容充电，则转步骤S4；若所述U相驱动电路流出的所述母线电流大于所述U相启动设定电流，则转步骤S3；

S3：判断所述U相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述U相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S2中进行循环的过程；

S4：判断所述V相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的V相启动设定电流，若所述V相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述V相启动设定电流，所述V相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，同时所述W相驱动电路开始对所述W相驱动电路中的自举电容充电，则转步骤S6；若所述V相驱动电路流出的所述母线电流大于所述V相启动设定电流，则转步骤S5；

S5：判断所述V相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述V相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S4中进行循环的过程；

S6：判断从所述W相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的W相启动设定电流，若所述W相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述W相启动设定电流,则所述W相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，此时所述电机的U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路中的三个自举电容均完成充电并且还会同时充电，所述电机正常启动；若所述W相驱动电路流出的所述母线电流大于所述W相启动设定电流，则转步骤S7；

S7：判断所述W相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述W相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S6中进行循环的过程。

优选地，在所述步骤S3中，若所述U相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，则减小所述U相驱动电路的所述下桥臂中的第二场效应管导通占空比，从而减小从所述U相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述U相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S2中；

若所述U相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，则增大所述U相驱动电路的所述下桥臂中的第二场效应管导通的占空比，使得所述U相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述U相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述U相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S2中。

优选地，在所述步骤S5中，若所述V相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，减小所述V相驱动电路的所述下桥臂中的第四场效应管导通占空比，从而减小从所述V相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述V相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S4中；

若所述V相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，增大所述V相驱动电路的所述下桥臂中的第四场效应管导通占空比，使得所述V相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述V相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述V相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S4中。

优选地，在所述步骤S7中，若所述W相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，减小所述W相驱动电路的所述下桥臂中的第六场效应管导通占空比，从而减小从所述W相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述W相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S6中；

若所述W相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，增大所述W相驱动电路的所述下桥臂中的第六场效应管导通占空比，使得所述W相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述W相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述W相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S6中。

本发明的有益效果为：与现有技术相比，该永磁同步电机自举电容充电控制装置通过采样电阻检测每一相对自举电容充电过程中的母线电流并判断对每一相充电的母线电流与每一相启动设定电流相比，还按U、V、W三相顺序逐一控制驱动电路中的第一开关元件和第二开关元件导通给各自的自举电容充电来驱动电机运行。该自举电容充电控制装置不仅精简了硬件资源，还保证自举电容的工作可靠性，确保电机的正常运行，还避免了自举电容充电过程中的时间的浪费以及避免了充电电流过大导致损坏电机问题的发生。

附图说明：

图1为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置的电路结构示意图。

图2为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置驱动电路的电路结构示意图。

图3(a)为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置U相驱动电路的电路结构示意图。

图3(b)为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置V相驱动电路的电路结构示意图。

图3(c)为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置W相驱动电路的电路结构示意图。

图4为本发明所述永磁同步电机自举电容充电控制装置运行的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的发明目的，技术方案及技术效果更加清楚明白，下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。应理解，此处所描述的具体实施例，仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“设置于或固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“单元”、“模块”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的永磁同步电机自举电容充电控制装置10，应用于直流无刷电机或者三相逆变电源产品上，请参照图1，永磁同步电机自举电容充电控制装置10为电机的驱动电路中的一部分，永磁同步电机自举电容充电控制装置10的一端与一电机驱动电路的驱动芯片U1连接，另一端的永磁同步电机自举电容充电控制装置10与一电机的三相绕组连接，永磁同步电机自举电容充电控制装置10包括直流电源100和三相桥臂驱动电路200。具体地，电机包括三相绕组，三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组，电机上设置有U相启动设定电流Iset1、V相启动设定电流Iset2、W相启动设定电流Iset3和最大设定电流Imax，最大设定电流Imax为允许通过电机的三组绕组最大的电流。具体到本实施例中，驱动芯片U1采用型号优选为SMT32F103C8T6的微控制器芯片。

直流电源100主要用于给驱动芯片U1和三相桥臂驱动电路200供电。具体地，直流电源100具有第一连接端VCC和第二连接端VD，第一连接端VCC分别与驱动芯片U1和三相桥臂驱动电路200连接并给其供电，第二连接端VCC还与电机连接并给电机供电。具体到本实施例中，第一连接端VCC输入的直流电压优选为3V～30V，最优地，第一连接端VCC输入的直流电压为15V。

三相桥臂驱动电路200包括电流采样电路210和三个并联连接的驱动电路220，三个驱动电路220并联连接后与电流采样电路210连接。其中，三个驱动电路220分别为U相驱动电路221、V相驱动电路222和W相驱动电路223。

电流采样电路210主要用于采集驱动电路220中的母线电流Is，电流采样电路210包括采样电阻Rs，母线电流Is为采样电阻Rs的电流，即是每个驱动电路220流出再流入采样电阻Rs的电流。

请参照图2中虚线框中的220所述的电路为驱动电路220，驱动电路220包括自举电路和桥臂电路，其中自举电路主要用于提供自举电压，自举电路包括自举二极管和自举电容。

具体地，自举二极管的阳极与第一连接端VCC连接，自举二极管的阴极与自举电容连接，自举电压为自举电容的电压。桥臂电路包括上桥臂和下桥臂，上桥臂和下桥臂各包括第一端、第二端和连接节点端，上桥臂的第一端与第二连接端VD连接，上桥臂的第二端与驱动芯片U1连接，上桥臂的连接节点端与下桥臂的所述连接节点端连接，下桥臂的第二端与驱动芯片U1连接，连接节点端与电机的三相绕组其中一个绕组连接，下桥臂的第一端与所述采样电阻Rs连接。其中，上桥臂包括第一开关元件和第一电阻，第一开关元件的控制端与第一电阻串联后与驱动芯片U1连接，第一开关元件的输入端为上桥臂的第一端，第一开关元件的输出端为上桥臂的所述连接节点端。对应地，下桥臂包括第二开关元件和第二电阻，第二开关元件的控制端与第二电阻串联后与驱动芯片U1连接，第二开关元件的输入端为下桥臂的所连接节点端，第二开关元件的输出端为下桥臂的第一端且与采样电阻Rs连接。具体到本实施例中，第一开关元件和第二开关元件为两个串联连接的场效应管。

自举电路接收从第一连接端VCC提供的电量给自举电容充电，该驱动电路220的工作原理是将每一相的驱动电路220中的母线电流Is分别与之对应一相的启动设定电流和最大设定电流Imax进行比较，根据比较结果检测自举电容充电是否完成，并同时按顺序导通三相桥臂驱动电路200的第二开关元件逐一给各相的自举电容充电。该永磁同步电机自举电容充电控制装置10逐一对U相、V相、W相的驱动电路中的自举电容充电，也逐一开通U相、V相、W相的驱动电路中的第一开关元件和第二开关元件，避免其中一相或两相的自举电容先充满电后放电而导致导通第一开关元件的电压下降，造成电机无法正常启动。该永磁同步电机自举电容充电控制装置10逐一控制三相桥臂驱动电路200中的三个驱动电路210的第二开关元件的开通时间，保证自举电容充电的有效性，确保电机上电正常启动。

请参照图1，U相驱动电路221、V相驱动电路222和W相驱动电路223均分别与直流电源100和驱动芯片U1连接；U相驱动电路221还与电机的U相绕组连接，V相驱动电路222还与电机的V相绕组连接，W相驱动电路223还与电机的W相绕组连接。U相驱动电路221、V相驱动电路222和W相驱动电路223并联连接后与电流采样电路200连接。

U相驱动电路211包括第一自举二极管D1、第一自举电容C1、第一场效应管Q1和第二场效应管Q2，第一自举二极管D1的阳极与第一连接端VCC连接，第一自举二极管D1的阴极与第一自举电容C1连接，第一场效应管Q1的源极与第二场效应管Q2的漏极连接并其连接的节点a与第一自举电容C1连接，第一场效应管Q1的栅极串联U相第一电阻Rg1与驱动芯片U1的第一引脚HIN1连接，第一场效应管Q1的漏极与第二连接端VD连接；第二场效应管Q2的栅极串联U相第二电阻Rg2与驱动芯片U1的第二引脚LIN1连接，第二场效应管Q2的源极与采样电阻Rs连接后接地。具体地，由第一自举二极管D1和第一自举电容C1组成为U相的自举电路，是由第一场效应管Q1、U相第一电阻Rg1、第二场效应管Q2和U相第二电阻Rg2组成为U相的桥臂电路。对应地，由第一场效应管Q1和U相第一电阻Rg1组成为U相桥臂电路的上桥臂，第一场效应管Q1为U相桥臂电路的第一开关元件；由第二场效应管Q2和U相第二电阻Rg2组成为U相桥臂电路的下桥臂，第二场效应管Q2为U相桥臂电路的第二开关元件。具体到本实施例中，请参照图3(a)中虚线路径为U相驱动电路211的U相母线电流Isu走向，U相母线电流Isu是从第二连接端VCC输入的电流依次经过第一自举二极管D1、第一自举电容C1、第二场效应管Q2和采样电阻Rs的电流。

V相驱动电路212包括第二自举二极管D2、第二自举电容C2、第三场效应管Q3和第四场效应管Q4，第二自举二极管D2的阳极与第一连接端VCC连接，第二自举二极管D2的阴极与第二自举电容C2连接，第三场效应管Q3的源极与第四场效应管Q4的漏极连接并其连接的节点b与第二自举电容C2连接，第三场效应管Q3的栅极串联V相第一电阻Rg3与驱动芯片U1的第三引脚HIN2连接，第三场效应管Q3的漏极与第二连接端VD连接；第四场效应管Q4的栅极串联V相第二电阻Rg4与驱动芯片U1的第四引脚LIN2连接，第四场效应管Q4的源极与采样电阻Rs连接后接地。具体地，由第二自举二极管D2和第二自举电容C2组成为V相的自举电路，是由第三场效应管Q3、V相第一电阻Rg3、第四场效应管Q4和V相第二电阻Rg4组成为V相的桥臂电路。对应地，由第三场效应管Q3和V相第一电阻Rg3组成为V相桥臂电路的上桥臂，第三场效应管Q3为V相桥臂电路的第一开关元件；由第四场效应管Q4和V相第二电阻Rg4组成为V相桥臂电路的下桥臂，第四场效应管Q4为V相桥臂电路的第二开关元件。具体到本实施例中，请参照图3(b)中虚线路径为V相驱动电路212的V相母线电流Isv走向，V相母线电流Isv是从第二连接端VCC输入的电流依次经过第二自举二极管D2、第二自举电容C2、第四场效应管Q4和采样电阻Rs的电流。

W相驱动电路213包括第三自举二极管D3、第三自举电容C3、第五场效应管Q5和第六场效应管Q6，第三自举二极管D3的阳极与第一连接端VCC连接，第三自举二极管D3的阴极与第三自举电容C3连接，第五场效应管Q5的源极与第六场效应管Q6的漏极连接并其连接的节点c与第三自举电容C3连接，第五场效应管Q5的栅极串联W相第一电阻Rg5与驱动芯片U1的第五引脚HIN3连接，第五场效应管Q5的漏极与第二连接端VD连接；第六场效应管Q6的栅极串联W相第二电阻Rg6与驱动芯片U1的第六引脚LIN3连接，第六场效应管Q6的源极与采样电阻Rs连接后接地。具体地，由第三自举二极管D3和第三自举电容C3组成为W相的自举电路，是由第五场效应管Q5、W相第一电阻Rg5、第六场效应管Q6和W相第二电阻Rg6组成为W相的桥臂电路。对应地，由第五场效应管Q5和W相第一电阻Rg5组成为W相桥臂电路的上桥臂，第五场效应管Q5为W相桥臂电路的第一开关元件；由第六场效应管Q6和W相第二电阻Rg6组成为W相桥臂电路的下桥臂，第六场效应管Q6为W相桥臂电路的第二开关元件。具体到本实施例中，请参照图3(b)中虚线路径为W相驱动电路213的W相母线电流Isw走向，W相母线电流Isw是从第二连接端VCC输入的电流依次经过第三自举二极管D3、第三自举电容C3、第六场效应管Q6和采样电阻Rs的电流。

请参照图4中该永磁同步电机自举电容充电控制装置10工作运行的流程图，该永磁同步电机自举电容充电控制装置10依次对U相驱动电路221的第一自举电容C1、V相驱动电路222的第二自举电容C2和W相驱动电路223的第三自举电容C3进行充电，最后U相驱动电路221的第一自举电容C1、V相驱动电路222的第二自举电容C2和W相驱动电路223的第三自举电容C3的三个自举电容同时充电，确保电机正常驱动，避免了现有技术中电机上电过程中同时对三相的自举电容进行充电瞬间形成的大电流导致电机无法正常驱动或者损坏电机上电驱动电路的电子元器件等问题的发生。具体地，参照图4，首先步骤101中，当电机上电启动，第一连接端VCC有直流电输入分别给U相驱动电路211和驱动芯片U1供电，U相驱动电路211开始工作，驱动芯片U1的第二引脚LIN1输出高电平，第二场效应管Q2以一定占空比导通；此时检测从U相驱动电路211流出的电压再流入采样电阻Rs两端电压差值，并通过I＝U/R公式换算为U相驱动电路211的U相母线电流Isu的电流值；因此有步骤102判断此时U相母线电流Isu是否不大于U相启动设定电流Iset1的过程；在步骤102中存在两个结果：一个是U相母线电流Isu不大于U相启动设定电流Iset1，U相驱动电路211中的第一自举电容C1已完成充电并且U相驱动电路211中的第二场效应管Q2维持以最小导通的占空比继续给第一自举电容C1充电，同时V相驱动电路212开始对第二自举电容C2充电；另一个是U相母线电流Isu大于U相启动设定电流Iset1，增大或减小第二场效应管Q2导通的占空比来降低U相母线电流Isu。假如U相母线电流Isu不大于U相启动设定电流Iset1，则转步骤104，否则转步骤103。

在步骤103中，继续判断此时U相母线电流Isu是否大于最大设定电流Imax以及从步骤103返回至步骤102进行循环的过程。其中，若U相母线电流Isu小于最大设定电流Imax，则增大第二场效应管Q2导通的占空比，第一自举电容C1的电容阻抗增大，降低U相母线电流Isu，同时U相驱动电路211加快对第一自举电容C1的充电速度；若U相母线电流Isu大于最大设定电流Imax，则减小第二场效应管Q2导通的占空比，降低U相母线电流Isu，避免在第一自举电容C1充电过程中因充电电流过大而误触或损坏电机的驱动电路中其他电子元器件，造成电机无法正常驱动。

在步骤104中，判断此时V相母线电流Isv是否不大于V相启动设定电流Iset2的过程；在步骤104中存在两个结果：一个是V相母线电流Isv不大于V相启动设定电流Iset2，V相驱动电路212中的第二自举电容C2已完成充电并且V相驱动电路212中的第四场效应管Q4维持以最小导通的占空比继续给第二自举电容C2充电，同时W相驱动电路213开始对第三自举电容C3充电；另一个是V相母线电流Isv大于V相启动设定电流Iset2，增大或减小第四场效应管Q4导通的占空比来降低V相母线电流Isv。假如V相母线电流Isv不大于V相启动设定电流Iset2，则转步骤106，否则转步骤105。

在步骤105中，继续判断此时V相母线电流Isv是否大于最大设定电流Imax的过程以及从步骤105返回至步骤104进行循环的过程。其中，若V相母线电流Isv小于最大设定电流Imax，则增大第四场效应管Q4导通的占空比，第二自举电容C2的电容阻抗增大，降低V相母线电流Isv，同时V相驱动电路212加快对第二自举电容C2的充电速度；若V相母线电流Isv大于最大设定电流Imax，则减小第四场效应管Q4导通的占空比，降低V相母线电流Isv，避免在第二自举电容C2充电过程中因充电电流过大而误触或损坏电机的驱动电路中其他电子元器件，造成电机无法正常驱动。

在步骤106中，判断此时W相母线电流Isw是否不大于W相启动设定电流Iset3的过程；在步骤106中存在两个结果：一个是W相母线电流Isw不大于W相启动设定电流Iset3，W相驱动电路213中的第三自举电容C3已完成充电并且W相驱动电路213中的第六场效应管Q6维持以最小导通的占空比继续给第三自举电容C3充电；此时第一自举电容C1、第二自举电容C2和第三自举电容C3均处于完成充电状态，电机正常驱动启动，避免了现有技术中首个单相的自举电容充满电后，关闭该相的第二开关元件，停止对该自举电容继续充电致使该自举电容充电不饱和，导致该自举电容的抬升电压不够无法有效导通该相的第一开关元件，从而无法有效驱动电机；另一个是W相母线电流Isw大于W相启动设定电流Iset3，增大或减小第六场效应管Q6导通的占空比来降低W相母线电流Isw。假如W相母线电流Isw不大于W相启动设定电流Iset3，则电机启动，否则转步骤107。

在步骤107中，继续判断此时W相母线电流Isw是否大于最大设定电流Imax的过程以及从步骤107返回至步骤106进行循环的过程。其中，若W相母线电流Isw小于最大设定电流Imax，则增大第六场效应管Q6导通的占空比，第三自举电容C3的电容阻抗增大，降低W相母线电流Isw，同时W相驱动电路213加快对第三自举电容C3的充电速度；若W相母线电流Isw大于最大设定电流Imax，则减小第六场效应管Q6导通的占空比，降低W相母线电流Isw，避免在第三自举电容C3充电过程中因充电电流过大而误触或损坏电机的驱动电路中其他电子元器件，造成电机无法正常驱动。

基于上述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，还发明了一种自举电容充电控制方法，该方法包括以下步骤：

S1：电机上电启动，打开U相驱动电路211中下桥壁的第二场效应管Q2并通过采样电阻Rs获取U相驱动电路211的U相母线电流Isu，U相驱动电路211对U相驱动电路211中的第一自举电容C1进行充电；

S2：判断U相驱动电路211的U相母线电流Isu是否不大于电机的U相启动设定电流Iset1，若U相母线电流Isu不大于U相启动设定电流Iset1，U相驱动电路211中的第一自举电容C1已完成充电并还继续充电，同时V相驱动电路212开始对第二自举电容C2充电并获取V相母线电流Isv，则转步骤S4；若U相母线电流Isu大于U相启动设定电流Iset1，则转步骤S3；

S3：判断此时U相母线电流Isu是否大于最大设定电流Imax以及获取新的U相母线电流Isu返回至步骤S2进行循环的过程；

S4：判断V相驱动电路212的V相母线电流Isv是否不大于电机的V相启动设定电流Iset2，若V相母线电流Isv不大于V相启动设定电流Iset2，V相驱动电路212中的第二自举电容C2已完成充电并还继续充电，同时W相驱动电路213开始对第三自举电容C3充电并获取W相母线电流Isw，则转步骤S6；若V相母线电流Isv大于V相启动设定电流Iset2，则转步骤S5；

S5：判断此时V相母线电流Isv是否大于最大设定电流Imax以及获取新的V相母线电流Isv返回至步骤S4进行循环的过程；

S6：判断W相驱动电路213的W相母线电流Isw是否不大于电机的W相启动设定电流Iset3，若W相母线电流Isw不大于W相启动设定电流Iset3，W相驱动电路213中的第三自举电容C3已完成充电并还继续充电，同时第一自举电容C1、第二自举电容C2和第三自举电容C3均处于完成充电状态，结束电机正常驱动启动；若W相母线电流Isw大于W相启动设定电流Iset3，则转步骤S7；

S7：判断此时W相母线电流Isw是否大于最大设定电流Imax以及获取新的W相母线电流Isw返回至步骤S6进行循环的过程。

其中，步骤S1的工作过程与步骤101的相同，步骤S2的工作过程与步骤102的相同，步骤S3的工作过程与步骤103的相同，步骤S4的工作过程与步骤104的相同，步骤S5的工作过程与步骤105的相同，步骤S6的工作过程与步骤106的相同，步骤S7的工作过程与步骤107的相同。

本发明的永磁同步电机自举电容充电控制装置通过采样电阻检测每一相对自举电容充电过程中的母线电流并判断每一相的母线电流与每一相启动设定电流相比，还按U、V、W三相顺序逐一控制驱动电路中的第一开关元件和第二开关元件导通给各自的自举电容充电来驱动电机运行。该自举电容充电控制装置不仅精简了硬件资源，还保证自举电容的工作可靠性，确保电机的正常运行，还避免了自举电容充电过程中的时间的浪费以及避免了充电电流过大导致损坏电机问题的发生。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其架构形式能够灵活多变，可以派生系列产品。只是做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (13)

1.一种永磁同步电机自举电容充电控制装置，所述永磁同步电机自举电容充电控制装置的一端与一电机驱动电路的驱动芯片连接，另一端与一电机的三相绕组连接，其特征在于，所述永磁同步电机自举电容充电控制装置包括直流电源和三相桥臂驱动电路；

所述直流电源具有第一连接端和第二连接端，所述第二连接端还与所述电机连接；

所述三相桥臂驱动电路包括三个并联连接的驱动电路和与所述驱动电路连接的电流采样电路，三个所述驱动电路分别为U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路；

所述电流采样电路用于采集所述驱动电路中的母线电流，所述电流采样电路包括采样电阻；

其中，每个所述驱动电路包括：

自举电路，用于提供自举电压，所述自举电路包括自举二极管和自举电容；

桥臂电路，所述桥臂电路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和所述下桥臂各包括第一端、第二端和连接节点端，所述上桥臂的所述第一端与所述第二连接端连接，所述上桥臂的所述第二端与所述驱动芯片连接，所述上桥臂的所述连接节点端与所述下桥臂的所述连接节点端连接，所述下桥臂的所述第二端与所述驱动芯片连接，所述连接节点端与所述电机的三个绕组其中一个绕组连接，所述下桥臂的所述第一端与所述采样电阻连接。

2.根据权利要求1所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述上桥臂包括第一开关元件和第一电阻，所述第一开关元件的控制端与所述第一电阻串联后与所述驱动芯片连接，所述第一开关元件的输入端为所述上桥臂的所述第一端，所述第一开关元件的输出端为所述上桥臂的所述连接节点端。

3.根据权利要求2所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述下桥臂包括第二开关元件和第二电阻，所述第二开关元件的控制端与所述第二电阻串联后与所述驱动芯片连接，所述第二开关元件的输入端为所述下桥臂的所述连接节点端，所述第二开关元件的输出端为所述下桥臂的所述第一端且与所述采样电阻连接。

4.根据权利要求3所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述第一开关元件和所述第二开关元件为两个串联连接的场效应管。

5.根据权利要求1所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述自举二极管的阳极与所述第一连接端连接，所述自举二极管的阴极与所述自举电容连接，所述自举电压为所述自举电容的电压。

6.根据权利要求1所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述母线电流为依次经过所述自举电容、所述下桥臂的第二开关元件流入所述采样电阻的电流，所述采样电阻的一端与所述下桥臂的所述第一端连接，另一端的所述采样电阻接地。

7.根据权利要求4所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述电机包括三相绕组，所述三相绕组分别为U相绕组、V相绕组和W相绕组，所述U相绕组与所述U相驱动电路连接，所述V相绕组与所述V相驱动电路连接，所述W相绕组与所述W相驱动电路连接。

8.根据权利要求7所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述电机上设置有U相启动设定电流、V相启动设定电流、W相启动设定电流和最大设定电流，所述最大设定电流为允许通过所述电机的所述三组绕组最大电流。

9.根据权利要求8所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，其特征在于，所述U相驱动电路包括第一自举二极管、第一自举电容、第一场效应管和第二场效应管，所述第二场效应管为所述U相驱动电路中下桥臂的第二开关元件；

所述V相驱动电路包括第二自举二极管、第二自举电容、第三场效应管和第四场效应管；所述第四场效应管为所述V相驱动电路中下桥臂的第二开关元件；

所述W相驱动电路包括第三自举二极管、第三自举电容、第五场效应管和第六场效应管；所述第六场效应管为所述W相驱动电路中下桥臂的第二开关元件。

10.一种自举电容充电控制方法，其特征在于，根据权利要求1-9任意一项所述的永磁同步电机自举电容充电控制装置，该方法包括以下步骤：

S1：所述电机上电启动，打开所述U相驱动电路中下桥壁的第二开关元件并通过所述采样电阻获取所述U相驱动电路中的母线电流，所述U相驱动电路开始对所述U相驱动电路中的自举电容充电；

S2：判断所述U相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的U相启动设定电流，若所述U相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述U相启动设定电流，所述U相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，同时所述V相驱动电路开始对所述V相驱动电路中的自举电容充电，则转步骤S4；若所述U相驱动电路流出的所述母线电流大于所述U相启动设定电流，则转步骤S3；

S3：判断所述U相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述U相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S2中进行循环的过程；

S4：判断所述V相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的V相启动设定电流，若所述V相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述V相启动设定电流，所述V相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，同时所述W相驱动电路开始对所述W相驱动电路中的自举电容充电，则转步骤S6；若所述V相驱动电路流出的所述母线电流大于所述V相启动设定电流，则转步骤S5；

S5：判断所述V相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述V相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S4中进行循环的过程；

S6：判断从所述W相驱动电路流出的所述母线电流是否不大于所述电机的W相启动设定电流，若所述W相驱动电路流出的所述母线电流不大于所述W相启动设定电流,则所述W相驱动电路中的自举电容已完成充电并且还会继续充电，此时所述电机的U相驱动电路、V相驱动电路和W相驱动电路中的三个自举电容均完成充电并且还会同时充电，所述电机正常启动；若所述W相驱动电路流出的所述母线电流大于所述W相启动设定电流，则转步骤S7；

S7：判断所述W相驱动电路流出的所述母线电流是否大于所述电机的最大设定电流以及获取新的所述W相驱动电路流出的所述母线电流返回至所述步骤S6中进行循环的过程。

11.根据权利要求10所述的自举电容充电控制方法，其特征在于，在所述步骤S3中，若所述U相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，则减小所述U相驱动电路的所述下桥臂中的第二场效应管导通占空比，从而减小从所述U相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述U相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S2中；

若所述U相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，则增大所述U相驱动电路的所述下桥臂中的第二场效应管导通的占空比，使得所述U相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述U相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述U相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S2中。

12.根据权利要求10所述的自举电容充电控制方法，其特征在于，在所述步骤S5中，若所述V相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，减小所述V相驱动电路的所述下桥臂中的第四场效应管导通占空比，从而减小从所述V相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述V相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S4中；

若所述V相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，增大所述V相驱动电路的所述下桥臂中的第四场效应管导通占空比，使得所述V相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述V相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述V相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S4中。

13.根据权利要求10所述的自举电容充电控制方法，其特征在于，在所述步骤S7中，若所述W相驱动电路流出的所述母线电流大于所述电机的所述最大设定电流，减小所述W相驱动电路的所述下桥臂中的第六场效应管导通占空比，从而减小从所述W相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述W相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S6中；

若所述W相驱动电路流出的所述母线电流小于所述电机的所述最大设定电流，增大所述W相驱动电路的所述下桥臂中的第六场效应管导通占空比，使得所述W相驱动电路中所述自举电容的电容阻抗增大，从而减小从所述W相驱动电路流出的所述母线电流，获取新的所述W相驱动电路的所述母线电流返回至所述步骤S6中。