CN110289784B - 基于双pwm功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，令SIN（或COS）相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变COS（或SIN）相的PWM_B（或A）_G1、PWM_B（或A）_G2，PWM_B（或A）_G3、PWM_B（或A）_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可以从最小值到最大值变化，即COS（或SIN）相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；实现超声电机脉冲调节转速的方法，称为单相脉冲调速控制方法。本发明能够使超声电机的速度调节范围宽高达106、转速调节线性、极低速调节特性好。优于调频调速、单相调压调速等优点。
Description
技术领域
本发明属于超声电机功率驱动电源技术领域，尤其涉及一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法。
背景技术
与传统电机相比，超声电机具有低转速、力矩/质量比大、响应速度快、断电自锁、纳米级分辨率、无电磁干扰等特点。
超声电机需要由超声电机驱动控制器提供两路正交相位的超声频率来驱动工作。例如：发明专利 “一种超声电机双PWM功率驱动拓扑结构（申请日2012年11月13日，申请号201210451717.9）”所公开了一种超声电机的输出级，采用的是恒流供电PWM_POWER和功率耦合PWM_DRIVE两个PWM组件的双PWM功率驱动拓扑结构，其优点是将输出电压、频率、脉冲（频率个数周期）等参数值的调节，实现了相互不影响的正交调节。超声电机驱动控制器由两路双PWM功率拓扑结构的PWM_A（SIN）和PWM_B（COS）驱动控制组件构成，分别实现对SIN/COS两路输出信号电压、频率、脉冲等参数值的调节与控制。脉冲调速是同步调节和重复输出两路PWM_A_OUT（SIN）、PWM_B_OUT（COS）驱动信号脉冲个数的方法，称为脉冲调速。该方法超声电机的转速与脉冲发射个数、时长呈对数线性关系，但受到超声电机两路输出驱动信号脉冲需要同时关断，降低了超声电机速度的调节精度超声电机的使用寿命，还会对整个系统带来冲击扰动。超声电机调频调速的非线性特征，10rpm以下的速度控制困难。超声电机调压调速的阈值特征，调速范围窄。超声电机单相调压调速虽然有调速范围宽和调节线性特征，0.02rpm以下的速度控制仍然困难。
发明内容
所要解决的技术问题：
为了解决脉冲调速方法中调速精度差、影响电机寿命和系统扰动。单相调压调速方法中，极低速度的控制问题。本发明提出一种极低速度调节特性好、转速调节线性和系统扰动小的单相脉冲调速方法。
技术方案：
为了实现以上功能，本发明提供了基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，设置两路双PWM功率拓扑结构组件：PWM_A（SIN）组件和PWM_B（COS）组件；
步骤2，令PWM_A组件中的第一功率管QA1接收来自栅极驱动信号PWM_A_G1、第二功率管QA2接收来自栅极PWM_A_G2的两个PWM驱动信号实现SIN相输出的电压控制，第三功率管QA3接收来自栅极驱动信号PWM_A_G3、第四功率管QA4接收来自栅极PWM_A_G4的两个PWM驱动信号实现SIN相输出的频率控制；
令PWM_B组件中的第一功率管QB1接收来自栅极驱动信号PWM_B_G1、第二功率管QB2接收来自栅极PWM_B_G2的PWM驱动信号实现COS相输出的电压控制，第三功率管QB3接收来自栅极驱动信号PWM_B_G3、PWM_B组件中的第四功率管QB4接收来自栅极PWM_B_G4的两个PWM驱动信号实现COS相输出的频率控制；
步骤3，令SIN相输出的驱动信号为连续输出；调节和改变COS相的PWM_B_G1、PWM_B_G2，PWM_B_G3、PWM_B_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可从最小值到最大值变化，即COS相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；
令COS相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变SIN相的PWM_A_G1、PWM_A_G2，PWM_A_G3、PWM_A_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可从最小值到最大值变化，即SIN相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出。
作为本发明基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法的进一步优选方案，PWM_A组件与PWM_B组件的PWM驱动信号频率是相同的。
作为本发明基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法的进一步优选方案，驱动信号PWM_A_G1、PWM_A_G2是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_A_G3、PWM_A_G4是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_B_G1、PWM_B_G2是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_B_G3、PWM_B_G4是一对互补的栅极驱动信号。
作为本发明基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法的进一步优选方案，所述PWM_A组件包括第一功率管QA1、第二功率管QA2、第三功率管QA3、第四功率管QA4，电感器LA1，变量器TA1；所述第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VCC，第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND，第一功率管QA1源极与第二功率管QA2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。
作为本发明基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法的进一步优选方案，所述PWM_B组件包括第一功率管QB1、第二功率管QB2、第三功率管QB3、第四功率管QB4，电感器LB1，变量器TB1；所述第一功率管QB1的漏极接直流电源正极VCC，第二功率管QB2的源极接直流电源负极GND，第一功率管QB1源极与第二功率管QB2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QB3、第四功率管QB4的漏极，再经由第三功率管QB3、第四功率管QB4的源极到电源的负极GND。
有益效果：
1、本发明的目的在于提供基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，令SIN（或COS）相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变COS（或SIN）相的PWM_B（或A）_G1、PWM_B（或A）_G2，PWM_B（或A）_G3、PWM_B（或A）_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可以从最小值到最大值变化，即COS（或SIN）相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；实现超声电机脉冲调节转速的方法，称为单相脉冲调速控制方法；
2、单相脉冲调速控制方法具有1、超声电机的速度调节范围高达106；2、转速线性调节；3、极低速调节特性好。优于调频调速、单相调压调速等优点。
附图说明
图1 –两路双PWM功率驱动拓扑结构功能框图；
图2 – PWM_A拓扑结构图；
图3 –PWM_B拓扑结构图。
图中符号说明如下：
QA1、QA2、QB1、QB2、QA3、QA4、QB3、QB4为MOSFET功率管；
PWM_A_G1、PWM_A_G2、PWM_A_G3、PWM_A_G4，PWM_B_G1、PWM_B_G2、PWM_B_G3、PWM_B_G4为MOSFET功率管栅极的PWM驱动信号；
PWM_A_OUT、PWM_B_OUT为输出驱动信号的输出；
LA1、LB1为电感器；
TA1、TB1为输出变量器；
VCC为直流供电电源的正极；
GND为直流供电电源的负极。
具体实施方式
为表明本发明的效果，下面通过具体的实施例进一步说明本发明。但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地解释本发明，而不应理解为用于限定本发明。
本发明为一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，包括以下步骤：
一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，具体包括以下步骤：
步骤1，设置两路双PWM功率拓扑结构组件：PWM_A（SIN）组件和PWM_B（COS）组件；
步骤2，令PWM_A组件中的第一功率管QA1接收来自栅极驱动信号PWM_A_G1、第二功率管QA2接收来自栅极PWM_A_G2的两个PWM驱动信号实现SIN相输出的电压控制，第三功率管QA3接收来自栅极驱动信号PWM_A_G3、第四功率管QA4接收来自栅极PWM_A_G4的两个PWM驱动信号实现SIN相输出的频率控制；
令PWM_B组件中的第一功率管QB1接收来自栅极驱动信号PWM_B_G1、第二功率管QB2接收来自栅极PWM_B_G2的PWM驱动信号实现COS相输出的电压控制，第三功率管QB3接收来自栅极驱动信号PWM_B_G3、PWM_B组件中的第四功率管QB4接收来自栅极PWM_B_G4的两个PWM驱动信号实现COS相输出的频率控制；
步骤3，令SIN相输出的驱动信号为连续输出；调节和改变COS相的PWM_B_G1、PWM_B_G2，PWM_B_G3、PWM_B_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可从最小值到最大值变化，即COS相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；
令COS相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变SIN相的PWM_A_G1、PWM_A_G2，PWM_A_G3、PWM_A_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可从最小值到最大值变化，即SIN相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出。
PWM_A组件与PWM_B组件的PWM驱动信号频率是相同的。
驱动信号PWM_A_G1、PWM_A_G2是一对互补的栅极驱动信号；
驱动信号PWM_A_G3、PWM_A_G4是一对互补的栅极驱动信号；
驱动信号PWM_B_G1、PWM_B_G2是一对互补的栅极驱动信号；
驱动信号PWM_B_G3、PWM_B_G4是一对互补的栅极驱动信号。
所述PWM_A组件包括第一功率管QA1、第二功率管QA2、第三功率管QA3、第四功率管QA4，电感器LA1，变量器TA1；所述第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VCC，第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND，第一功率管QA1源极与第二功率管QA2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。
所述PWM_B组件包括第一功率管QB1、第二功率管QB2、第三功率管QB3、第四功率管QB4，电感器LB1，变量器TB1；所述第一功率管QB1的漏极接直流电源正极VCC，第二功率管QB2的源极接直流电源负极GND，第一功率管QB1源极与第二功率管QB2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QB3、第四功率管QB4的漏极，再经由第三功率管QB3、第四功率管QB4的源极到电源的负极GND。
下面结合附图说明本发明的电路结构及工作原理。
本发明的基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，包括PWM_A、PWM_B等两路双PWM功率拓扑结构组件，如图1所示。PWM_A由图2所示的功率管QA1、QA2、QA3、QA4，电感器LA1，变量器TA1组成；PWM_B由图3所示的功率管QB1、QB2、QB3、QB4、电感器LA1、变量器TB1组成。
PWM_A中，PWM_A组件中的第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VDD，PWM_A组件中的第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND。PWM_A组件中的第一功率管QA1源极与第二功率管QA2漏极连接后再通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，变量器TA1另两个抽头分别经过PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。PWM_A组件中第一功率管QA1接受来自栅极PWM_A_G1的PWM驱动信号的控制，而PWM_A组件中第二功率管QA2接受来自栅极PWM_A_G2的PWM驱动信号的控制。PWM_A_G1和PWM_A_G2是一对互补栅极驱动信号，用于调节输出驱动信号的电压值。
PWM_A组件中第三功率管QA3接受来自栅极PWM_A_G3的PWM驱动信号的控制，而PWM_A组件中第四功率管QA4接受来自栅极PWM_A_G4的PWM驱动信号的控制。PWM_A_G3和PWM_A_G4也是一对互补栅极驱动信号，用于调节输出驱动信号的频率值。通过，同步控制PWM_A_G1、PWM_A_G2、PWM_A_G3、PWM_A_G4的PWM信号脉冲的个数，就控制了经过互补导通的第一功率管QA1、第二功率管QA2和互补导通的第三功率管QA3、第四功率管QA4，以及经变量器TA1各自初级绕组的脉冲个数。再由变量器TA1升压以后经由PWM_A_OUT输出高压驱动信号脉冲的个数。
PWM_B中，PWM_B组件中的第一功率管QB1的漏极接直流电源正极VDD，PWM_B组件中的第二功率管QB2的源极接直流电源负极GND。PWM_B组件中的第一功率管QB1源极与第二功率管QB2漏极连接后再通过电感器LB1连接至变量器TB1的中心抽头，变量器TB1另两个抽头分别经过PWM_B组件中的第三功率管QB3、第四功率管QB4的漏极，再经由PWM_B组件中的第三功率管QB3、第四功率管QB4的源极到电源的负极GND。PWM_B组件中第一功率管QB1接受来自栅极PWM_B_G1的PWM驱动信号的控制，而PWM_B组件中第二功率管QB2接受来自栅极PWM_B_G2的PWM驱动信号的控制。PWM_B_G1和PWM_B_G2是一对互补栅极驱动信号，用于调节输出驱动信号的电压值。
PWM_B组件中第三功率管QB3接受来自栅极PWM_B_G3的PWM驱动信号的控制，而PWM_B组件中第四功率管QB4接受来自栅极PWM_B_G4的PWM驱动信号的控制。PWM_B_G3和PWM_B_G4也是一对互补栅极驱动信号，用于调节输出驱动信号的频率值。通过，同步控制PWM_B_G1、PWM_B_G2、PWM_B_G3、PWM_B_G4的PWM信号脉冲的个数，就控制了经过互补导通的第一功率管QB1、第二功率管QB2和互补导通的第三功率管QB3、第四功率管QB4，以及经变量器TB1各自初级绕组的脉冲个数。再由变量器TB1升压以后经由PWM_B_OUT输出高压驱动信号脉冲的个数。
令SIN（或COS）相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变COS（或SIN）相的PWM_B（或A）_G1、PWM_B（或A）_G2，PWM_B（或A）_G3、PWM_B（或A）_G4等PWM驱动信号，使其脉冲个数可以从最小值到最大值变化，即COS（或SIN）相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；实现超声电机脉冲调节转速的方法，称为单相脉冲调速控制方法。
单相调压调速控制方法具有1、超声电机的速度调节范围高达106；2、转速线性调节；3、极低速调节特性好。优于调频调速、单相调压调速等优点。
本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种实施方式。因此，凡是基于本发明的技术思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，其特征在于，具体包括以下步骤:
步骤1,设置两路双PWM功率拓扑结构组件:PWM_A组件和PWM_B组件；
步骤2，令PWM_A组件中的第一功率管QA1接收来自栅极PWM驱动信号PWM_A_G1、第二功率管QA2接收来自栅极PWM驱动信号PWM_A_G2的PWM驱动信号实现SIN相输出的电压控制，第三功率管QA3接收来自栅极PWM驱动信号PWM_A_G3、第四功率管QA4接收来自栅极PWM驱动信号PWM_A_G4的PWM驱动信号实现SIN相输出的频率控制；
令PWM_B组件中的第一功率管QB1接收来自栅极PWM驱动信号PWM_B_G1、第二功率管QB2接收来自栅极PWM驱动信号PWM_B_G2的PWM驱动信号实现COS相输出的电压控制，第三功率管QB3接收来自栅极PWM驱动信号PWM_B_G3、PWM_B组件中的第四功率管QB4接收来自栅极PWM驱动信号PWM_B_G4的PWM驱动信号实现COS相输出的频率控制；
步骤3，其中令SIN相输出的驱动信号为连续输出；调节和改变COS相的PWM_B_G1、PWMB_G2,PWM_B_G3以及PWM_B_G4的PWM驱动信号，使COS相脉冲个数从最小值到最大值变化，即COS相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；
令COS相输出的驱动信号为连续输出；仅调节和改变SIN相的PWM_A_G1、PWM_A_G2,PWM_A_G3以及PWM_A_G4的PWM驱动信号，使SIN相脉冲个数从最小值到最大值变化，即SIN相输出的PWM驱动信号为单相脉冲重复输出；
PWM_A组件与PWM_B组件的PWM驱动信号频率是相同的；
驱动信号PWM_A_G1、PWM_A_G2是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_A_G3、PWM_A_G4是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_B_G1、PWM_B_G2是一对互补的栅极驱动信号；驱动信号PWM_B_G3、PWM_B_G4是一对互补的栅极驱动信号。
2.根据权利要求1所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法，其特征在于:所述PWM_A组件包括第一功率管QA1、第二功率管QA2、第三功率管QA3、第四功率管QA4,电感器LA1,变量器TA1；所述第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VCC,第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND，第一功率管QA1源极与第二功率管QA2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。
3.根据权利要求2所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相脉冲调速控制方法,其特征在于:所述PWM_B组件包括第一功率管QB1、第二功率管QB2、第三功率管QB3、第四功率管QB4，电感器LB1，变量器TB1；所述第一功率管QB1 的漏极接直流电源正极VCC,第二功率管QB2的源极接直流电源负极GND,第一功率管QB1源极与第二功率管QB2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，所述变量器TA1另两个抽头分别连接第三功率管QB3、第四功率管QB4的漏极，再经由第三功率管QB3、第四功率管QB4的源极到电源的负极GND。
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| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: 210000 29 general road, Jiangning Development Zone, Nanjing, Jiangsu Applicant after: Nanjing Hangda override Technology Co., Ltd Address before: Yudaojie Nanjing 210000 Jiangsu province No. 29 Applicant before: Nanjing Airlines super Control Technology Co., Ltd. |
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| GR01 | Patent grant | ||
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