CN110829828A - 用于驱动电子换向电机的驱动电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于驱动电子换向电机(12)的驱动电路(10)，包括：AC端子(22)，供电电网(24)能连接到该AC端子上；整流器(20)，该整流器在输入侧连接到AC端子(22)上；逆变器(16)，该逆变器在输入侧连接到整流器(20)上，并且电机(12)的电机相(U、V、W)能连接到该逆变器上；在整流器(20)与逆变器(16)之间的中间DC电压电路(14)。驱动电路(10)还包括EMC滤波器(28)，该EMC滤波器包括具有至少一个Y电容器(C1、C2)的电容反馈耦合器(30)，该电容反馈耦合器连接在中间DC电压电路(14)的一个电极与保护接地(PE)之间并且该电容反馈耦合器总体上具有比基本绝缘更强的绝缘。

Description

用于驱动电子换向电机的驱动电路
技术领域
本发明涉及一种用于驱动电子换向电机(electronically commutated motor)、尤其是家用电器的电机的驱动电路，尤其是涉及一种具有EMC滤波器和功率因数校正滤波器的驱动电路。
背景技术
这种类型的驱动电路由于其高频脉冲特性而产生无线电干扰，所述无线电干扰通过电磁场在空旷空间中传播，和通过经由电源连接线路的传导以高频电压和电流的形式传播。因此，驱动电路通常配备有EMC滤波器，通过该EMC滤波器保护供电电网免于来自驱动电路和连接的电机的干扰。
DE 10 2007 058 376 B4公开一种用于家用电器的开关模式电源，该家用电器装备有EMC滤波器。EMC滤波器分别包括在与供电电网的相线连接和中性线连接中的电抗线圈，与AC端子并联连接的电容器，和与所述电容器并联连接的放电电阻器。相线连接和中性线连接还分别经由Y电容器而连接到保护接地。
许多情况下，这类驱动电路还配备有例如以升压变换器拓扑形式的有源功率因数校正(PFC)滤波器。然而，由于与保护接地连接的上述电容反馈耦合器的绝缘故障，有源PFC滤波器的使用会在保护接地形成永久性直流分量，这会影响故障电流断路器的正确运行。
发明内容
于是，本发明的目的是提供一种用于驱动电子换向电机的改进的驱动电路，该驱动电路消除了与使用常规EMC滤波器关联的上述缺点。
本发明的上述目的通过具有权利要求1的特征的驱动电路实现。本发明的特别有利的实施方式和进一步改进方案是从属权利要求的技术方案。
按照本发明的用于驱动电子换向电机的驱动电路包括：AC端子，供电电网能连接到该AC端子上；整流器，该整流器在输入侧连接到AC端子上；逆变器，该逆变器在输入侧连接到整流器上，并且电机的电机相能连接到该逆变器上；在整流器与逆变器之间的中间DC电压电路；和EMC滤波器。按照本发明，EMC滤波器包括具有至少一个Y电容器的电容反馈耦合器，所述电容反馈耦合器连接在中间DC电压电路的一个电极与保护接地之间，并且所述电容反馈耦合器总体上具有比基本绝缘更强的绝缘。通过所述至少一个Y电容器，由逆变器脉冲产生的与电机相的杂散电容关联的电容耦合寄生电流在中间电压电路反馈到保护接地，从而不会通过AC端子进一步向外传播到供电电网，在供电电网处它们可能会引起EMC干扰。
通过在中间DC电压电路的一个电极与保护接地之间的电容反馈耦合器中采用比简单基本绝缘更强的绝缘，当所述更强的绝缘的一部分发生绝缘故障时，所述绝缘的剩余无故障部分的存在可以防止DC故障电流漏泄到保护接地，结果可以确保故障电流断路器的正确运行，和/或可以采用成本效益更高的故障电流断路器(例如A型故障电流断路器)，其中，通过所述绝缘的剩余部分或者通过故障电流断路器的正确运行可以改善人身保护。
Y电容器是例如在IEC标准60384-1中分类的保护电容器。在这方面，按照家用电器标准EN 60335段落3.3，基本绝缘构成带电部分的绝缘，用于提供防范电击的基本保护；附加绝缘是除基本绝缘之外提供的独立绝缘，在基本绝缘失效的情况下，附加绝缘确保不受电击；双重绝缘构成由基本绝缘和附加绝缘组成的绝缘系统；增强绝缘构成带电部分的单一绝缘，在该标准中定义的条件下，增强绝缘提供相当于双重绝缘的电击保护。因此，例如，比基本绝缘更强的绝缘可由双重绝缘和/或增强绝缘构成。通常，比基本绝缘更强的绝缘优选提供至少两倍于基本绝缘的强度。
与保护接地连接的电容反馈耦合器可以设置在中间DC电压电路的一个电极上，或者设置在中间DC电压电路的两个电极上。在仅单极电容反馈耦合器的情况下，该电容反馈耦合器优选设置在中间DC电压电路的正极与保护接地之间。
除了中间DC电压电路的一个电极与保护接地的电容反馈耦合器之外，EMC滤波器优选包含另外的电容、电感和/或电阻元件。
本发明不限于任何特定类型的电机。电机装置中的电机特别为电子换向电机，比如同步电机或异步电机、AC电机、三相AC电机或类似电机。
驱动电路的逆变器优选包含逆变桥电路，所述逆变桥电路优选具有多个电源开关(例如具有反平行连接的二极管的MOSFET或IGBT)。对应于所连接的电机，逆变器优选为多相结构。驱动电路的中间DC电压电路优选包含中间电路电容器。驱动电路的整流器优选构成为具有多个整流二极管的桥式整流器。
在本发明的一种实施方式中，EMC滤波器的电容反馈耦合器包含至少2个Y电容器的串联布置，每个Y电容器至少具备基本绝缘。在这2个Y电容器之一发生绝缘故障的情况下，电容反馈耦合器仍然包含绝缘完整无损的一个Y电容器，使得可以防止任何DC故障电流漏泄至保护接地，并且改善人身保护。
在本发明的另一种实施方式中，EMC滤波器的电容反馈耦合器由具有双重绝缘或增强绝缘的Y电容器构成。在Y电容器的双重或增强绝缘的一部分发生绝缘故障的情况下，电容反馈耦合器仍然包含完整无损的绝缘，使得可以防止任何DC故障电流漏泄至保护接地，并且改善人身保护。
在本发明的一种实施方式中，EMC滤波器还包含电阻和/或电感衰减器，该电阻和/或电感衰减器与在中间DC电压电路的所述电极和保护接地之间的电容反馈耦合器串联布置。
在本发明的一种实施方式中，EMC滤波器连接在AC端子与整流器之间。
在本发明的另一种实施方式中，所述驱动电路还包括功率因数校正滤波器(PFC滤波器)，该PFC滤波器连接在整流器与中间DC电压电路之间，优选是以升压变换器拓扑形式构成的PFC滤波器。
附图说明
参考附图，优选的非限制性例证实施例的以下说明将使本发明的上述及另外的特征和优点的理解变得清晰。图1表示按照本发明的一个例证实施例的驱动电路及连接的电机的部分示意表示的电路布置图。
具体实施方式
图1表示按照本发明的用于驱动电子换向电机12的例证驱动电路10。在图1中所示的实例中，这是具有三个电机相U、V、W的无刷三相AC电机12，这三个电机相在中性点SP互连。电机12由中间DC电压电路14通过逆变器16供电。中间DC电压电路14包括中间电路电容器C7，逆变器16在本例证实施例中包括在其半桥中共有6个电源开关M1至M6(例如，具有反平行连接的二极管的MOSFET或IGBT)的三相逆变桥电路。电机12的3个电机绕组通过电机电缆连接到电机相端子18，该电机相端子连接到逆变器16的半桥的3个中心抽头。电机12和电机电缆分别包含3个电机相U、V、W。
在输入侧，中间DC电压电路14通过整流器20连接到AC端子22。通过AC端子22，驱动电路10可以连接到供电电网24。在图1中所示的实例中，供电电网24是单相电网，驱动电路10连接到单相电网的相线L和中性线N，供电电网24还包含保护接地PE。在本实例中，整流器20包括共有4个整流二极管D1至D4的整流桥电路。
如图1中所示，在整流器20与中间DC电压电路14之间优选进一步连接功率因数校正(PFC)滤波器26。在本实例中，PFC滤波器26是以升压变换器拓扑形式构成的，尤其是包括电感L7、开关M7和整流二极管D7。
驱动电路10还包括例如呈微控制器形式的控制设备(未图示)，所述控制设备借助对应的控制信号来致动逆变器16的电源开关M2至M7和PFC滤波器26的开关M7。
驱动电路10此外包括EMC滤波器28，该EMC滤波器在本例证实施例中连接在整流器20与AC端子22之间。在按照图1的实施例的例证形式中，EMC滤波器28包括：在与供电电网24的相线L的相线连接中的第一电感L1，在与供电电网24的中性线N的中性线连接中的第二电感L2，用于相线L与中性线的电容耦合的2个电容器C3、C6，以及用于使相线L或中性线N与保护接地PE耦合的2个电容器C4、C5。在本发明的实施例的其他形式中，EMC滤波器28还可包括其他和/或另外的电容、电感或电阻元件。
如图1中图解所示，按照本发明的EMC滤波器28还包括在中间DC电压电路14的一个电极(这种情况下正极，用中间电路电压U+HV表示)与保护接地PE之间的电容反馈耦合器30。在按照图1的例证实施例中，电容反馈耦合器30包括2个Y电容器C1、C2的串联布置，每个Y电容器具备简单的基本绝缘。在本发明的实施例的备选形式中，电容反馈耦合器30包括1个Y电容器C1，该1个Y电容器C1具备双重或增强的基本绝缘。此外，在EMC滤波器28中，电阻或电感衰减器32与电容反馈耦合器30串联连接。
图1中，通过2个Y电容器C1和C2的电容反馈耦合器30，由逆变器16脉冲产生的与电机相U、V、W的杂散电容C8、C9、C10关联的电容耦合寄生电流I在中间电压电路14反馈到保护接地PE，从而不会通过AC端子22进一步向外传播到供电电网24，在该供电电网24处它们可能会引起EMC干扰。
在AC端子22与供电电网24之间，优选设置故障电流断路器34。通过采用具有比简单基本绝缘更强的整体绝缘的电容反馈耦合器30，可以实现：即使反馈耦合器30发生绝缘故障，至少部分绝缘仍保持完好。具体地，在驱动电路10具有以升压变换器拓扑形式的PFC滤波器26的情况下，可以防止：如果反馈耦合器30发生绝缘故障，在中间DC电压电路14上发生临界DC故障电流漏泄到保护接地PE。通过采用按照本发明的具有包括电容反馈耦合器30在内的EMC滤波器28的驱动电路10，从而可以有利地使用一种成本效益更高的A型故障电流断路器。相比较而言，在常规的驱动电路中(其EMC滤波器包含电容反馈耦合器，该电容反馈耦合器在中间DC电压电路的一个电极与保护接地之间只包含具有简单基本绝缘的一个Y电容器)采用例如更昂贵的B型故障电流断路器，其跳闸特性不受DC故障电流的不利影响。
附图标记列表：
10 驱动电路
12 电机
14 中间DC电压电路
16 逆变器
18 电机相端子
20 整流器
22 AC端子
24 供电电网
26 功率因数校正(PFC)滤波器
28 EMC滤波器
30 电容反馈耦合器
32 衰减器
34 故障电流断路器
C1，C2 30的Y电容器
C3-C6 28的电容
C7 14的中间电路电容器
C8-C10 电机相与保护接地之间的杂散电容
D1-D4 20的整流二极管
D7 26的整流二极管
I 电容耦合寄生电流
L 24的相线
L1，L2 28的电感
L7 26的电感
M1-M6 16的电源开关
M7 26的开关
N 24的中性线
PE 保护接地
SP 12的中性点
U，V，W 电机相
U+HV 中间电路电压
UNetz 系统电压

Claims (7)

1.一种用于驱动电子换向电机(12)的驱动电路(10)，包括：
AC端子(22)，供电电网(24)能连接到该AC端子上；
整流器(20)，该整流器在输入侧连接到AC端子(22)上；
逆变器(16)，该逆变器在输入侧直接地或间接地连接到整流器(20)上，并且电机(12)的电机相(U、V、W)能连接到该逆变器上；
在整流器(20)与逆变器(16)之间的中间DC电压电路(14)；和
EMC滤波器(28)，
其特征在于，
所述EMC滤波器(28)包括具有至少一个Y电容器(C1、C2)的电容反馈耦合器(30)，该电容反馈耦合器连接在中间DC电压电路(14)的一个电极与保护接地(PE)之间，并且该电容反馈耦合器总体上具有比基本绝缘更强的绝缘。
2.按照权利要求1所述的驱动电路，其中，所述EMC滤波器(28)的电容反馈耦合器(30)包含2个Y电容器(C1、C2)的串联布置，每个Y电容器至少具备基本绝缘。
3.按照权利要求1所述的驱动电路，其中，所述EMC滤波器(28)的电容反馈耦合器(30)由具有双重绝缘或增强绝缘的Y电容器(C1)构成。
4.按照前述权利要求之一所述的驱动电路，其中，所述EMC滤波器(28)还包含电阻和/或电感衰减器(32)，该电阻和/或电感衰减器与在中间DC电压电路的所述电极和保护接地(PE)之间的电容反馈耦合器(30)串联布置。
5.按照前述权利要求之一所述的驱动电路，其中，所述EMC滤波器(28)连接在AC端子(22)与整流器(20)之间。
6.按照前述权利要求之一所述的驱动电路，其中，所述驱动电路还包括功率因数校正滤波器(26)，该功率因数校正滤波器连接在整流器(20)与中间DC电压电路(14)之间。
7.按照权利要求6所述的驱动电路，其中，所述功率因数校正滤波器(26)是以升压变换器拓扑形式构成的功率因数校正滤波器(26)。
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