CN1223075C

CN1223075C - 开关磁阻电机驱动电路

Info

Publication number: CN1223075C
Application number: CNB011363339A
Authority: CN
Inventors: 吴在胤
Original assignee: LG Electronics Tianjin Appliances Co Ltd
Current assignee: LG Electronics Tianjin Appliances Co Ltd
Priority date: 2001-10-10
Filing date: 2001-10-10
Publication date: 2005-10-12
Anticipated expiration: 2021-10-10
Also published as: CN1412930A

Abstract

开关磁阻电机驱动电路主要包括：将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容器C；按N相互相并联的N个电机线圈La、Lb、Lc；串联于电机线圈上、下的上、下位开关；绕制于电机定子上并与电机线圈相匹配的辅助线圈L；串接于辅助线圈L上、下的二极管D1、D2；接于辅助线圈L与下侧二极管D2之间的电容器C1；与电容器C1和下侧二极管D2并联的开关元件S；根据电容器C1充电电压的高低控制开关元件S接通或断开的控制电路。本发明可利用辅助线圈L中的续流电流作为上、下开关的控制电源并可省去另外的续流二极管，因而可实现开关磁阻电机驱动电路的小型化。

Description

开关磁阻电机驱动电路

一、技术领域：

本发明涉及一种开关磁阻电机的驱动电路，特别是涉及一种在电机定子上绕制有辅助线圈而可利用其续流电流作为控制电源的开关磁阻电机驱动电路。

二、背景技术：

图2是一种6/4结构的开关磁阻电机的驱动电路图，其组成部分有：将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容器C；分别并联N相数的N个电机绕组La、Lb、Lc；串联于电机绕组La、Lb、Lc上下的上位开关Q1a、Q1b、Q1c和下位开关Q2a、Q2b、Q2c；连接于上述上位开关发射极与下位开关发射极之间的续流二极管FRD3、FRD5、FRD7；连接于上述上位开关集电极与下位开关集电极之间的续流二极管FRD2、FR24、FRD6。

图1所示的6/4结构的开关磁阻电机是利用转子的凸极性而产生转矩，其上位电源和下位电源同时接通或断开，电流方向是固定不变的。直流电容C将输入的电源滤波，所得到的直流电压提供给开关磁阻电机。此时，通过与电机定子线圈La串联的上、下位开关Q1a、Q2a的门分别提供高电位的A相门信号，以使A相的上、下位开关Q1a、Q2a同时接通，电流则流经定子线圈La并产生磁通，然后经过上、下位开关Q1a、Q2a输出低电位门信号。上、下位开关Q1a、Q2a同时断开，定子线圈La上感应的磁通过续流二极管FRD3、直流电容C、续流二极管FRD2和定子线圈La而消失，电机顺畅地转动。然后，B相和C相也相继重复同样的过程，开关磁阻电机即可持续转动。由此可见，如果同时接通上位和下位开关Q1、Q2，则电流将如图3(a)所示，电流将由Q1→L1→Q2流动；而同时断开上位和下位开关时，则定子线圈L1中的电流将按D1→L1→D2续流。

但是，在现有技术中，为了驱动上、下位开关，需要有电源，一般采用比下位开关发射极高15V左右的脉冲电源。由于开关磁阻电机的电路元件布局比较特殊，因而使用像智能型电源模块那样的集成化电源模块；特别是由于采用续流二极管，使电路设计的小型化相当困难。

三、发明内容：

本发明的目的即在于提供一种开关磁阻电机驱动电路，以减少电路中续流二极管的数量，从而实现电路设计的小型化。

本发明提供一种开关磁阻电机驱动电路，包括：将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容器C；多相互相并联的多个电机线圈La、Lb、Lc；串联于电机线圈上下的上、下位开关；其特征在于：电机定子上绕制有与电机线圈互相匹配的辅助线圈L，辅助线圈L的上下端与电机定子之间分别串接有第一二极管D1、第二二极管D2，辅助线圈L与第二二极管D2之间接有充电电容器C1，充电电容器C1和第二二极管D2串联后再并联开关元件S，并设有根据充电电容器C1充电电压的高低控制开关元件S通断的控制电路。

前述的开关磁阻电机驱动电路，其中控制电路由比较器和第一电阻R1、齐纳二极管ZD以及第二电阻R2、第三电阻R3组成，充电电容器C1输入端与接地端G之间的电压由第一电阻R1、齐纳二极管ZD分压后接入比较器的负端，由第二电阻R2、第三电阻R3分压后接入比较器的正端，比较器的输出为开关元件S的控制信号。

本发明中绕制在电机定子上的辅助线圈，可在上、下开关断开时提供续流电流作为控制电源，因而不再需要另外的矩形脉冲控制电源，且可去掉另外的续流二极管。因此，可使开关磁阻电机驱动电路的设计实现小型化。

以下结合具体实施例对本发明开关磁阻电机驱动电路的技术特征作进一步的详细说明。

四、附图说明：

图1是6/4结构的三相开关磁阻电机的结构示意图。

图2是6/4结构的三相开关磁阻电机的驱动电路图。

图3a、3b分别是上位开关和下位开关同时接通或断开时的动作原理图。

图4是本发明中绕制辅助线圈的示意图。

图5是本发明开关磁阻电机驱动电路图。

图6是图5中的控制电路图。

图7a、7b分别是图5中的开关元件断开和接通时的电路图。

图8是图5中的电容器充电电路图。

五、具体实施方式：

参考图5所示，本发明开关磁阻电机驱动电路主要由以下各部分组成；将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容C；按N相并联的N个电机线圈La、Lb、Lc；串接于电机线圈La、Lb、Lc上下的上位开关Q1a、Q1b、Q1c和下位开关Q2a、Q2b、Q2c；绕制在电机定子上并与电机线圈互相匹配的辅助线圈L；串接在辅助线圈L上下端与电机定子之间的第一二极管D1、第二二极管D2；连接于辅助线圈L与下侧二极管D2之间的电容C1；与电容C1和下侧二极管D2并联的开头开关元件S；控制开关元件S接通和断开的控制电路10。如图6所示，控制电路10分别由电阻R1、齐纳二极管ZD和电阻R2、R3分压电容C1输入端与接地端G之间的电压后，分别输入比较器COMP的负端和正端，其输出为开关元件S的控制信号。

如图4所示，本发明在电机定子上绕制了辅助线圈L，其中凸极部A、B、C的电机线圈与上位开关相接，凸极部A’、B’、C’的电机线圈与下位开关相接。由于电流方向是固定不变的，所以A、B、C为N极，A’、B’、C’为S极，磁通是由N极到S极。如果在图4所示的位置绕制辅助线圈L，则所有相位的磁通都将通过辅助线圈L。这就是说，如果绕制辅助线圈，则电机线圈La、Lb、Lc将通过电机定子而与辅助线圈L相互匹配连接，而不再需要续流二极管，辅助线圈L的输出加上了二极管D1、D2，如图5所示。如果从上、下位开关Q1a、Q2a的门分别提供A相高通信号，A相的上、下位开关Q1a、Q2a同时接通，电流将流过电机线圈La并产生磁通；经过一定的时间后，向上、下位开关Q1a、Q2a输入低通信号，使上、下位开关Q1a、Q2a同时断开，由于没有续流二极管，因此经过辅助线圈L产生感应电流。此时，如果开关元件S处于接通状态，则通过开关元件S→辅助线圈L→二极管D1→电容C(通路2)续流；如果开关元件S处于断开状态，则通过二极管D2向电容C1充电(通路3)。

为了将电容C充电后的电压作为控制电源，需要保持恒定不变的电压，在控制电路10内对开关元件S进行控制。也就是说，如果电容C1的电压要保持15V，那就要向控制电路10提供比较器来控制开关元件S。

参考图6所示，比较器COMP的负端电压是由第一电阻R1和齐纳二极管ZD分压后的电容C1输入端P1的输入电压，而正端电压则是由第二电阻R2、第三电阻R3分压后的输入电压。比较结果，如果电容C1输入端P1电压超过某个值，则由R2、R3分压后的电压就高，比较器COMP输出高电位；反之，如果电容C1输入端P1电压低于某值，则比较器COMP输出低电位。比较器COMP输出低电位时，开关元件S断开；比较器COMP输出高电位时，开半元件S即接通。如果电容C1与辅助线圈L不联通，则电容C1上将产生很高的电压；如果电容C1与辅助线圈L联通，则大部电压加在辅助线圈L上，充电期间，电容C1上另加有低电位。这样，电容C1输入端P1电压比较出端P2电压要高出Vc。如果开关元件S被接通，P2的电位与接地G相同并与下位开关发射极电位相同，因此，P1的电位要比下位开关发射极电位高Vc，因之就可以作为控制电源来使用。而且，由于P1电位比接地G高，因此D2为断开状态。相反，当开关元件S被断开时，电流沿通路3流动，电容C1上形成与Vc相同的极性并被充电。此时，Vc靠控制电路10使控制电源控制在15V以下，所以，开关元件S就可以使用低电压元件。

B相和C相的动作原理与上述相同。而且，开关磁阻电机的特性决定了其续流电流相当大，因此有足够的电流对电容C1充电。

如图7(a)所示，电容C1充电期间P2与接地G成断开状态，所以Vc的基准电位与开关发射极电位不同，此时，电容C1充电后的Vc不能直接作为控制电源。利用图8所示的简单的模拟电路驱动开关元件S时，需要其它的电容C2充电。当开关元件S断开时，P1的电位很低，二极管D3被断开，电容C2便作为独立的电源使用。而且，如图7(b)所示，开关元件S接通时，电容C1充电电压由电容C2获得并可作为控制电源使用。

总而言之，在电机定子上绕制辅助线圈时，可利用续流电流作为控制电源来使用，而不再需要另外的矩形脉冲电源；同时去掉了另外的续流二极管，可实现设计的小型化。

Claims

1、一种开关磁阻电机驱动电路，包括：将输入电源滤波并向电机提供直流电压的直流电容器(C)；多相互相并联的多个电机线圈(La、Lb、Lc)；串联于电机线圈上下的上、下位开关；其特征在于：电机定子上绕制有与电机线圈互相匹配的辅助线圈(L)，辅助线圈(L)的上下端与电机定子之间分别串接有第一二极管(D1)、第二二极管(D2)，辅助线圈(L)与第二二极管(D2)之间接有充电电容器(C1)，充电电容器(C1)和第二二极管(D2)串联后再并联开关元件(S)，并设有根据充电电容器(C1)充电电压的高低控制开关元件(S)通断的控制电路。

2、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动电路，其特征在于所述控制电路由比较器和第一电阻(R1)、齐纳二极管(ZD)以及第二电阻(R2)、第三电阻(R3)组成，充电电容器(C1)输入端与接地端(G)之间的电压由第一电阻(R1)、齐纳二极管(ZD)分压后接入比较器的负端，由第二电阻(R2)、第三电阻(R3)分压后接入比较器的正端，比较器的输出为开关元件(S)的控制信号。