CN1536755A - 开关磁阻电机变极器驱动电路 - Google Patents

Abstract

一种开关磁阻电机变极器驱动电路，包括串联电容、N双电机线圈、2N个线圈二极管、N个PNP型三极管、2N个开关器件、2N个第一单向二极管、N个第二单向二极管和多个电阻。电流经串联电容整流后输给电机，N双的电机线圈二二并联，2N个线圈二极管相互反方向连接；N个PNP型三极管串联在N双的电机线圈的上部；2N个开关器件串联在N双的各个电机线圈的下部；2N个第一单向二极管接在各PNP型三极管的发射极和各开关器件的漏极之间；N个第二单向二极管接在N个PNP型三极管的集电极和2N个开关器件的源极之间。故本发明可减少上部开关的个数，并消除电机线圈之间的干扰，也不需另外设置电源和驱动电路，从而能降低成本。

Description

开关磁阻电机变极器驱动电路

技术领域

本发明涉及开关磁阻电机(SRM)变极器驱动电路。

背景技术

一般来讲变极器电路是一种将直流输入电源转换成交流电源之后供应给负荷的电力转换器，广泛用于空调机、电冰箱、洗衣机、烹调机等家用电器上。

另外，对于使用了上述变极器电路的家电产品，变极器驱动系统通过控制装置输出的驱动信号决定变极器电路内的多个电力功率器件的开关时间，驱动电机等负荷。

变极器电路的电力器件通常分为上部集团和下部集团，施加在电力器件上的驱动信号一般为脉冲宽度调制信号(PWM：Pulse-Width Modulation)。

下面参照后附图纸所示实施例，对现有技术的开关磁阻电机变极器结构的电路进行简单说明。

图1是现有技术的开关磁阻电机变极器结构的电路图。

如图1所示，一般开关磁阻电机的变极器电路大体上包括直流连结电容(C)、N个电机线圈(La，Lb，Lc，Ld)、上部开关器件(Q1a，Q1b，Q1c，Q1d)和下部开关器件(Q2a，Q2b，Q2c，Q2d)、第一单向二极管(free wheel diode)(FRD3，FRD5，FRD7，FRD9)和第二单向二极管(FRD2，FRD4，FRD6，FRD8)。上述直流连结电容(C)将输入的电源平滑整流之后将直流电压供应给电机；上述N个电机线圈(La，Lb，Lc，Ld)按照N相并联；上述上部开关器件(Q1a，Q1b，Q1c，Q1d)和下部开关器件(Q2a，Q2b，Q2c，Q2d)上下串联在电机线圈(La，Lb，Lc，Ld)上；第一单向二极管(FRD3，FRD5，FRD7，FRD9)连接在上述直流端(Vdc)和下部开关器件(Q2a，Q2b，Q2c，Q2d)的集电极(collector)之间；上述第二单向二极管(FRD2，FRD4，FRD6，FRD8)连接在上部开关器件(Q1a，Q1b，Q1c，Q1d)的发射极(emitter)和地线(GND)之间。

下面对具有上述结构的现有技术开关磁阻电机的变极器电路的工作过程进行说明。

首先，上述直流连结电容(C)将输入的电源进行平滑整流，将直流电压供应给开关磁阻电机(SRM)，则上述开关磁阻电机(SRM)开始旋转。由于在电机内部设置了光学遮断器(photo interrupt)与各相相连的带有槽的圆盘(Disk)，通过位置传感器检测出转子的位置并输出检测出的转子的位置信号。

如果用于激发A相的信号分别传给串联在A相电机线圈(La)上的上部开关器件(Q1a)和下部开关器件(Q2a)，于是上述A相的上部开关器件(Q1a)和下部开关器件(Q2a)同时被导通。

随着上述A相的上部开关器件(Q1a)和下部开关器件(Q2a)同时被导通，向电机线圈(La)施加直流端电压(Vdc)，于是激发了A相的电机线圈(La)的电流。

然后，上述A相的上部开关器件(Q1a)和下部开关器件(Q2a)被关闭，用于激发B相的信号分别传给串联在B相电机线圈(La)上的上部开关器件(Q1b)和下部开关器件(Q2b)。

这时，A相的电机线圈(La)上被激发的电流通过第一单向二极管(FRD3)、直流连结电容(C)、第二单向二极管(FRD2)施加逆电压(-Vdc)被消除，随着上述B相的上部开关器件(Q1b)和下部开关器件(Q2b)被导通，向上述电机线圈(Lb)施加直流端电压(Vdc)，于是激发起B相的电机线圈(Lb)的电流，在电机的旋转方向上产生扭矩，使得电机进行顺利的旋转。

然后，上述B相的上部开关器件(Q1b)和下部开关器件(Q2b)被关闭，用于激发C相的信号分别供应给串联在C相电机线圈(Lc)上的上部开关器件(Q1c)和下部开关器件(Q2c)。

这时，B相的电机线圈(Lb)上被激发的电流通过第一单向二极管(FRD5)、直流连结电容(C)、第二单向二极管(FRD4)施加的逆电压(-Vdc)被消除，随着上述C相的上部开关器件(Q1c)和下部开关器件(Q2c)被导通，向电机线圈(Lc)施加直流端电压(Vdc)，于是激发起C相的电机线圈(Lc)的电流，在电机的旋转方向上产生扭矩。通过与上述相同的过程依次产生扭矩，使得电机进行顺利的旋转。

最终，上述现有技术的上部开关器件(Q1a～Q1d)和下部开关器件(Q2a～Q2d)的开启/关闭周期如图2所示。

其中，位置传感器检测出上述转子的位置并将检测出的转子位置信号提供给微型计算机。于是上述微型计算机输出用于控制各相的信号。

但是在上述现有技术的开关磁阻电机(SRM)中，各相(A，B，C，D)的开关器件(Q1a～Q1d，Q2a～Q2d)中A相和C相，B相和D相被导通时间不同，也不采用共用的开关器件，按照相的个数使用上部开关(Q1a～Q1d)和下部开关(Q2a～Q2d)。

为了减少开关个数以变极器制作成本，如图3所示的具有2N个相的一般开关磁阻电机(SRM)变极器。

比如说，如图4的各相开关的开启/关闭周期的图所示，4相开关磁阻电机(SRM)变极器将不同时切换的A相和C相、B相和D相的上部开关合为共用的上部开关器件(Q′ac，Q′bd)使用。

但是，如图3改善后的开关磁阻电机(SRM)变极器也通过上部开关器件(Q′ac，Q′bd)只减少使用了特定个数的开关器件，上部的开关器件依然需要额外的电源和驱动电路，仍不能有效地减少生产成本。

于是，需要提出上部的开关器件无需额外的电源和驱动电路的2N相的开关磁阻电机(SRM)变极器驱动电路，以降低生产成本。

发明内容

为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种2N相的开关磁阻电机变极器驱动电路，以使在下部开关器件被导通的周期内，使得共用的上部开关器件也被导通，通过线圈二极管遮断电机线圈之间产生的相互影响部分，以进行脉冲宽度调制控制，减少上部开关器件的个数，并且去除与上部的开关器件相接的额外的电源和驱动电路，降低生产成本。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种开关磁阻电机变极器驱动电路，包括串联电容、N双电机线圈、2N个线圈二极管、N个PNP型三极管、2N个开关器件、2N个第一单向二极管、N个第二单向二极管和多个电阻。所述串联电容对输入电源进行平滑整流之后，将得到的直流电压供应给电机；所述N双的电机线圈相互并联，每两个成为一双；为了控制所述N双的电机线圈之间的电流流动，所述2N个线圈二极管相互反方向相连接；所述N个PNP型三极管串联在所述N双的电机线圈的上部；所述2N个开关器件串联在所述N双的各个电机线圈的下部；所述2N个第一单向二极管分别连接在所述线圈上部的N个PNP型三极管的发射极(EMITOR)和线圈下部的2N个开关器件的各个漏极(DRAIN)之间；所述N个第二单向二极管连接在所述N个PNP型三极管的集电极(COLLECTOR)和2N个各个开关器件的源极(SOURCE)之间；当下部的开关器件被导通时，所述多个电阻使得上部PNP型三极管基极(BASE)流有驱动电流。

所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被导通的时点被导通；下部的开关器件被关闭的时点被关闭。

所述的开关磁阻电机变极器驱动电路，其特征在于所述开关磁阻电机变极器驱动电路还包括N个电容；所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被导通的时点被导通；所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被关闭的时点，所述N个电容使得所述上部的PNP型三极管仍然维持特定时间的导通时间。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有技术的开关磁阻电机变极器结构的电路图。

图2是图1的开关磁阻电机变极器的开/关周期的时间推移图。

图3是现有技术的具有2N个相的开关磁阻电机变极器结构的电路图。

图4是图3的开关磁阻电机变极器的开/关周期的时间推移图。

图5是本发明的开关磁阻电机变极器驱动电路的结构的电路图。

图6是图5的时间推移图。

图7是没有设置图5的线圈二极管的开关磁阻电机变极器驱动电路的时间推移图。

图中标号说明：

C1：串联电容                C2、C3：电容

Q11a、Q12a：上部开关器件    Q13a～Q16a：下部开关器件

R1～R6：电阻                FRD11～FRD14：第一单向二极管

FRD15～FRD18：线圈二极管    FRD19～FRD20：第二单向二极管

La：A相电机线圈             Lb：B相电机线圈

Lc：C相电机线圈             Ld：D相电机线圈

具体实施方式

本发明主要要说明2N相的开关磁阻电机变极器的驱动电路，为了能够把本发明的宗旨体现出来，仅对2N相中简单形式的4相的开关磁阻电机变极器驱动电路为实施例进行说明。

微型计算机接收到位置传感器所感知的位置信号，并且根据位置信号向各个下部开关器件(Q13a～Q16a)的驱动电路输出脉冲宽度调制信号(PWM)。

首先，在图6的(A)区间内，将A相门信号(a)作为门信号施加给A相的下部开关器件(Q13a)，通过电阻(R1，R2)同时导通上部开关器件(Q11a)，通过串联电容(C1)平滑整流得到的直流电压(Vdc)通过上部开关器件(Q11a)和下部开关器件(Q13a)供应给电机线圈(La)，电容(C2)通过电阻(R1，R2)的分压充电成一定电压。然后即使上述下部开关器件(Q13a)被关闭，通过上述电容(C2)的充电电压可以在一特定时间内使上述上部开关器件(Q12)维持导通状态。在上述过程中，在A相上产生的电机线圈(La)两端的电压如图6(A)区间的A相电机线圈(La)两端电压波形(c)所示反复′Vdc′和′0′；在A相产生的电机线圈(La)上的电流如图6(A)区间的(d)所示，先增加然后到某一瞬间饱和。

然后，上述下部开关器件(Q13a，Q14a)通过图6(B)区间的A相门信号(a)和C相门信号(b)被导通，通过电容(C2)一定时间之后，上述上部开关器件(Q11a)被关闭。这时A相电机线圈(La)的电流流经第二单向二极管(FRD19)、线圈二极管(FRD15)、第一单向二极管(FRD11)；图6(B)区间的A相电机线圈(La)的两端电压(c)成为′-Vdc′；在A相电机线圈(La)上的电流(d)急剧减少。上述电流急剧减少至电机线圈上的电流成为0，则通过二极管电流路径被切断，则A相电机线圈两端电压为′0′。

在上述工作过程中，如果没有线圈二极管(FRD15，FRD16)，A相和C相将共用上部的开关(Q11a)，显示出如图7的(B′)区间所示的由于相互干扰引起的异常动作。

图6的(C)区间是C相门信号(b)作为向C相的下部开关器件(Q14a)施加门信号的区间，通过电阻(R1，R3)同时导通上部开关器件(Q11a)，通过串联电容(C1)平滑整流得到的直流电压(Vdc)通过上部开关器件(Q11a)和下部开关器件(Q14a)供应给C相电机线圈(Lc)，电容(C2)通过电阻(R1，R3)的分压充电成一定电压。然后即使下部开关器件(Q14a)被关闭，通过上述电容(C2)的充电电压上述上部开关器件(Q11a)仍可维持一定时间的导通状态。在上述过程中，在C相产生的电机线圈(Lc)的两端电压反复′Vdc′和′0′。这时A相产生的电机线圈(La)的两端电压由于下部的开关处于关闭状态，所以如图6(C)区间的(c)所示，成为′0′。

然后，上述下部开关器件(Q13a，Q14a)通过图6(D)区间的A相门信号(a)和C相门信号(b)被导通，通过电容(C2)一定时间之后，上述上部开关器件(Q11a)也被关闭。这时，在C相电机线圈(Lc)的电流流经上述第二单向二极管(FRD19)、线圈二极管(FRD16)、第一单向二极管(FRD12)；C相电机线圈(Lc)的两端电压成为′-Vdc′；在C相电机线圈上的电流急剧减少。上述电流急剧减少至在C相电机线圈的电流成为0，则通过二极管电流路径被切断，则C相电机线圈两端电压成为′0′。A相电机线圈(La)两端电压(c)受随着C相电机线圈电流启动的第二单向二极管(FRD19)的影响，与C相电机线圈的两端电压同步，从′-Vdc′变到′0′。

上述工作过程中，如果没有线圈二极管(FRD15，FRD16)，A相和C相将共用上部的开关(Q11a)，显示出如图7的(D′)区间所示的由于相互干扰引起的异常动作。

其中，B相和D相电机线圈(Lb，Ld)的电路结构图与上述A相和C相电机线圈(La，Lc)相同，将得到相同的波形，所以在此省略说明。

在本发明的开关磁阻电机(SRM)的变极器驱动电路实施例中，虽然采用了4相，但是对2N相的开关磁阻电机(SRM)变极器也适用本发明的技术思想。

发明的效果

综上所述，通过本发明2N相的开关磁阻电机(SRM)变极器电路可以带来如下效果：

在下部开关器件被导通的周期内，共用上部开关器件也被导通，2N相的开关磁阻电机(SRM)的变极器使用上述共用上部开关器件时，通过线圈二极管遮断电机线圈之间产生的相互干扰部分，故能够按照所希望的脉冲宽度调制信号进行控制，减少用于2N相的开关磁阻电机(SRM)变极器上的上部开关器件的个数，同时无需额外设置上部开关器件所需的电源和驱动电路，从而降低生产成本。

Claims (3)

1、一种用于2N相的开关磁阻电机的开关磁阻电机变极器驱动电路，包括连结电容、电机线圈、上部开关器件和下部开关器件、单向二极管，其特征在于，它主要包括串联电容、N双的电机线圈、2N个线圈二极管、N个PNP型三极管、2N个开关器件、2N个第一单向二极管、N个第二单向二极管和多个电阻；

所述串联电容把输入电源进行平滑整流之后，将得到的直流电压供应给电机；

所述N双的电机线圈相互并联，每两个成为一双；

为了控制所述N双的电机线圈之间的电流流动，所述2N个线圈二极管相互反方向相接续；

所述N个PNP型三极管串联在所述N双的电机线圈的上部；

所述2N个开关器件串联在所述N双的各个电机线圈的下部；

所述2N个第一单向二极管分别连接在所述线圈上部的N个PNP型三极管的发射极和线圈下部的2N个开关器件的各个漏极之间；

所述N个第二单向二极管连接在所述N个PNP型三极管的集电极和2N个各个开关器件的源极之间；

当下部的开关器件被导通时，所述多个电阻使得上部PNP型三极管基极流有驱动电流。

2、根据权利要求1所述的开关磁阻电机变极器驱动电路，其特征在于所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被导通的时点被导通；下部的开关器件被关闭的时点被关闭。

3、根据权利要求1所述的开关磁阻电机变极器驱动电路，其特征在于所述开关磁阻电机变极器驱动电路还包括N个电容；所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被导通的时点被导通；所述上部的PNP型三极管在下部的开关器件被关闭的时点，所述N个电容使得所述上部的PNP型三极管仍然维持特定时间的导通时间。

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