CN201282441Y - 开关磁阻电机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种开关磁阻电机驱动装置，属于电机驱动领域。所述装置包括：控制电路、驱动电路以及功率电路。针对于功率电路为双管串联型开关磁阻电机，本实用新型在现有的驱动装置的控制电路部分增加了功率开关的时序控制功能、中点电压偏移处理功能以及短路故障处理功能。本实用新型通过检测滤波电容的电压中点偏移处理功能能够判断出是否电压中点偏移，并对于电压中点偏移进行处理。本实用新型还能够对短路故障进行处理，接收来自驱动电路的短路保护信号，并按照一定的关断顺序关断故障相输出或者全部输出。本实用新型的驱动装置可以保护电机工作在安全状态下，且成本低，易于普及使用。

Description

开关磁阻电机驱动装置
技术领域
本实用新型涉及一种电机驱动装置，特别是涉及一种开关磁阻电机驱动装置。
背景技术
目前，开关磁阻电机驱动系统由于其良好的驱动性能，在中小功率场合得到了广泛的应用。在高压大功率场合，由于功率电路拓扑结构的缺乏，开关磁阻的应用受到了很多限制。在相关技术“受控开关由两只功率开关串联成的开关磁阻电机用功率电路”中介绍了一种用于开关磁阻电机的双管串联型功率电路的拓扑结构，但是相关技术中没有提出针对于功率电路为双管串联型开关磁阻电机驱动的控制部分的具体构成和连接结构。
另外由于引出了直流母线的中点，保持电压中点的平衡对于系统的运行是至关重要的，相关技术中没有提及出现电压中点故障时采取保护措施。相关技术中也没有提及出现短路故障时关断措施。
实用新型内容
为了针对双管串联型功率的控制，增强系统的自我保护功能，本实用新型提供了一种开关磁阻电机驱动装置。所述技术方案如下：
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，包括控制电路、驱动电路以及功率电路；所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连接；所述驱动电路的输出端还与所述功率电路相连接；在所述功率电路的正负母线之间串联有上部滤波电容和下部滤波电容；其特征在于，所述控制电路还包括串联的电压中点偏移判断电路和时序控制及故障处理电路；所述时序控制及故障处理电路的输入端与所述电压中点偏移判断电路相连接，其输出端与所述驱动电路相连接；所述驱动电路的输出端还与所述时序控制及故障处理电路相连接；在所述功率电路与所述控制电路之间还设置有电压检测装置。
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，所述电压检测装置为第一电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述功率电路的上部滤波电容或下部滤波电容两端；所述第一电压传感器的输出端与所述电压中点偏移判断电路相连接。
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述上部滤波电容两端；所述第二电压传感器分别与所述功率电路的正负母线相连接。
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述下部滤波电容两端；所述第二电压传感器分别与所述功率电路的正负母线相连接。
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述上部滤波电容两端；所述第二电压传感器连接在所述下部滤波电容两端。
本实用新型的开关磁阻电机驱动装置，所述时序控制及故障处理电路具体由时序产生及分配电路和驱动逻辑电路连接构成，输出两路驱动信号。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：首先，本实用新型的使用范围广，可以适用于任何相数且每相功率电路独立的开关磁阻电机的驱动。
其次，本实用新型具有电压中点偏移检测和处理功能，发生中点偏移后，可按照一定的逻辑顺序关断故障相输出或全部输出，从而保证电机不会受到损害。而当中点偏移恢复后，还可以自动使系统复位。
此外，本实用新型的驱动装置可以对电机运行中驱动装置的短路故障自动进行处理，并且在短路故障排除后，可以自动使系统复位，继续工作。
另外，本实用新型的驱动装置成本低。本实用新型的驱动装置基本保留了传统开关磁阻电机驱动装置的结构，只需在传统开关磁阻电机驱动装置控制电路的基础上增加部分功能模块即可实现对双管串联型功率电路的驱动。
附图说明
图1是现有的开关磁阻电机功率电路的结构示意图；
图2是传统的开关磁阻电机控制电路的结构示意图；
图3是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例中时序控制及故障处理电路结构示意图；
图4是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例1的结构示意图；
图5是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例2的结构示意图；
图6是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例3的结构示意图；
图7是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例4的结构示意图；
图8是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置实施例5的结构示意图；
图9是本实用新型的开关磁阻电机驱动装置的驱动逻辑图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述。
开关磁阻电机驱动装置的主要组成包括控制电路，驱动电路和功率主电路。
图1是现有的开关磁阻电机功率电路的结构示意图。由图1可见，其功率电路为双管串联型功率电路。
图2是现有的开关磁阻电机控制电路的的结构示意图。该控制电路由速度调节电路、电流调节电路、控制方式实现电路和逻辑电路依次串联。在设定了电机运行速度后，将该速度通过速度调节电路输入电机的控制电路部分；控制电路部分利用电流调节电路、控制方式实现电路以及逻辑电路将控制指令输入驱动电路；最终通过功率电路驱动电机运动。
与现有的开关磁阻电机驱动装置相比，本实用新型的主要的改进在于为确保串联功率器件耐压动态均衡，在控制电路部分增加了时序控制电路及故障处理电路和电压中点偏移判断电路；此外，本实用新型还增加了电压检测装置，其电压检测装置可以是一个或两个电压传感器。
由图3可见时序控制及故障处理电路的具体结构，该电路主要由时序产生及分配电路与驱动逻辑电路相连构成。其工作过程为，首先时序产生及分配电路接收来自逻辑电路的驱动信号n(n＝1，2，...6)，经过时序产生及分配模块处理成两路具有时间顺序的信号210和211；来自驱动电路的短路信号经过或逻辑后形成信号212，111和112通过中点偏移判断电路形成113，210，113，212进行与运算，形成驱动信号S(2n-1)，211，113，212进行与运算形成驱动信号S(2n)；最终将驱动信号输入驱动电路。
为了对电压中点进行保护，本实用新型通过检测滤波电容的上半部分或者下半部分的电压，或者同时检测母线电压和上、下电容电压之一，电压中点偏移处理功能能够判断出是否电压中点偏移，对于任何原因引起的电压中点偏移，按照一定的逻辑顺序关断故障相输出或者全部输出，电压中点偏移恢复后，可以自动使能输出或者通过系统复位使能输出，电压中点偏移恢复到正常后，可以自动使能输出或者通过系统复位使能输出。
图6是本实用新型所述的开关磁阻电机驱动装置实施例1的结构示意图，其电压检测装置的第一电压传感器与第二电压传感器分别检测功率电路中的下部滤波电容C2上的电压和整个母线电压。第一电压传感器采集到的下部滤波电容C2上的电压和第二电压传感器采集到的整个母线电压分别输入电压中点偏移判断电路，并通过电压中点偏移判断电路指示功率电路是否存在电压中点偏移。两个电压传感器输出经电压中点偏移判断电路用于电压中点偏移故障的检测。时序控制及故障处理电路接收来自逻辑电路的驱动信号，同时驱动电路的短路保护信号也进入时序控制及故障处理电路中的逻辑分配电路，用于关断驱动信号，起到保护功率开关的作用。
图7和图8是本实用新型所述的开关磁阻电机驱动装置实施例2和实施例3的结构示意图。其与实施例1的区别在于电压检测装置的连接方式。在实施例2中，电压检测装置中的第一电压传感器连接在上部滤波电容两端；而第二电压检测装置分别与功率电路的正负母线相连接。在实施例3中，电压检测装置中的第一电压传感器连接在上部滤波电容两端；而第二电压检测装置连接在下部滤波电容两端。
本实用新型还可以利用一台电压传感器作为电压检测装置，通过检测滤波电容的上半部分或者下半部分的电压，来判断是否存在电压中点偏移。
如图4所示本使用新型实施例4中，电压检测装置中的第一电压传感器连接在上部滤波电容两端，应以检测上部滤波电容两端的电压；而在图5所示的本使用新型实施例5中，电压检测装置中的第一电压传感器连接在下部滤波电容两端，应以检测下部滤波电容两端的电压，进而判断是否存在电压中点偏移。
本实用新型所述的驱动装置时序控制和中点偏移处理功能可以通过软件编程或者硬件电路来实现。
本实用新型能够对短路故障进行处理，时序控制及故障处理电路接收来自驱动电路的短路保护信号，并按照一定的关断顺序关断故障相输出或者全部输出，短路故障恢复后，可以自动使能输出或者通过系统复位使能输出。对于驱动信号的变换以第一相为例说明。图9为驱动逻辑图，一相的上下管驱动信号为控制电路的输出，此信号进入逻辑分配电路，经过电平变换后进入可编程逻辑中处理，s1—s4为变换后的信号，做为驱动电路的驱动信号，用于分别控制图1功率电路中的S1-S4开关。
对于上管驱动信号的处理过程如下：
1.等待上升沿。
2.上升沿到来。立刻输出S2为高电平，同时启动延时。
3.延时时间δ1到达，S1立刻输出高电平，等待上管驱动信号的下降沿。
4.下降沿到来，立刻S1输出低电平，同时启动延时。
5.延时时间δ2到达，立刻S2输出电平；然后转到1。
对于下管驱动信号的处理过程如下：
1.等待上升沿。
2.上升沿到来。立刻输出S3为高电平，同时启动延时。
3.延时时间δ1到达，S4立刻输出高电平，等待上管驱动信号的下降沿。
4.下降沿到来，立刻S4输出低电平，同时启动延时。
5.延时时间δ2到达，立刻S3输出电平；然后转到1。
系统中每相的上下管驱动信号的处理过程都是并行执行的，没有先后顺序。延时时间δ1、δ2是考虑到功率开关器件的开通时间、关断时间、驱动电路的延时不平衡等因素，综合来确定的。本例开关器件采用IGBT，取延时时间为5微妙。
电压中点偏移判断电路实现原理是：电压传感器检测母线电压Vdc和下部电容C2电压Vcn，两个电压信号进行窗口比较，如果|Vcn-Vdc/2|>设定值，比较电路输出低电平信号，表明电压中点偏移。此信号输入可编程逻辑芯片，然后按照关断顺序关断故障相或者全部输出逻辑。电压中点偏移恢复后，可以自动使能输出或者通过系统复位使能输出。
来自驱动电路的12路短路保护信号输入可编程逻辑芯片中，在可编程逻辑芯片中实现12路短路信号的或运算，或运算的结果用于关断故障相输出或者全部输出
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1、一种开关磁阻电机驱动装置，包括控制电路、驱动电路以及功率电路；所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端相连接；所述驱动电路的输出端还与所述功率电路相连接；在所述功率电路的正负母线之间串联有上部滤波电容和下部滤波电容；其特征在于，所述控制电路还包括串联的电压中点偏移判断电路和时序控制及故障处理电路；所述时序控制及故障处理电路的输入端与所述电压中点偏移判断电路相连接，其输出端与所述驱动电路相连接；所述驱动电路的输出端还与所述时序控制及故障处理电路相连接；在所述功率电路与所述控制电路之间还设置有电压检测装置。
2、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动装置，其特征在于，所述电压检测装置为第一电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述功率电路的上部滤波电容或下部滤波电容两端；所述第一电压传感器的输出端与所述电压中点偏移判断电路相连接。
3、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动装置，其特征在于，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述上部滤波电容两端；所述第二电压传感器分别与所述功率电路的正负母线相连接。
4、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动装置，其特征在于，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述下部滤波电容两端；所述第二电压传感器分别与所述功率电路的正负母线相连接。
5、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动装置，其特征在于，所述电压检测装置为第一电压传感器和第二电压传感器；所述第一电压传感器连接在所述上部滤波电容两端；所述第二电压传感器连接在所述下部滤波电容两端。
6、根据权利要求1所述的开关磁阻电机驱动装置，其特征在于，所述时序控制及故障处理电路具体由时序产生及分配电路和驱动逻辑电路连接构成，输出两路驱动信号。
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