CN205596046U - 一种变频电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种变频电机驱动器，与转子位置传感器信号连接，并根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机的运转，包括电源、电机控制信号处理器、驱动电路、逻辑保护电路和电流检测电路。设θ为某一时刻相应开通的一组开关MOS管的滞后关断角，当θ＝0时，为双相导通六状态模式；当θ＝60°时，则在60°电角度内为三相导通六状态模式。在导通模式下每周期共有12个状态，通过采用一致性好的驱动开关MOS管，可使变频电机驱动的理想波形与实际波形基本吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失真，可提高变频电机的驱动效率。

Description

一种变频电机驱动器

技术领域

本实用新型涉及变频电机领域，尤其涉及一种变频电机驱动器。

背景技术

变频永磁电机是一种应用非常广泛的变频用的电机，其结构简单，性能优越，发展前景广阔。变频永磁电机是在有刷直流电动机基础上发展起来的一种新型机电一体化的电动机，它利用电子换向器取代机械电刷和机械换向器，使这种电机不仅保留了直流电机的原有的优良性能，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。变频永磁电机主要由电机本体、转子位置传感器和驱动电路三部分组直流电源通过电子开关电路向电动机定子绕组供电，位置传感器随时检测到转子所处的位置，并根据转子的位置信号来控制开关MOS管的导通和截止，从而控制电机的运转。可见，除电机主体外，驱动电路是永磁电动机整体性能得以提高的关键，而驱动电路不同的控制方式则会使电机产生不同的性能。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供一种变频电机驱动器，通过对变频电机驱动器进行设计，使得导通模式下每周期共同12个状态，可使变频电机驱动的理想波形与实际波形基本吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失真，可提高变频电机的驱动效率。

为此，本实用新型提供一种变频电机驱动器，与转子位置传感器信号连接，并根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机的运转，包括电源、电机控制信号处理器、驱动电路、逻辑保护电路和电流检测电路。

所述驱动电路的输出端连接于所述变频电机的控制端。

所述电机控制信号处理器设于位置传感器与驱动电路之间，用于获取位置传感器检测到的转子位置并根据该转子位置转换成控制指令控制驱动电路中开关MOS管的导通和截止，从而控制变频电机的运转。

所述逻辑保护电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，用于检测变频电机驱动器的过压状态。

所述电流检测电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，采用霍尔传感器检测电机工作时的电流。

进一步地，还包括升压电路，所述升压电路设于电源与所述驱动电路之间，用于提高电机驱动的直流母线电压以提高电机的最高转速。

进一步地，所述驱动电路包括VT1～VT6六个开关MOS管，其中VT1、VT3、VT5为上桥臂开关MOS管，VT4、VT6、VT2为下桥臂开关MOS管，所述VT1和VT4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；VT3和VT6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关；VT5和VT2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关；在电机控制信号处理器的控制下，处于上下一组对应的桥臂的二开关MOS管不能同时导通。

进一步地，所述驱动电路还包括并联于直流母线上的耐高压电容，用于当意外停机时，母线上产生的瞬间高压由于所述电容两端的电压不能突变而得到抑制。

进一步地，所述驱动电路还包括多个齐纳二极管，每一所述齐纳二极管并联于一开关MOS管上，用于切换过程的续流。

基于角度变化的融合脉宽调制方法，包括：先设θ为某一时刻相应开通的一组开关MOS管的滞后关断角，当θ＝0时，为双相导通六状态模式；当θ＝60°时，则在60°电角度内为三相导通六状态模式；其中：

双相导通六状态模式下：

当位置传感器检测转子处于θ～60°+θ电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱动电路中相应的开关MOS管导通；具体如下：从电角度θ度开始，开关MOS管的导通顺序依次是：VT1、VT4一组，VT1、VT6一组，VT3、VT6一组，VT3、VT2一组，VT5、VT2一组，VT5、VT4一组；在这种通电方式下，电机转子的转动转矩是通电的两相电枢绕组所受到的转动转矩的矢量和，是单相绕组转矩倍，即

三相导通六状态模式下：

当位置传感器检测转子处于0～θ电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱动电路中相应的开关MOS管导通；具体如下：从电角度0度开始，开关MOS管的导通顺序依次为：VT4、VT1、VT6一组，VT1、VT6、VT3一组，VT6、VT3、VT2一组，VT3、VT2、VT5一组，VT2、VT5、VT4一组，VT5、VT4、VT1一组，以这种方式运转一周期，转子合成驱动转矩与双相方式下是一致的效果，均为六状态，不过此时由于三相电流同时作用，其合成转矩的幅值为单相绕组转矩的1.5倍；虽然每改变一次状态也只是更换一个开关MOS管，但是每个开关MOS管的导通时间增加了。

在双相导通六状态模式下，每一瞬间状态有两个开关MOS管导通，即每隔1/6周期换相一次，并且每次只换相一个开关MOS管，不同桥臂之间左右换相，每个开关MOS管导通120°电角度。

在三相导通六状态模式下，是每一瞬间状态有三个开关MOS管导通，即每隔1/6周期换相一次，每次换相时是同一桥臂的上下管之间换相，每个开关MOS管导通180°电角度。

本实用新型提供的所述变频电机驱动器，在导通模式下每周期共有12个状态，通过采用一致性好的驱动开关MOS管，可使变频电机驱动的理想波形与实际波形基本吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失真，可提高变频电机的驱动效率。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种变频电机驱动器的结构框图；

图2为图1中驱动电路的结构示意图；

图3为双相导通六状态模式下的两相转矩合成图；

图4为三相导通六状态模式下的三相转矩合成图；

图5为θ～60°+θ导通模式下的波形图；

图6为0～θ导通模式下的波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例进行详述。

请参阅图1，本实用新型提供一种变频电机驱动器，与转子位置传感器20信号连接，并根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机30的运转，包括电源11、电机控制信号处理器12、驱动电路13、逻辑保护电路14、电流检测电路15和升压电路16。

所述驱动电路13的输出端连接于所述变频电机30的控制端。

所述电机控制信号处理器12设于位置传感器20与驱动电路13之间，用于获取位置传感器20检测到的转子位置并根据该转子位置转换成控制指令控制驱动电路中开关MOS管的导通和截止，从而控制变频电机30的运转。

所述逻辑保护电路14设于所述电机控制信号处理器12与所述驱动电路13之间，用于检测变频电机驱动器的过压状态，其采用电阻分压法，分压后的电压信号经过电容滤波处理后由双路单电压运算放大器进行运放处理后输入到电机控制信号处理器的ADC模块，实现判断是否过压。

所述电流检测电路15设于所述电机控制信号处理器12与所述驱动电路13之间，采用霍尔传感器检测电机工作时的电流。经过霍尔传感器检测的电流信号通过电压信号输出,再经过两级运放滤波、处理使电压控制在0～3V之间,最后输入到电机控制信号处理器的ADC模块，实现判断电机工作时的相电流。

所述升压电路16设于电源11与所述驱动电路13之间，用于提高电机驱动的直流母线电压以提高电机的最高转速。

请参阅图2，所述驱动电路包括VT1～VT6六个N沟道的开关MOS管，其中VT1、VT3、VT5为上桥臂开关MOS管，VT4、VT6、VT2为下桥臂开关MOS管，所述VT1和VT4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；VT3和VT6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关；VT5和VT2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关；在电机控制信号处理器的控制下，处于上下一组对应的桥臂的二开关MOS管不能同时导通。

每一开关MOS管被驱动饱和导通，即在它的两极之间压降最低时，其栅极驱动要求如下:

1、栅极电压一定要比漏极电压高10～15V，用作高压侧开关时其栅极电压必定高于干线电压，常常可能是系统中的最高电压；

2、栅极电压从逻辑上看必须是可控的，它通常以地为参考点；

3、栅极驱动电路吸收的功率不会显著地影响总效率。

当电机的某一相上桥臂驱动电路有效时，开关MOS管VT1(或VT3、VT5)的栅极电压不低于46V，才能开关MOS管的充分导通，导通后的工作电压与电池电压相同。由于开关MOS管的栅极绝缘栅易被击穿破坏，因此栅源间电压不得超过正负20V。每一开关MOS管的栅源间并联一齐纳二极管，即齐纳二极管VD1并联于开关MOS管VT1，VD2并联于VT2，以此类推；所述齐纳二极管可用于切换过程的续流以防止栅源间电压过大。

漏源间亦需加保护电路以防止开关过程中因电压的突变而产生漏极尖峰电压损坏管子，可实施例中采用齐纳二极管籍位。当电机意外突然停转时，电机绕组产生瞬间的反向高压可能会损坏开关MOS管，所以在直流母线上并联一只耐高压电容，当意外停机时，母线上产生的瞬间高压会由于所述电容两端电压不能突变而得到抑制。

同时，利用产生的PWM信号调制下桥臂驱动信号，调制后的信号通过电阻藕合至下桥臂驱动开关MOS管的栅极，以控制导通状态。

设θ为某一时刻相应开通的一组开关MOS管的滞后关断角，当θ＝0时，为双相导通六状态模式；当θ＝60°时，则在60°电角度内为三相导通六状态模式。

请参阅图3，双相导通六状态模式下：

当位置传感器检测转子处于θ～60°+θ电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱动电路中相应的开关MOS管导通；具体如下：从电角度θ度开始，开关MOS管的导通顺序依次是：VT1、VT4一组，VT1、VT6一组，VT3、VT6一组，VT3、VT2一组，VT5、VT2一组，VT5、VT4一组。在这种通电方式下，电机转子的转动转矩是通电的两相电枢绕组所受到的转动转矩的矢量和，是单相绕组转矩倍，以Ta、Tb和分别表示任二开关MOS管导通时所对应的单相绕组转矩，则

三相导通六状态模式下：

当位置传感器检测转子处于0～θ电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱动电路中相应的开关MOS管导通；具体如下：从电角度0度开始，开关MOS管的导通顺序依次为：VT4、VT1、VT6一组，VT1、VT6、VT3一组，VT6、VT3、VT2一组，VT3、VT2、VT5一组，VT2、VT5、VT4一组，VT5、VT4、VT1一组，以这种方式运转一周期，转子合成驱动转矩与双相方式下是一致的效果，均为六状态，不过此时由于三相电流同时作用，其合成转矩的幅值为单相绕组转矩的1.5倍；虽然每改变一次状态也只是更换一个开关MOS管，但是每个开关MOS管的导通时间增加了。以Ta、Tb和Tc分别表示任三开关MOS管导通时所对应的单相绕组转矩，则Tabc＝1.5Ta。

在双相导通六状态模式下，每一瞬间状态有两个开关MOS管导通，即每隔1/6周期(即60°电角度)换相一次，并且每次只换相一个开关MOS管，不同桥臂之间左右换相，每个开关MOS管导通120°电角度；其波形图请参阅图5，其中V1、V3、V5分别表示上桥臂驱动信号，V4、V6、V2分别表示下桥臂驱动信号,A、B、C分别表示电机绕组三相上体现出来的电压波形，V6是表示开关MOS管。

在三相导通六状态模式下，是每一瞬间状态有三个开关MOS管导通，即每隔1/6周期(即60°电角度)换相一次，每次换相时是同一桥臂的上下管之间换相，每个开关MOS管导通180°电角度；其波形图请参阅图6。

综上，本实用新型提供的所述变频电机驱动器，在导通模式下每周期共有12个状态，通过采用一致性好的驱动开关MOS管，可使变频电机驱动的理想波形与实际波形吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失真，可提高变频电机的驱动效率。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变频电机驱动器，与转子位置传感器信号连接，并根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机的运转，其特征在于，包括电源、电机控制信号处理器、驱动电路、逻辑保护电路和电流检测电路，其中：

所述驱动电路的输出端连接于所述变频电机的控制端；

所述电机控制信号处理器设于位置传感器与驱动电路之间，用于获取位置传感器检测到的转子位置并根据该转子位置转换成控制指令控制驱动电路中开关MOS管的导通和截止，从而控制变频电机的运转；

所述逻辑保护电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，用于检测变频电机驱动器的过压状态；

所述电流检测电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，采用霍尔传感器检测电机工作时的电流。

2.根据权利要求1所述的一种变频电机驱动器，其特征在于，还包括升压电路，所述升压电路设于电源与所述驱动电路之间，用于提高电机驱动的直流母线电压以提高电机的最高转速。

3.根据权利要求1所述的一种变频电机驱动器，其特征在于，所述驱动电路包括VT1～VT6六个开关MOS管，其中VT1、VT3、VT5为上桥臂开关MOS管，VT4、VT6、VT2为下桥臂开关MOS管，所述VT1和VT4为上下一组对应的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关；VT3和VT6为上下一组对应的桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关；VT5和VT2为上下一组对应的桥臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关；在电机控制信号处理器的控制下，处于上下一组对应的桥臂的二开关MOS管不能同时导通。

4.根据权利要求3所述的一种变频电机驱动器，其特征在于，所述驱动电路还包括并联于直流母线上的耐高压电容，用于当意外停机时，母线上产生的瞬间高压由于所述电容两端的电压不能突变而得到抑制。

5.根据权利要求3所述的一种变频电机驱动器，其特征在于，所述驱动电路还包括多个齐纳二极管，每一所述齐纳二极管并联于一开关MOS管上，用于切换过程的续流。