CN206259876U - 一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置 - Google Patents
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Abstract
一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，包括硬件均流模块和软件均流控制模块，所述硬件均流模块包括驱动器和功率器件，所述驱动器的正极与所述功率器件的栅极之间串联电阻Rg，所述功率器件的漏极接入引线电感Ld，所述功率器件的源极接入引线电感Ls，所述功率器件的源极电感Ls与所述驱动器的负极之间串联器件导通电阻RDS(on)，所述功率器件之间并联。所述软件均流控制模块是基于斩波控制提出的优化模块，通过控制调节驱动器，使用轮流斩波的方式。本实用新型软件层面的均流和硬件层面均流相配合，均流效果良好均流效果明显，开关损耗小且成本低，从硬件和软件两个层面保证了并联器件的均流。
Description
技术领域
本实用新型属于电动机功率变换器领域，具体涉及一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置。
背景技术
开关磁阻电机具有结构简单、调速范围宽、无稀土、成本低的优势，在提倡新能源的大趋势下有着广阔的发展前景。目前为止，中大功率的开关磁阻电机功率变换器一般选用IGBT作为主开关器件。然而随着功率级别的提高IGBT的价格也越来越昂贵，这使得开关磁阻电机成本低的优势被减弱。
用功率级别稍小的功率器件并联来取代原有IGBT，既保证了开关速度和耐电压、电流等级同时也降低了成本。但是利用功率器件并联去构造新的功率变换器存在着诸多困难，在以往的文献中，提到了功率器件并联均流的一些解决办法，却没有结合开关磁阻电机的应用实例进行分析。也有提到开关磁阻电机与功率器件构成的功率变换器，却少有使用功率器件并联并做出相应的均流研究，文献分析了引起不均流的主要参数，但是只针对了其中一个或几个参数，并没有结合具体的拓扑来分析不均流引起的不良反应。大多数文献对于并联均流的分析集中于硬件层面，侧重于器件参数的分析和优化，而没有从软件控制层面对不均流现象进行校正。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，该装置用功率级别稍小的功率器件并联来取代原有的IGBT，在保证开关磁阻电机功率变换器性能的基础上进一步降低成本，并且可以有效均衡并联器件的电流，具有开关损耗小的优势。
本实用新型提供如下技术方案：一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，包括硬件均流模块和软件均流控制模块，所述硬件均流模块包括驱动器和功率器件，所述驱动器的正极与所述功率器件的栅极之间串联电阻Rg，所述功率器件的漏极接入引线电感Ld，所述功率器件的源极接入引线电感Ls，所述功率器件的源极电感Ls与所述驱动器的负极之间串联器件导通电阻RDS(on)，所述功率器件之间并联。所述软件均流控制模块是基于斩波控制提出的优化模块，控制调节驱动器，使用轮流斩波的方式，将斩波频率均匀地散布在上下桥臂，使各功率器件负担均衡，同时也降低了开关损耗。
优选的，所述驱动器与所述功率器件栅极串联电阻Rg要选用同样阻值、同一批次的电阻，栅极导线规格一致、长短相同，避免栅极电阻造成的不均流。
优选的，所述导通电阻RDS(on)在功率并联使用时要严格选择同型号、同批次的产品，导通电阻RDS(on)主要影响开关管的稳态电流，毫欧级的差别也会引起明显的不均流现象。
优选的，所述功率器件漏极电感Ld的引线，要严格选择长度、直径保持一致，漏极引线电感Ld主要影响器件开通时电流震荡程度，并联器件的栅极引线电感若出现不一致，则会在导通电流建立初期出现不同步的震荡。
优选的，所述功率器件与源极电感Ls之间的引线，要严格选择源极引线的尺寸及材料并且保持一致，不同的源极引线会在电流建立阶段产生明显的不同步震荡，在关断阶段也会影响器件关断的速度，使关断不同步。
本实验新型的有益效果是：采用基于功率级别较小的功率器件并联取代原有的IGBT作为并联均流装置，在保证开关磁阻电机功率变换器性能的基础上进一步降低成本，并且利用软件控制优化可以有效地均衡并联器件的电流，具有开关损耗小的优势。
附图说明
附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型的仿真电路；
图3是本实用新型的软件控制时序图。
具体实施方式
如图1所示一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置包括硬件均流模块和软件均流控制模块，所述硬件均流模块包括驱动器和功率器件，所述驱动器的正极与所述功率器件的栅极之间串联电阻Rg，栅极串联电阻Rg的整定确保了并联器件在开通和关断阶段不受冲击电流的影响。保持栅极电阻Rg一致保证了在开通阶段功率器件可以同步建立电流。所述功率器件的漏极接入引线电感Ld所述功率器件的源极接入引线电感Ls，所述功率器件的源极电感Ls与所述驱动器的负极之间串联器件导通电阻RDS(on)，所述功率器件之间并联。所述软件均流控制模块是基于斩波控制提出的优化模块，控制调节驱动器，使用轮流斩波的方式，将斩波频率均匀地散布在上下桥臂，使各功率器件负担均衡，同时也降低了开关损耗。
如图2所示是本实用新型的仿真电路，所述功率器件采用功率级别较小的MOSFET，所述驱动器的正极与MOSFET的栅极之间串联电阻Rg，MOSFET的漏极接入引线电感Ld，MOSFET的源极接入引线电感Ls，MOSFET的源极电感Ls与所述驱动器的负极之间串联器件导通电阻RDS(on)，MOSFET之间并联。通过如图2所示仿真电路对本实用新型进行仿真实验，发现如下结果：1、栅极电阻Rg关系到功率器件的开通关断速度，若是栅极电阻出现差异，则会使并联功率器件导通不一致，产生不均流。所以如果不能精确地对栅极串联Rg阻抗的测量，在实际应用中应保证栅极导线规格一致、长短相同，并且要选用同样阻值、同一批次的电阻。2、漏极引线电感Ld产生影响的区间在电流建立初期，略大的漏极引线电感Ld会使电流波动趋于平缓，但是漏极引线电感Ld及其周围的寄生效应是不可控因素，所以应在硬件电路中加以矫正。粗略的电感值可以通过经验公式来计算，实际应用中若是不可精确测量，则需严格保证各并联器件的漏极引线长度、直径、材料相一致。3、源极引线电感Ls不仅在电流建立阶段产生影响，在器件关断阶段不同源极引线电感的电流下降趋势也有所不同。所以应人为进行控制，使其均一平衡。与漏极引线电感Ls相同，粗略的电感值可以通过经验公式来计算，实际应用中若是不可精确测量，则需严格保证各并联器件的漏极引线长度、直径、材料相一致。4、器件导通电阻RDS(on)是由功率器件内部所决定的参数，无法从外部进行人为的校正。通过仿真及实验可知，这一参数是引起并联器件电流不均衡的主要原因。不同的导通电阻，在电路开通初期就显现出明显的电流差别，而且差别会随着工作电压的升高而增大，进而危及整个电路系统。所以在实际应用中要严格使用同品牌、同型号、同批次的器件。
在传统的开关磁阻电机控制方式中，或者通过开关上、下桥臂中的某一个来实现斩波，或者同时关断上下桥臂的开关器件实现斩波。
表1
经实验验证，这两种控制方式在电流均衡方面的效果都不是很理想，效果如表1。
本实用新型使用轮流斩波的方式，将斩波频率均匀地散布在上下桥臂，使各功率器件负担均衡，同时也降低了开关损耗。如图3所示本实用新型的软件控制时序图,轮流斩波的方式即在第一个开关周期关断上桥臂开关器件，在第二个开关周期关断下桥臂开关器件。这样的控制方式是考虑到将开关频率进行均匀分布，使每一相的每一个桥臂都工作在相近的状态。软件层面的均流和硬件层面均流相配合均流效果良好。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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)
1.一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，包括硬件均流模块和软件均流控制模块，其特征在于，所述硬件均流模块包括驱动器和功率器件，所述驱动器的正极与所述功率器件的栅极之间串联电阻Rg，所述功率器件的漏极接入引线电感Ld，所述功率器件的源极接入引线电感Ls，所述功率器件的源极电感Ls与所述驱动器的负极之间串联器件导通电阻RDS(on)，所述功率器件之间并联；所述软件均流控制模块通过调节驱动器控制。
2.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，其特征在于，所述驱动器与所述功率器件栅极串联电阻Rg要选用同样阻值、同一批次的电阻，所述功率器件的栅极导线规格一致、长短相同。
3.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，其特征在于，所述功率器件的漏极与所述引线电感Ld之间的引线长度、直径一致。
4.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，其特征在于，所述功率器件的源极与所述引线电感Ls之间的引线尺寸及材料一致。
5.根据权利要求1所述的一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，其特征在于，所述器件导通电阻RDS(on)在所述功率器件并联使用时要选用同样阻值、同一批次的电阻。
6.根据权利要求1到权利要求5中任一项所述的一种开关磁阻电动机功率变换器功率器件并联均流装置，其特征在于，所述软件均流控制模块采用上下桥臂轮流斩波的控制器。
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