[發明專利]開關磁阻電機電容自舉式驅動電路和驅動方法

無效

• 申請號: 201010607059.9
• 申請日: 2010-12-27
• 公開（公告）號: CN102130643A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 鐘銳;徐宇柘;項國富;孫偉鋒;陸生禮;時龍興
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H02P6/14
• 分類號: H02P6/14;H02P25/08;H02M3/07
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

技術領域

本發明涉及一種開關磁阻電機，尤其是開關磁阻電機的驅動電路和驅動方法。

背景技術

開關磁阻電機具有一些獨特的優點，如電機結構簡單、堅固、免維護，啟動及低速時轉矩大、電流小；高速恒功率區范圍寬、性能好，在寬廣轉速和功率范圍內都具有高輸出和高效率；可缺相運行，容錯能力強；控制靈活，可方便實現四象限運行；具有較強的再生制動能力等。這使得開關磁阻電動機系統在家用電器、通用工業、伺服與調速系統、牽引電動機、高轉速電動機、航空航天等領域得到廣泛應用。開關磁阻電動機是一種機電能量轉換裝置。根據可逆原理，開關磁阻電動機和傳統電動機一樣，它既可將電能轉換為機械能-電動運行，也可將機械能轉換為電能-發電運行。

開關磁阻電機控制系統可大致分為處理部分和開關主電路部分兩個部分，處理部分包括采樣電路及處理電路，分別負責信號采樣、分析處理及控制信號輸出；開關主電路部分則包括驅動電路及功率變換器，分別負責弱電信號增強驅動及功率信號開關控制。

傳統的驅動方法主要為多電源驅動方法，也有專利報道采用自舉二極管的單電源驅動方法。

在多電源驅動方法中，上、下功率開關管使用相互獨立的電源，避免了因電機工作中線圈電壓的升高從而使上開關管電壓無法達到所需的開通電壓。上、下開關管上驅動電壓均由各自的電源提供。這種電路的缺陷在于，多電源電路結構復雜，電路成本高。而采用自舉二極管形成的單電源驅動電路，其原理是設計了自舉二極管和上、下管相對延時電路，利用二極管反向截止的原理，結合延時信號實現了先打開下開關管，然后打開上開關管的控制時序，以避免上、下開關管同時打開時電機線圈中將產生高電壓，導致上開關管的基準電壓比控制電源電壓大，從而無法正常驅動上開關管的問題。這種電路的關鍵點在于利用了二極管的反向截止原理，但是問題是只能實現一次上開關管的打開動作，如果電機工作在脈寬調制(PWM)模式下，需要在一個換相周期內多次頻繁打開上開關管時，由于二極管不是儲能元件，因此無法提供后續的上開關管打開的電荷，從而不能正常連續工作。

發明內容

發明目的：針對上述現有存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種開關磁阻電機電容自舉式驅動電路和驅動方法，能夠使電機上開關管在只有單電源工作方式下也能正常工作，且在PWM模式下短時間頻繁打開上開關管時能夠利用電容儲能原理持續提供多次開通電荷。

技術方案：為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案為一種開關磁阻電機電容自舉式驅動電路，包括上開關管驅動電路、下開關管驅動電路和自舉電容電路；所述上開關管驅動電路連接第一開關管M1，下開關管電路連接第二開關管M2，第一開關管M1和第二開關管M2的漏極間連接相繞組L；所述上開關管驅動電路包括用于使上開關管柵極電壓達到驅動電壓的要求，從而導通上開關管的第一充電電路和用于使上開關管柵極電壓下降到零，從而關閉上開關管的第一放電電路；所述下開關管驅動電路包括用于使下開關管柵極電壓達到驅動電源電壓值，從而導通下開關管的第二充電電路和用于使下開關管柵極電壓下降到零，從而關閉下開關管的第二放電電路；所述自舉電容電路用來使自舉電容在下開關管導通，上開關管尚未導通時向上開關管的柵極充電到驅動電源電壓，驅動上開關管導通。

所述第一充電電路可由第一三極管Q1、第二二極管D2和第三電阻R3構成，其中第一三極管Q1的集電極依次串聯第二二極管D2和第三電阻R3。

所述第一放電電路可由第二三極管Q2和第四電阻R4構成，其中第四電阻R4兩端分別連接第二三極管Q2的基極和集電極。第一電阻R1和第三開關管M3用于使能充電電路或者放電電路。

所述第二充電電路可由第三三極管Q3和第八電阻R8構成，其中第八電阻R8的一端連接第三三極管Q3的集電極。

所述第二放電電路可由第五三極管Q5構成。第四三極管Q4用于使能充電電路或者放電電路。

上述電路使得上、下開關管均能實時的跟隨驅動信號實現開關動作，使電機能夠正常工作。

本發明還公開了一種開關磁阻電機電容自舉式驅動方法，包括如下步驟：

(1)先使下開關管驅動信號為低電平，下開關管打開一定時間，電源通過電機相繞組和下開關管對自舉電容充電，使其達到驅動電源電壓值；

(2)當上開關管驅動信號為高電平時，第一充電電路工作，自舉電容上的電壓加到上開關管柵極上使其導通；

(3)當上開關管驅動信號為低電平時，第一放電電路工作，對應上開關管的柵極電荷放電，上開關管關閉；