[發明專利]電機輸入端耦合尖峰吸收電路

無效

• 申請號: 201110362550.4
• 申請日: 2011-11-15
• 公開（公告）號: CN102510206A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 壽少峻;陸培國;趙創社;王紅紅;宋曉明;劉小強;邢軍智;李志宇;柳井莉
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第二0五研究所
• 主分類號: H02M1/14
• 分類號: H02M1/14
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 趙振紅

技術領域

本發明屬于電機控制領域，主要涉及一種電機輸入端耦合尖峰電壓脈沖吸收電路，尤其涉及一種能夠對長距離PWM驅動電機的輸入端耦合尖峰電壓進行抑制的吸收電路。

背景技術

目前電機驅動以PWM驅動方式為主。PWM驅動方式是向電機輸入端傳送一組PWM載波(標準載波波形見圖1)，通過控制載波的占空比驅動電機轉動。PWM載波多以方波形式出現。

在控制系統設計時，驅動控制部件與電機往往難以采用一體化設計方案，大多數情況下通過導線連接。當連接線過長時，在電機輸入端會耦合尖峰脈沖(見圖2，圖中電壓波形幅值高于82V以上和低于0V以下部分，實測值)。也就是說，尖峰電壓脈沖是由電纜分布電容和電機電感作用產生的虛電壓并疊加到PWM基波上；雖然，尖峰電壓的電流量很小，蘊含能量也很小，但它可導致電機轉動時換向火花加大，甚至產生環火燒毀電機線圈；或者擊穿絕緣層；這些都會導致電機徹底損壞。電機端耦合尖峰脈沖的成因和解決方案即電機端子過電壓研究是目前電機驅動領域的熱點研究方向。

傳統的解決方案不外乎兩個途徑，即盡可能減少傳輸線長度和采用吸收電路抑制尖峰電壓。減少傳輸線長度可有效減小尖峰電壓；但是在很多情況下受整機結構布局所限，往往難以實現。

目前可以采用的吸收電路為RC(電阻R、電容C)一階吸波電路(見圖3)和LRC(電感L、電阻R和電容C)二階吸收電路(見圖4)兩種形式。這兩種電路工作原理相同，都是利用低通濾波電路濾除尖峰電壓。這兩種吸收電路存在以下問題：1)系統能耗加大。由于PWM基波的電流較大，其高頻分量蘊含的能量遠大于尖峰電壓的能量，而上述濾波電路是對PWM基波的高頻分量和尖峰電壓脈沖一起吸收的，因而濾波電路會加大基波的高頻能量損耗。此外，濾波電路發熱量較大，濾波電路中電阻R功率值一般需要幾十瓦到上百瓦，對儀器的熱效應設計和能耗設計不利。2)濾波電路參數較難匹配。其原因有兩方面，一是當尖峰電壓脈寬較大時，對應主頻與基波頻率較接近，無法配置參數；二是濾波參數設置與實際傳輸電纜的分布參數有關，儀器調試現場和安裝場所的傳輸環境難以完全一致，調試好的參數在儀器安裝完畢后不一定合適。3)尖峰電壓脈沖難以完全消除。這是由于濾波電路的本質決定的，濾波電路只能壓制干擾的幅值。二階濾波電路濾波品質較好些，但電樞回路中增加了電感L，對電機的動態性能也會產生影響。4)實現成本較高。電感、電阻、電容雖然是常用器件，但電感涉及到大電流；電阻為大功率無感電阻；電容要求高頻率響應和高耐壓；這些器件通常需要單獨定制。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種能耗低、通用性強、成本低廉的耦合尖峰吸波電路，以解決長距離PWM驅動電機端耦合尖峰電壓脈沖對電機可靠性的影響。

為解決上述技術問題，本發明提供的耦合尖峰吸收電路集成在帶有多個接線端子的電路板上，其中，由多個電容并聯構成的穩壓電路并聯在驅動電源正極端子和電源地端子之間且穩壓電路的正極與驅動電源正極端子相接，第一和第三二極管的負極與驅動電源正極端子相連，第二和第四二極管的正極與電源地端子相連，第一二極管的正極、第二二極管的負極以及第一電機驅動端子均與第一驅動輸入端子相連，第四二極管的負極、第三二極管的正極以及第二電機驅動端子均與第二驅動輸入端子相連，第一至第四二極管均為快速恢復二極管；應用時，耦合尖峰吸收電路板安裝在力矩電機附近，所述第一驅動輸入端子、驅動電源正極端子、電源地端子、第二驅動輸入端子分別通過長引線與電機驅動單元的第一PWM驅動輸出端、驅動電源輸出端、驅動電源地端、第二PWM驅動輸出端一一對應相連，所述第一電機驅動端子、第二電機驅動端子與力矩電機的第一輸入端和第二輸入端一一對應相連。

根據本發明，所述穩壓電路含有第一至第五電容，第一電容為鋁電解電容，第二至第五電容為小容量陶瓷電容，第一電容的容值為100μF，第二至第五電容的容值均為1μF；所述第一至第四二極管的型號為MUR460。

本發明的整體技術效果體現在以下幾個方面。

(一)本發明所提供的尖峰吸收電路采用二極管的單向導通特性，僅僅對高于驅動電源電壓和低于電源地電壓的尖峰進行吸收，對PWM基波不起作用，故此能耗很低，經對實測二極管發熱量接近為零。由于本發明吸收電路與傳統的RC/LRC濾波電路相比，其能耗已小到可忽略不計的程度，因此，安裝在儀器內部不會對儀器的熱效應和能耗產生不利影響。