[發明專利]低成本、高隔離特性的開關磁阻電機自舉式驅動電路

無效

• 申請號: 201110437381.6
• 申請日: 2011-12-23
• 公開（公告）號: CN102437803A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 孫偉鋒;鐘銳;劉海龍;陳磊;刁龍;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;H02M1/08
• 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。

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??；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。

傳統的驅動電路主要使用由自舉二極管加上三極管構成的單電源驅動電路，或者采用自舉電容和三極管、金屬-氧化物-半導體(MOS)管的單電源驅動電路，還有采用專用集成驅動芯片的單電源驅動電路。前兩種技術方案的隔離特性較差，其原因在于由于其核心開關電路采用的三極管內部的基極-集電極之間或者MOS管內部的柵極-源極之間均有寄生密勒電容，導致驅動電路中的高電壓驅動信號可能通過寄生密勒電容耦合到微處理器的低電壓控制信號通道上，輕則導致低電壓控制信號波形畸變，重則導致低電壓控制信號翻轉，導致驅動電路和功率變換器出現誤導通或者誤關斷的惡劣后果；此外，隔離特性差的后果還將影響驅動電路和功率變換器在高頻脈沖寬度調制(PWM)控制方式下的動態特性，即使得驅動電路和功率變換器的導通和關斷時間不能和低電壓控制信號一致，無法實現預期的控制效果。第三種方案中采用專用集成驅動芯片，該芯片內部設計有較好的隔離電路，因此其隔離特性和動態特性較好，但是成本很高。

發明內容

發明目的：針對上述現有技術存在的問題和不足，本發明的目的是提供一種低成本、高隔離特性的開關磁阻電機自舉式驅動電路，利用電容儲能原理持續提供上開關管多次開通所需電荷，從而使上開關管在單驅動電源供電時能夠在PWM模式下短時間頻繁打開上開關管。并避免低電壓控制信號受高電壓驅動信號的影響，提高了電路控制的安全性。

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低成本、高隔離特性的開關磁阻電機自舉式驅動電路，包括上開關管驅動電路和下開關管驅動電路；所述上開關管驅動電路的輸入信號包括驅動電源和上管驅動信號，輸出端連接并驅動上開關管的柵極、連接上開關管的漏極和電機繞組的一端；所述下開關管驅動電路輸入信號包括驅動電源和下管驅動信號，輸出端連接并驅動下開關管的柵極；所述上開關管的漏極和下開關管的源極間串聯電機繞組；所述上開關管驅動電路包括第一開關電路、第一充電電路、第一放電電路和自舉電容、自舉二極管；所述下開關管驅動電路包括第二開關電路、第二充電電路和第二放電電路。

所述第一開關電路可包括第一電阻、光電耦合器(光耦)、第二電阻和第五電阻；其中第一電阻串聯在上管驅動信號和光耦的內部發光二極管輸入端之間；光耦的內部發光二極管輸出端連接到地線；光耦的內部三極管發射極通過串聯第五電阻后連接到地線；光耦的內部三極管集電極與第二電阻的一端和第一充電電路中的第一三極管的基極的連接點相連。

所述第一充電電路可包括第一三極管、第二二極管和第三電阻；其中第一三極管的基極、發射極分別與第一開關電路中的第二電阻的兩端相連，且第一三極管的發射極分別與自舉電容的一端、自舉二極管的負端相連；第一三極管的集電極依次串聯第二二極管和第三電阻的一端，并與第一放電電路中的第二三極管的基極、第四電阻的一端相連；第三電阻的另一端與第一放電電路中的第二三極管的發射極相連后，連接并驅動上開關管的柵極。

所述第一放電電路可包括第二三極管和第四電阻；其中第四電阻兩端分別連接第二三極管的基極和集電極；第二三極管的集電極與上開關管的漏極、電機繞組的一端相連。

所述第二開關電路可包括第四三極管、第六電阻、第七電阻和第九電阻；第四三極管的基極與弱電電源相連，第四三極管的發射極與第七電阻串聯后連接至下管驅動信號，第四三極管的集電極與第六電阻的一端、第二充電電路中的第三三極管的基極相連。