[發明專利]冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構

有效

• 申請號: 201310420181.9
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103457503A
• 公開（公告）日: 2013-12-18
• 發明（設計）人: 司賓強;朱紀洪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H02M7/49
• 分類號: H02M7/49
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構，屬于高可靠性電機驅動控制系統領域。

背景技術

為了提高電機驅動系統的可靠性，通常每相采用獨立H橋驅動拓撲結構，或者采用冗余橋臂的星形驅動拓撲結構，這兩種驅動拓撲結構的缺點是只能對一定的故障具有容錯能力，比如只能對繞組開路和功率管開路進行容錯，而對供電系統和功率管的短路故障無能為力；而且它們一般是結構固化的，不能根據故障類型進行結構重構，從而不可避免的具有容錯功能單一、需額外容錯控制算法等缺點。本發明提出了冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構，正常工作時每相采用獨立H橋驅動拓撲結構，在發生故障時能夠通過重構開關將故障進行隔離，根據故障類型和需要可以將每相獨立H橋驅動拓撲結構重構成星形驅動拓撲，不僅克服了上述兩種驅動拓撲結構的缺點，不需要過多的容錯控制算法，只要控制重構開關的打開和關閉，就能實現對供電系統、功率管和重構開關的開路和短路故障的容錯能力，而且能夠實現故障前后性能相差無幾，在快速性、可靠性、容錯能力和靈活性等方面均優于上述兩種類型容錯驅動拓撲結構。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種快速、容錯能力強、使用靈活、可靠性高的容錯驅動拓撲結構。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案，含有：雙電源、N個H橋、保險絲和重構開關等，其中：

雙電源VDC1和VDC2，即形成冗余電源結構，各設有正、負輸出端，分別接冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的正、負電源輸入端，正常工作時可以單電源或者雙電源工作，在某一個電源發生故障或者當發生功率管故障，驅動拓撲結構需要進行重構時，可通過重構開關將某個電源從驅動拓撲結構上隔離開來；

N個H橋，每個H橋各由四個功率管(MOSFET)T_Xt、T_Xb、T_xt、T_xb組成，這里的X代表每相的左邊橋臂，相應的x代表每相的右邊橋臂，t表示上管(top)，b代表下管(bottom)，其他相類似表示，根據電機的相數確定需要的獨立H橋數量N，所述每個功率管由三個功能管腳-柵極、漏極和源極組成，所述每個功率管的柵極由控制器控制其打開或者關閉，所述T_Xt和T_xt的漏極接保險絲F_X或F_x的一端，它們的源極分別接所述T_Xb和T_xb的漏極以及每相繞組的兩端；

保險絲包括主路保險絲和每個橋臂保險絲，為保護供電電源，靠近供電電源端的主路保險絲為F_M1和F_M2，所述主路保險絲F_M1和F_M2的一端分別接電源VDC1和VDC2的正端，所述F_M1和F_M2的另外一端分別接重構開關T1和T2的漏極，并且每個橋臂上串聯一個保險絲F_X或F_x，X代表每相的左邊橋臂，相應的x代表每相的右邊橋臂，所述F_X或F_x一端接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的電源正端，另外一端接所述T_Xt或T_xt的漏極用于防止橋臂發生短路故障時，保護其他橋臂上和主路保險絲；

重構開關由8個IGBT組成，表示為T1-T8，所述IGBT中每個Tx，x=1-8，由三個功能管腳-柵極、漏極和源極組成，所述它們的柵極均有控制器控制它們打開還是關閉，其中所述T1和T2用于控制所述電源VDC1的輸出，所述T3和T4用于控制所述電源VDC2的輸出，所述T1和T3的漏極分別接所述主路保險絲F_M1和F_M2的正端，所述T1和T3的源極分別接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的正端，所述T2和T4的漏極分別接冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的負端，所述T2和T4的源極分別接所述電源VDC1和VDC2的負端，所述T5和T7的源極分別接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構左半部分的正端和負端，所述T5和T7的漏極分別通過二極管D1和D3接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構右半部分，所述T6和T8的源極分別接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的右半部分，所述T6和T8的漏極分別通過二極管D2和D4分別接所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構的左半部分，用于重構左、右橋臂供電來自VDC1或者VDC2；

以四相永磁容錯電機為例，所述冗余電源可重構容錯式驅動拓撲結構按以下步驟進行重構工作以隔離驅動拓撲結構故障：