[發(fā)明專利]一種基于同步整流技術(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的低成本回流管控制電路及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310586564.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103560720A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鐘銳;趙榮渟;刁龍;屈嚴(yán);孫偉鋒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): H02P6/00
• 分類號(hào): H02P6/00
• 代理公司: 江蘇永衡昭輝律師事務(wù)所 32250
• 代理人: 王斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于同步整流技術(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的低成本回流管控制電路及其控制方法，能夠在沒(méi)有霍爾電流傳感器精確計(jì)算回流時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)在開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)換相回流階段對(duì)回流功率管柵極的控制，解決了回流階段電流歸零點(diǎn)難以定量計(jì)算從而造成驅(qū)動(dòng)信號(hào)的關(guān)斷時(shí)刻難以確定的問(wèn)題，屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

開(kāi)關(guān)磁阻因?yàn)槠潆姍C(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，堅(jiān)固，制造工藝簡(jiǎn)單，成本低，性能穩(wěn)定，能工作在各種惡劣、高溫甚至是振動(dòng)的工作環(huán)境中，而廣泛運(yùn)用在家用電器，伺服與調(diào)速系統(tǒng)，牽引電機(jī)，高轉(zhuǎn)速電機(jī)等行業(yè)。SRD已列入我國(guó)中、小型電機(jī)“八五”，“九五”，“十五”科研規(guī)劃項(xiàng)目，我國(guó)多家研究機(jī)構(gòu)都對(duì)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)展開(kāi)過(guò)深入的研究。

開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)由電機(jī)，控制器，功率變換器，電流位置檢測(cè)等部分組成，其中每個(gè)部分對(duì)電機(jī)的高效運(yùn)行都有著不可或缺的作用。其中功率變換器是電機(jī)運(yùn)行時(shí)的能量供給者，是連接電機(jī)繞組和電源的功率開(kāi)關(guān)器件，其對(duì)電機(jī)正常高效運(yùn)行起著重要作用，目前功率變換器件有著多種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，但每種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)都包含兩個(gè)部分：功率開(kāi)關(guān)部分以及續(xù)流及回流部分。相比于其他直流電機(jī)，開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)的工作電流要大，故傳統(tǒng)的開(kāi)關(guān)磁阻功率變換器在回流及續(xù)流過(guò)程中，由于在大電流的工作狀態(tài)下回流管及續(xù)流管存在較大的工作損耗，并產(chǎn)生大量的熱積累，造成電機(jī)控制系統(tǒng)由于產(chǎn)生過(guò)多的熱量無(wú)法散去而造成系統(tǒng)的過(guò)熱，容易造成在某些極限情況下功率管的熱擊穿，對(duì)整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性存在一定的隱患和影響。為解決回流管和續(xù)流管的損耗大溫度高的問(wèn)題，目前已出現(xiàn)開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)續(xù)流管運(yùn)用同步整流技術(shù)進(jìn)行改造的成功案例，即利用功率管的溝道電阻替代二極管進(jìn)行續(xù)流，利用較低的溝道阻值降低續(xù)流損耗、降低工作溫度；但對(duì)于回流功率管的同步整流技術(shù)由于存在回流狀態(tài)下電流歸零時(shí)間無(wú)法定量計(jì)算而在具體應(yīng)用上仍有障礙。

圖3所示為無(wú)霍爾電流傳感器的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)在回流階段電機(jī)繞組內(nèi)電流的回流路線，本系統(tǒng)采用采樣電阻采樣繞組電流，從圖3可以看出，在回流階段，繞組中電流經(jīng)回流功率管、電源、續(xù)流功率管和繞組形成回路，此時(shí)系統(tǒng)的電流采樣電路并不能夠檢測(cè)到繞組中的電流信息，故對(duì)于微處理器而言無(wú)法合理控制的回流管的開(kāi)關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對(duì)在基于采樣電阻的電流采樣方式下開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)同步整流技術(shù)的回流功率管關(guān)斷時(shí)間難以定量計(jì)算的問(wèn)題，提出了一種方案，能夠?qū)亓麟A段電流歸零點(diǎn)進(jìn)行定量計(jì)算，從而準(zhǔn)確判定回流功率管的關(guān)斷時(shí)刻。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于同步整流技術(shù)的開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)控制器的低成本回流管控制電路，包括：32位的微處理器1、電流采樣電路3、采樣放大電路4、位置信號(hào)傳感器5、功率變換器2；其中微處理器1內(nèi)置回流時(shí)間模塊13，電流采樣電路3采用采樣電阻R1，測(cè)量電機(jī)各相電流后輸入到電流采樣放大電路4，經(jīng)放大后輸入到微處理器1的模數(shù)轉(zhuǎn)換ADC模塊12；位置信號(hào)傳感器5測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，以及利用位置信號(hào)計(jì)算當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，并把位置信息輸入到微處理器1輸入輸出模塊；微處理器1根據(jù)電機(jī)電流和電機(jī)位置控制功率變換器2的狀態(tài)。

微處理器1包括通用輸入輸出GPIO模塊11、ADC模塊12，回流時(shí)間表13；GPIO模塊11接收來(lái)自位置傳感器5的電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，分別向功率變換器2的上開(kāi)關(guān)功率管T1、下開(kāi)關(guān)功率管T2、續(xù)流功率管T3和回流功率管T4輸出驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)；ADC模塊12接收來(lái)自電流放大電路4輸出的模擬電流信號(hào)，回流時(shí)間表13在回流時(shí)刻，計(jì)算回流時(shí)間大小用于GPIO模塊12控制回流功率管T4。

功率變換器包括上開(kāi)關(guān)功率管T1、下開(kāi)關(guān)功率管T2、續(xù)流功率管T3和回流功率管T4。上開(kāi)關(guān)功率管T1受微處理器GPIO模塊11輸出的上開(kāi)關(guān)功率管驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)控制，下開(kāi)關(guān)功率管T2受微處理器GPIO模塊11輸出的下開(kāi)關(guān)功率管驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)控制，續(xù)流功率管T3受微處理器GPIO模塊11輸出的續(xù)流功率管驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)控制，回流功率管T4受微處理器GPIO模塊11輸出的回流功率管驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)控制。

電流采樣電路3包括第一電阻R1，其為高精度低溫度系數(shù)的采樣電阻，該電阻與由功率變換器2的下開(kāi)關(guān)功率管T2的源極和地分別連接。

電流放大處理電路4包括第二電阻R2、第三電阻R3和第一運(yùn)算放大器41；第一運(yùn)算放大器41的正端與電流采樣電路3中的第一電阻R1的一端及下開(kāi)關(guān)管T2的源端相連，第一運(yùn)算放大器41的負(fù)端與第二電阻R2和第三電阻R3的連接點(diǎn)相連，第二電阻R2的另一端與地相連，第一運(yùn)算放大器41的輸出端與第三電阻R3的另一端相連后形成采樣放大信號(hào)，并向微處理器1輸出。