[發(fā)明專利]一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器

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• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108696223A
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅智文;王治國;李鍇;郭婧;郝風(fēng)曉;王靜;高風(fēng)霞
• 申請（專利權(quán)）人: 清正源華（北京）科技有限公司
• 主分類號: H02P23/00
• 分類號: H02P23/00;H02P25/16;H02M7/5387
• 代理公司: 北京紀(jì)凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11245
• 代理人: 徐寧;孫楠

1.一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：它包括第一AC/DC電源轉(zhuǎn)換電路、母線制動電路、第二AC/DC電源轉(zhuǎn)換電路、功率控制模塊和主控制模塊；所述第一AC/DC電源轉(zhuǎn)換電路和第二AC/DC電源轉(zhuǎn)換電路分別將外部輸入交流AC轉(zhuǎn)換為DC功率部分及DC24V控制部分的直流電；所述DC24V控制部分的直流電輸入所述主控制模塊；所述DC功率部分的直流電經(jīng)所述母線制動電路后輸入所述功率控制模塊，所述功率控制模塊與所述主控制模塊進(jìn)行信息交互，由所述功率控制模塊控制電機(jī)的高速主軸工作狀態(tài)。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述功率控制模塊包括母線過電壓過電流保護(hù)電路、控制器過溫保護(hù)電路以及由三個GaN半橋電路組成的三相兩電平的逆變器；所述主控制模塊向三個所述GaN半橋電路發(fā)送控制信號，所述逆變器在所述主控制模塊控制下工作；所述母線過電壓過電流保護(hù)電路和控制器過溫保護(hù)電路的實(shí)時工作狀態(tài)輸出至所述主控制模塊，所述主控制模塊根據(jù)接收到的信號輸出相應(yīng)的控制信號，并進(jìn)行顯示。

3.如權(quán)利要求2所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：每個所述GaN半橋電路均包括半橋驅(qū)動芯片電路和GaN器件外圍驅(qū)動電路；所述半橋驅(qū)動芯片電路包括驅(qū)動芯片、上拉使能電阻、第一電源旁路電容、第二電源旁路電容和硬件死區(qū)時間設(shè)定電阻；所述驅(qū)動芯片的使能引腳ENABLE與所述上拉使能電阻一端連接，所述上拉使能電阻另一端與所述第一電源旁路電容的一端、第二電源旁路電容的一端連接；所述第一電源旁路電容的另一端、第二電源旁路電容的另一端均接地；數(shù)據(jù)引腳DT經(jīng)所述硬件死區(qū)時間設(shè)定電阻接地；所述驅(qū)動芯片的輸出引腳與所述GaN器件外圍驅(qū)動電路連接。

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述GaN器件外圍驅(qū)動電路包括上橋臂和下橋臂，所述上橋臂和下橋臂結(jié)構(gòu)相同，所述上橋臂包括開通回路、關(guān)斷回路、下拉電阻、6.8V穩(wěn)壓管、第三電阻、第四電阻和PNP三極管；所述開通回路包括第一電阻、回路磁珠和GaN器件；所述關(guān)斷回路包括第二電阻、肖特基二極管、所述回路磁珠和GaN器件；所述第一電阻一端和第二電阻一端均與所述驅(qū)動芯片的輸出端連接，所述第二電阻另一端與所述肖特基二極管負(fù)極連接；所述肖特基二極管正極與所述第一電阻另一端并聯(lián)后，與所述回路磁珠一端連接，位于該連接線路上還并聯(lián)設(shè)置有所述6.8V穩(wěn)壓管和下拉電阻，所述6.8V穩(wěn)壓管正極和下拉電阻一端均接地；所述回路磁珠另一端與所述GaN器件柵極連接，所述GaN器件源極與所述下橋臂中的GaN器件漏極連接，所述GaN器件漏極做出輸出端；所述第三電阻一端和第四電阻一端均與所述驅(qū)動芯片的輸出端連接，所述第三電阻另一端與所述PNP三極管基極連接，所述第四電阻另一端接地；所述PNP三極管發(fā)射極并聯(lián)在所述回路磁珠另一端與所述GaN器件柵極之間，所述PNP三極管集電極接地。

5.如權(quán)利要求3或4所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述驅(qū)動芯片選用雙路PWM輸入芯片SI8233AD-D-IS或者單路PWM輸入芯片SI8274GB4D-IS1。

6.如權(quán)利要求1所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述主控制模塊包括核心處理器、處理器內(nèi)核電源和顯示模塊；所述處理器內(nèi)核電源把所述第二AC/DC電源轉(zhuǎn)換電路輸出的DC24V轉(zhuǎn)變?yōu)樗鲲@示模塊和核心處理器的正常工作電壓；所述核心處理器與所述功率控制模塊進(jìn)行信息交互。

7.如權(quán)利要求6所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述顯示模塊采用數(shù)碼管和液晶顯示模塊。

8.如權(quán)利要求6所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述核心處理器采用的是XILNX公司的ZYNQ7000系列芯片。

9.如權(quán)利要求1所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述主控制模塊與外設(shè)連接。

10.如權(quán)利要求9所述的一種基于GaN功率器件的超高速主軸控制器，其特征在于：所述外設(shè)包括外設(shè)IO連接接口、USB通訊模塊、CAN通訊模塊、RS232通訊模塊、具有工業(yè)ModBus協(xié)議的RS485通訊模塊以及具有工業(yè)ModBus協(xié)議的100M以太網(wǎng)通訊模塊。