[發(fā)明專利]一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911085644.4
• 申請(qǐng)日: 2019-11-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110829941A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙長(zhǎng)海;萬(wàn)秋華;于海;梁立輝;盧新然
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
• 主分類號(hào): H02P27/00
• 分類號(hào): H02P27/00;H02P23/00
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 曹衛(wèi)良

本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法。本發(fā)明采用兩級(jí)控制的方法來(lái)控制電動(dòng)機(jī)線圈中的電流，其中第一級(jí)電路為電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)換電路將輸入的電壓Ui轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)上所需的電壓Us。第二級(jí)電路由多個(gè)開(kāi)關(guān)管、電動(dòng)機(jī)線圈、電流檢測(cè)器組成的橋式電路來(lái)控制電動(dòng)機(jī)線圈上的電流。通過(guò)控制第一級(jí)電路的PWM0信號(hào)的占空比，來(lái)控制施加在第二級(jí)電路電動(dòng)機(jī)線圈上的電壓Us，使第二級(jí)電路在電動(dòng)機(jī)線圈電流不變的情況下增大PWM信號(hào)的有效時(shí)間，降低死區(qū)對(duì)電動(dòng)機(jī)的影響，使電動(dòng)機(jī)線圈的電流更穩(wěn)定，電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行更平穩(wěn)，精度更高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法。

背景技術(shù)

電動(dòng)機(jī)是一種把電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的設(shè)備，它利用通電線圈產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并作用于轉(zhuǎn)子，形成磁電動(dòng)力旋轉(zhuǎn)扭矩，廣泛應(yīng)用在各種工業(yè)系統(tǒng)中。控制電動(dòng)機(jī)扭矩的大小，實(shí)際就是控制電動(dòng)機(jī)線圈中電流的大小。由于直接控制電動(dòng)機(jī)線圈的電流非常困難，一般是采用控制線圈兩端電壓的方法來(lái)控制線圈的電流。

目前最常用的是脈寬調(diào)制(PWM波)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，如圖1所示。圖1中的V1～V4為開(kāi)關(guān)管，當(dāng)開(kāi)關(guān)管的控制端加高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通，當(dāng)開(kāi)關(guān)管的控制端加低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)管關(guān)閉。當(dāng)開(kāi)關(guān)管V1、V4導(dǎo)通，V2、V3關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)線圈上施加正向電壓；當(dāng)V2、V3導(dǎo)通，V1、V4關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)線圈上施加反向電壓；當(dāng)V2、V4導(dǎo)通，V1、V3關(guān)閉時(shí)，電動(dòng)機(jī)線圈上不施加電壓，處于續(xù)流狀態(tài)。通過(guò)控制線圈上施加正向電壓或者反向電壓時(shí)間的長(zhǎng)短，來(lái)控制線圈上的電流大小。在一個(gè)控制周期內(nèi)，線圈上施加正向電壓的時(shí)間大于反向電壓的時(shí)間時(shí)，線圈電流增加；反之，當(dāng)線圈上施加反向電壓的時(shí)間大于正向電壓的時(shí)間時(shí)，線圈電流減小。

當(dāng)V1導(dǎo)通，V2關(guān)閉時(shí)，圖1中A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)為Us；當(dāng)V1關(guān)閉，V2導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)為0；當(dāng)開(kāi)關(guān)管V1和V2同時(shí)導(dǎo)通時(shí)，流過(guò)V1和V2上的電流將非常大，有可能損壞開(kāi)關(guān)管。為了保護(hù)開(kāi)關(guān)管，延長(zhǎng)開(kāi)關(guān)管的壽命，在實(shí)際使用時(shí)，會(huì)加入死區(qū)。即圖1中從V1打開(kāi)、V2關(guān)閉的狀態(tài)向V1關(guān)閉、V2打開(kāi)的狀態(tài)過(guò)度時(shí)，會(huì)加入一段V1和V2都關(guān)閉的狀態(tài)，該狀態(tài)稱為死區(qū)。一般常用的控制方式中，一個(gè)PWM周期一般分為三種狀態(tài)，如圖2所示，其中狀態(tài)1為正向電壓時(shí)間，狀態(tài)2、4為死區(qū)時(shí)間，狀態(tài)3為電動(dòng)機(jī)線圈續(xù)流時(shí)間。

在死區(qū)狀態(tài)時(shí)，A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)是不確定的，當(dāng)線圈中的電流方向?yàn)檎驎r(shí)(電流從左到右)，此時(shí)V2的續(xù)流二極管導(dǎo)通，A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)為0；當(dāng)線圈中的電流為反向時(shí)，V1的續(xù)流二極管將導(dǎo)通，A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)為Us。準(zhǔn)確的判斷線圈中的電流方向是非常困難的，所以在死區(qū)狀態(tài)時(shí)，A點(diǎn)的電動(dòng)勢(shì)是很難確定的。由于死區(qū)的存在，會(huì)影響電動(dòng)機(jī)電流的控制精度，尤其是在電流過(guò)零點(diǎn)時(shí)，會(huì)造成電流波形的畸變，嚴(yán)重影響電動(dòng)機(jī)的控制精度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路及其控制方法，以至少解決現(xiàn)有電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路對(duì)電動(dòng)機(jī)控制精度低的技術(shù)問(wèn)題。

根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提供了一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路，包括兩級(jí)電路，其中第一級(jí)電路為電壓轉(zhuǎn)換電路，電壓轉(zhuǎn)換電路將輸入的電壓Ui轉(zhuǎn)換為電動(dòng)機(jī)上所需的電壓Us，第二級(jí)電路為橋式電路，橋式電路包括：多個(gè)開(kāi)關(guān)管、電動(dòng)機(jī)線圈、電流檢測(cè)器；電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路通過(guò)控制輸入至第一級(jí)電路上PWM0信號(hào)的占空比，控制施加在第二級(jí)電路中電動(dòng)機(jī)線圈上的電壓Us。

進(jìn)一步地，電壓轉(zhuǎn)換電路包括：開(kāi)關(guān)管V0、電感L1、二極管D0和電容C1，開(kāi)關(guān)管V0的漏極與輸入的電源Ui相連接，開(kāi)關(guān)管V0的柵極與電壓控制信號(hào)PWM0相連，開(kāi)關(guān)管V0的源極與二極管D0的陰極及電感L1的一端相連，電感L1的另一端與電容C1的正極相連，電容C1的負(fù)極及二極管D0的陽(yáng)極與電源地相連，電容C1的正極輸出電壓為Us。

進(jìn)一步地，橋式電路包括：開(kāi)關(guān)管V1～V4、二極管D1～D4、電動(dòng)機(jī)線圈M和電流檢測(cè)器U1；其中V1和D1為包含反向續(xù)流二極管的開(kāi)關(guān)管。