[發明專利]用于電動馬達電路的驅動電路

在審

• 申請號: 202010858090.3
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN112448624A
• 公開（公告）日: 2021-03-05
• 發明（設計）人: D·布萊迪
• 申請（專利權）人: ZF汽車英國有限公司
• 主分類號: H02P6/08
• 分類號: H02P6/08;H02P27/08;H02M1/38;H02M7/5387
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 駱希聰

一種驅動電路，包括：LC感性網絡，其具有能夠操作以使網絡在ST狀態與活動狀態之間切換的電源開關；逆變器和控制器，控制器用于控制逆變器的開關以及電源開關的開?關狀態，其中，控制器操作這些開關以提供：PWM周期的非驅動部分，在其中，電源開關保持斷開并且至少一個相的頂部開關和底部開關保持閉合，使得驅動電路以ST模式操作；緊接在非驅動部分之后或之前的PWM周期的驅動部分，在其中，電源開關是閉合的，并且其中，控制器被配置成采用PWM模式，在其中，所有底部開關或所有頂部開關同時從閉合狀態移動到斷開狀態，并且進一步地，電源開關基本上在驅動部分開始時從斷開狀態移動到閉合狀態并且基本上在驅動部分結束時從閉合狀態移動到斷開狀態。

技術領域

本發明涉及用于驅動電動馬達的電路，并且尤其涉及對用于驅動多相無刷馬達的Z源轉換器的開關的脈沖寬度調制(PWM)控制。

背景技術

為了控制無刷電動馬達，需要確定馬達轉子的位置并且然后控制通過馬達相繞組的電流，以產生所期望的扭矩。可以使用專用的位置傳感器測量該位置或者通過使用無位置傳感器控制方案從其他參數估計該位置來測量該位置。

通常使用圖1中所示的類型的閉環電流控制器來實施PWM控制。使用響應于所請求的目標電流的脈沖寬度調制(PWM)控制將經調制的電壓施加到馬達的每個相繞組，并測量或估計由此生成的電流。然后由控制器(通常是PI控制器)使用各個相電流來生成所需的經脈沖寬度調制的相電壓，以實現目標電流。所估計的馬達位置用于確?？梢栽谡_的時間將相電壓施加到正確的相。

圖2中示出了用于3相馬達的典型的現有技術電路100。驅動器包括6-FET逆變器110，該逆變器被布置成以PWM模式將所期望的電壓施加到馬達120的馬達相端子，以實現所期望的相電流。濾波器130被設置在電池電源140的兩端，以穩定輸入電壓。使用六個開關TA、TB、TC、BA、BB、BC，可以使得這些開關中的每一個開關均斷開或閉合，逆變器的開關有八種可能的狀態，即，兩種所謂的零電壓狀態和六種活動狀態(active state)。使用空間矢量調制通過在每個調制周期內以限定的PWM模式將一個或多個活動狀態與一個或多個零狀態相組合，來構造PWM模式。在本文獻中還教導了其他非SVM技術。

圖2的電路的已知問題是可獲得的馬達相電壓低于電源電壓。在電源是電池的汽車應用中，這一問題可能在電池耗盡時導致性能下降。在圖3中示出了克服這些限制的替代性電路200。在這種布置中，以具有相連接的電感器和電容器的兩端口LC感性網絡(inductive network)210以及電源開關220代替了濾波器130，可以使得該電源開關斷開或閉合，以控制功率從電池到LC網絡的電感器的傳遞。組合有逆變器的這種布置在本文獻中被稱為雙向準Z源轉換器或功率準Z源轉換器。為了方便起見，在下文中將使用術語準Z源轉換器來指代其中設有電源開關的這種電路。

Z源轉換器拓撲結構為電橋提供了附加狀態，在該附加狀態中，馬達的相可以通過該相的上開關和下開關兩者以及電源開關保持斷開而被短路。這被稱為擊穿(shootthrough)(ST)狀態，因為在這種狀態中，電流不能流過FET二極管進入馬達相。電源開關閉合時的其他8種常規狀態被稱為非擊穿(NST)狀態。因此，Z源轉換器具有兩種操作模式：ST狀態或模式，在本說明書中的后面也被稱為非驅動模式；以及NST狀態或模式，在下文中也被稱為驅動模式。

在ST模式期間，電源開關是斷開的并且逆變器短路，使得將功率傳遞到電感器中。在NST模式期間，Z-FET是閉合的，并且電源和兩個電感器可以將能量傳遞到負載并為電容器充電，從而提升了可用于施加到馬達相的電壓。電壓提升量部分地取決于在每個PWM周期期間在ST模式中花費的時間長度——較長的時間將提供較高的電壓但允許較短的NST時間，在該較短的NST時間期間，可以使用該較高的電壓來驅動馬達。

為了保護逆變器開關，在設計具有包括電源開關的準Z源轉換器的馬達驅動電路時可用的另一種技術是通過剛好在逆變器開關被切換的時刻之前斷開電源開關并且然后在逆變器開關被切換的時刻或剛好在該時刻之后閉合來在切換逆變器開關的時刻附近注入短ST狀態。這提供了一種負死區時間的形式。