[發明專利]一種基于SIC-MOSFET的伺服驅動控制器主動熱控制系統

在審

• 申請號: 202310094397.4
• 申請日: 2023-02-03
• 公開（公告）號: CN116208045A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 張偉;褚衍超;劉一;劉雪峰;黃嘉玥;何洋
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: H02P21/14
• 分類號: H02P21/14;H02P21/18;H02P21/22;H02P21/13;H02P25/022;H02P27/12;H02P29/60;H02P29/032
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 徐曉艷

本發明公開了一種基于SIC?MOSFET的伺服驅動控制器主動熱控制系統，包括模糊PID控制器、永磁同步電機矢量控制器、SIC?MOSFET驅動電路、溫度采集電路、電流采集電路、電壓采集電路；溫度檢測電路的輸出與DSP28335處理器相連，通過溫度采集電路，DSP28335處理器實時測得SIC?MOSFET殼體的實際溫度，并將實時溫度值傳遞給基于軟件形式實現的控制器溫度閉環模糊PID控制器，計算得到合理的電機矢量控制系統中的q軸電流的最大限定值，從而實現對伺服驅動控制器溫度的主動熱管理。本發明解決了現有無人飛行器伺服驅動控制器溫度保護過于保守、驅動系統帶載能力低的問題，有效減少過熱引起的無人飛行器伺服驅動控制器故障發生率，同時提高整個驅動系統帶載能力。

技術領域

本發明屬于電力電子技術與電機伺服驅動控制領域，具體涉及一種基于SIC-MOSFET的伺服驅動控制器主動熱控制系統。

背景技術

逆變器作為風力、光伏和電動汽車等系統中的直流電源和交流電源的轉換接口，是保障系統經濟、高效、可靠運行的關鍵部件之一。現有逆變系統普遍采用傳統硅(Si)基電力電子開關器件，經過近半個世紀的發展，Si基器件應用已發展十分成熟，其性能幾乎逼近由其材料特性所決定的理論極限值，已經無法繼續滿足逆變器追尋高效、高功率密度和高可靠性的發展要求。

隨著第三代半導體器件的發展，國內外研究人員把目光轉向了碳化硅(SiC)等具有更優電氣性能的寬禁帶半導體。SiC寬禁帶器件的材料特性在電氣特性上得到較好的體現，較傳統的Si器件，SiC電力電子器件具有更強的抗輻射能力、更高的擊穿電壓、較低的開關損耗與導通損耗、更高的開關頻率、散熱能力強、能在更高的溫度下工作。更強的抗輻射能力，可以使SiC器件工作在惡劣的工作場合；更高的擊穿電壓，提高了SiC器件的電壓應力；更低的開關損耗和導通損耗，提高系統效率和開關頻率；更高的開關頻率，顯著減小無源器件的體積，良好的應對高開關頻率場合；熱導率高、熱穩定性好，顯著減小散熱器體積，降低散熱成本，提高功率密度。這些優勢，使SiC功率器件在高功率密度伺服系統應用方面，擁有無可替代的優勢。

伺服驅動控制器作為無人飛行器伺服驅動系統重要核心部件之一，高爆發功率、高效率和高工作溫度設計已成為未來發展方向。第三代SiC寬禁帶半導體器件的應用可顯著提升伺服驅動器功率密度和效率，但隨著功率等級和熱流密度要求逐步提高，功率器件封裝尺寸逐漸減小，易發生因高溫引起的各種SIC功率器件失效故障，從而影響伺服驅動控制器的整體使用壽命和可靠性。因此，有必要通過實時采集控制器中SIC功率器件的工作溫度，實現相應的主動熱控制和過熱保護，提高其運行可靠性。

發明內容

本發明所解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供一種基于SIC-MOSFET的伺服驅動控制器主動熱控制系統，能夠提高伺服驅動控制器的可靠性和安全性，有效減少過熱引起的無人飛行器伺服驅動控制器故障發生率，提高基于SIC-MOSFET的伺服驅動控制器的帶載能力,進而提高產品的性能。

本發明的技術方案是：一種基于SIC-MOSFET的伺服驅動控制器主動熱控制系統，該系統包括模糊PID控制器、永磁同步電機矢量控制器、SIC-MOSFET驅動電路、溫度采集電路、電流采集電路、電壓采集電路；其中：

模糊PID控制器，根據伺服驅動控制器三相全橋逆變器中的SIC-MOSFET殼體實際溫度值，計算得到q軸電流的限定值L_lim；

永磁同步電機矢量控制器，根據外部輸入的轉速參考值n_ref和永磁同步電機的轉速n得到q軸電流目標值，由q軸電流的限定值L_lim對q軸電流目標值進行限幅，得到q軸電流參考值iq_ref，并采集永磁同步電機的U、V、W三相電流值ia、ib、ic、三相全橋逆變器的母線電壓信號UDC，同時結合得到q軸電流參考值iq_ref，采用SVPWM算法輸出PWM驅動電壓信號；

SIC-MOSFET驅動電路，將永磁同步電機矢量控制器輸出的PWM驅動電壓信號進行功率放大后與三相全橋逆變器中SIC-MOSFET的控制端相連，驅動三相全橋逆變器；