逆变模块驱动电源及电机驱动器的制作方法

本实用新型涉及电机控制领域，更具体地说，涉及一种逆变模块驱动电源及电机驱动器。

背景技术：

通常，大功率的电机控制器通过六路隔离的电源分别驱动六个半导体开关管，例如IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，从而实现电机运行控制。

如图1所示，是现有驱动电源架构示意图，同一相的上、下桥臂的两个开关管的驱动电源由同一个变压器的不同绕组提供，即三个脉冲发生单元的输出信号分别由三个斩波单元转换为交流信号，经三个变压器的六个副边绕组及六个整流单元处理后驱动三相的上、下桥臂的六个开关管。此外，还可为三相的六个开关管中的每一个提供一个脉冲发生单元，并通过六个电源支路为各个开关管提供驱动电源。

在电动汽车动力系统中，从成本性能等方面考量，通常选用同步电机作为电动汽车的驱动电机。当运转在高速状态的电动汽车在故障等情况下需要紧急停机的时候，同步电机会处于发电状态，通过与之连接的电机控制器中的逆变模块中反并联二极管不控整流，对母线充电。但这一方面会造成母线电容 HVDC(High-Voltage Direct Current，高压直流输电)电压升高，带来高压危险；另一方面不控整流使电机处于不受控的状态，不能保证安全。

此时，可通过打开逆变模块中三相上桥臂的三个开关管或者下桥臂的三个开关管的方式，使电机的三相绕组主动短路(Active Short Circuit，ASC)的方式来保证安全，如图3所示。其中每一个开关管连接一个开关管驱动器，每个开关管驱动器连接驱动电源的电源输出部分(图3只示出了一个开关管与电源的连接关系，其余五个与此类似)。为保证安全，在任何情况下逆变器模块三相的上桥臂三个开关管或者下桥臂三个开关管的驱动电源至少有一组正常，即不能出现同一相的上桥臂开关管、下桥臂开关管的驱动电源同时失效的情况。

在图1所示的方案中，任一路电源的失效会造成同一相的上下桥臂两个开关管的驱动电源同时失效。图2中由于每一路驱动电源互相独立，但是每一路驱动电源都需要独立的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)和斩波单元，成本较高。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述主动短路时存在安全隐患及成本较高的问题，提供一种逆变模块驱动电源及电机驱动器。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种逆变模块驱动电源，包括多个上桥臂输出端子和多个下桥臂输出端子，所述驱动电源还包括第一电源支路和第二电源支路，其中：所述第一电源支路包括第一脉冲发生单元和第一隔离传输支路，所述第一隔离传输支路的输入端连接到第一脉冲发生单元的输出端并将第一脉冲发生单元的输出电平隔离输出到所述多个上桥臂输出端子；所述第二电源支路包括第二脉冲发生单元和第二隔离传输支路，所述第二隔离传输支路的输入端连接到第二脉冲发生单元的输出端并将所述第二脉冲发生单元的输出电平隔离输出到所述多个下桥臂输出端子。

在本实用新型所述的逆变模块驱动电源中，所述上桥臂输出端子包括U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子；所述下桥臂输出端子包括U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子。

在本实用新型所述的逆变模块驱动电源中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括一个第一斩波单元、一个第一变压器以及三个第一整流单元，且所述第一变压器包括一个原边绕组及三个副边绕组；所述第一隔离传输支路中，所述第一斩波单元的输入端连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，所述第一变压器的原边绕组连接到所述第一斩波单元的输出端、所述三个第一整流单元的输入端分别连接所述第一变压器的三个副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述第一斩波单元的输入端连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述第一变压器的原边绕组连接到所述第一斩波单元的输出端、所述三个第一整流单元的输入端分别连接所述第一变压器的三个副边绕组。

在本实用新型所述的逆变模块驱动电源中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括三个第二斩波单元、三个第二变压器以及三个第二整流单元；所述第一隔离传输支路中，所述三个第二斩波单元的输入端分别连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，所述三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个所述第二变压器的原边绕组，且所述三个第二整流单元的输入端分别连接所述第二变压器的一个副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述三个第二斩波单元的输入端分别连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个所述第二变压器的原边绕组，且所述三个第二整流单元的输入端分别连接所述第二变压器的一个副边绕组。

在本实用新型所述的逆变模块驱动电源中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括一个第三斩波单元、三个第三变压器以及三个第三整流器；所述第一隔离传输支路中，所述第三斩波单元的输入端连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，三个第三变压器的原边绕组分别连接到所述第三斩波单元的输出端、所述三个第三整流单元的输入端分别连接三个所述第三变压器的副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述第三斩波单元的输入端连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述三个第三变压器的原边绕组分别连接到所述第三斩波单元的输出端、所述三个第三整流单元的输入端分别连接所述三个第三变压器的副边绕组。

本实用新型还提供一种电机驱动器，包括依次连接的驱动电源、驱动器及逆变模块，所述驱动电源包括多个上桥臂输出端子和多个下桥臂输出端子，所述驱动电源还包括第一电源支路和第二电源支路，其中：所述第一电源支路包括第一脉冲发生单元和第一隔离传输支路，所述第一隔离传输支路的输入端连接到第一脉冲发生单元的输出端并将第一脉冲发生单元的输出电平隔离输出到所述多个上桥臂输出端子；所述第二电源支路包括第二脉冲发生单元和第二隔离传输支路，所述第二隔离传输支路的输入端连接到第二脉冲发生单元的输出端并将所述第二脉冲发生单元的输出电平隔离输出到所述多个下桥臂输出端子。

在本实用新型所述的电机驱动器中，所述上桥臂输出端子包括U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子；所述下桥臂输出端子包括U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子。

在本实用新型所述的电机驱动器中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括一个第一斩波单元、一个第一变压器以及三个第一整流单元，且所述第一变压器包括一个原边绕组及三个副边绕组；所述第一隔离传输支路中，所述第一斩波单元的输入端连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，所述第一变压器的原边绕组连接到所述第一斩波单元的输出端、所述三个第一整流单元的输入端分别连接所述第一变压器的三个副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述第一斩波单元的输入端连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述第一变压器的原边绕组连接到所述第一斩波单元的输出端、所述三个第一整流单元的输入端分别连接所述第一变压器的三个副边绕组。

在本实用新型所述的电机驱动器中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括三个第二斩波单元、三个第二变压器以及三个第二整流单元；所述第一隔离传输支路中，所述三个第二斩波单元的输入端分别连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，所述三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个所述第二变压器的原边绕组，且所述三个第二整流单元的输入端分别连接所述第二变压器的一个副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述三个第二斩波单元的输入端分别连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个所述第二变压器的原边绕组，且所述三个第二整流单元的输入端分别连接所述第二变压器的一个副边绕组。

在本实用新型所述的电机驱动器中，所述第一隔离传输支路和第二隔离传输支路均包括一个第三斩波单元、三个第三变压器以及三个第三整流器；所述第一隔离传输支路中，所述第三斩波单元的输入端连接到所述第一脉冲发生单元的输出端，所述三个第三变压器的原边绕组分别连接到所述第三斩波单元的输出端、所述三个第三整流单元的输入端分别连接所述三个第三变压器的副边绕组；所述第二隔离传输支路中，所述第三斩波单元的输入端连接到所述第二脉冲发生单元的输出端，所述三个第三变压器的原边绕组分别连接到所述第三斩波单元的输出端、所述三个第三整流单元的输入端分别连接所述三个第三变压器的副边绕组。

本实用新型的逆变模块驱动电源及电机驱动器具有以下有益效果：通过第一电源支路为逆变模块的所有上桥臂开关管提供驱动电源，并通过第二电源支路为逆变模块的所有下桥臂开关管提供驱动电源，从而保证逆变模块的上桥臂开关管和下桥臂开关管不会同时失效，保证逆变模块的主动短路操作安全可靠。

附图说明

图1是现有逆变模块驱动电源的示意图；

图2是另一现有逆变模块驱动电源的示意图；

图3是逆变模块主动短路的示意图；

图4是本实用新型逆变模块驱动电源第一实施例的示意图；

图5是本实用新型逆变模块驱动电源第二实施例的示意图；

图6是本实用新型逆变模块驱动电源第三实施例的示意图；

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型提供一种逆变模块驱动电源，可应用于电机驱动器(例如电动汽车等的电机驱动器)，以实现安全、可靠的主动短路。本实施例中的逆变模块驱动电源包括多个上桥臂输出端子、多个下桥臂输出端子、第一电源支路和第二电源支路，其中第一电源支路包括第一脉冲发生单元和第一隔离传输支路，该第一隔离传输支路用于将第一脉冲发生单元的输出电平隔离输出到多个上桥臂输出端子，以形成多个输出电压；第二电源支路包括第二脉冲发生单元和第二隔离传输支路，该第二隔离传输支路将第二脉冲发生单元的输出电平隔离输出到多个下桥臂输出端子，以形成多个输出电压。

上述逆变模块驱动电源通过第一电源支路为逆变模块的所有上桥臂开关管提供驱动电源，并通过第二电源支路为逆变模块的所有下桥臂开关管提供驱动电压，从而保证逆变模块的上桥臂开关管和下桥臂开关管不会同时失效，只需两个脉冲发生单元即可保证逆变模块的主动短路操作安全可靠，节省了成本。

上述逆变模块驱动电源可应用于三相电机驱动器，此时逆变模块驱动电路的上桥臂输出端子包括U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子；下桥臂输出端子包括U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、 W相下桥臂输出端子；相应地，第一隔离传输支路将第一脉冲发生单元的输出电平隔离输出到U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子，使得三个上桥臂输出端子同时有效或失效；第二隔离传输支路将第二脉冲发生单元的输出电平隔离输出到U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、 W相下桥臂输出端子，使得三个下桥臂输出端子同时有效或失效。

如图4所示，在具体实现时，上述的第一电源支路41的第一隔离传输支路包括一个第一斩波单元(可由开关管构成)、一个第一变压器以及三个第一整流单元，且第一变压器包括一个原边绕组及三个副边绕组。在该第一隔离传输支路41中，第一斩波单元的输入端连接到第一脉冲发生单元的输出端，并将第一脉冲发生单元的输出电平斩波成脉冲形式输入到第一变压器的原边绕组，实现由直流电到交流电的转变，第一变压器将输入脉冲隔离输出到三个第一副边绕组，并由三个第一整流单元将输入脉冲转回到直流电。由于三个第一整流单元的输入端连接到第一变压器的副边绕组，因此其输入端信号相同，对应的输出电平也相同，从而保证了U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子的输出电平相同。

上述的第二电源支路42的第二隔离传输支路同样包括一个第一斩波单元、一个第一变压器以及三个第一整流单元，且第一变压器包括一个原边绕组及三个副边绕组。在该第二隔离传输支路42中，第一斩波单元的输入端连接到第二脉冲发生单元的输出端，并将第二脉冲发生单元的输出电平斩波成脉冲形式输入到第一变压器的原边绕组，实现由直流电到交流电的转变，第一变压器将输入脉冲隔离输出到三个第一副边绕组，并由三个第一整流单元将输入脉冲转回到直流电。由于三个第一整流单元的输入端连接到第一变压器的副边绕组，因此其输入端信号相同，对应的输出电平也相同，从而保证了U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子的输出电平相同。

该实施例中，由于U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子共用第一脉冲发生单元、斩波单元和第一变压器的原边绕组；U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子共用第二脉冲发生单元、斩波单元和第一变压器的原边绕组，可大大节省成本。

如图5所示，第一电源支路51的第一隔离传输支路和第二电源支路52的第二隔离传输支路可均包括三个第二斩波单元、三个第二变压器以及三个第二整流单元。在第一隔离传输支路中，三个第二斩波单元的输入端分别连接到第一脉冲发生单元的输出端，三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个第二变压器的原边绕组，且三个第二整流单元的输入端分别连接第二变压器的一个副边绕组，三个第二整流单元的输出端分别连接到三个上桥臂输出端子；在第二隔离传输支路中，三个第二斩波单元的输入端分别连接到第二脉冲发生单元的输出端，三个第二斩波单元的输出端分别连接到一个第二变压器的原边绕组，且三个第二整流单元的输入端分别连接第二变压器的一个副边绕组，三个第二整流单元的输出端分别连接到三个下桥臂输出端子。

同样地，由于三个上桥臂输出端子共用第一脉冲发生器的输出脉冲信号，因此也可保证U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子的输出电平相同；三个下桥臂开关管共用第二脉冲发生器的输出脉冲信号，因此也可保证U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子的输出电平相同。任意部分电路模块的单点失效均只会造成上桥或者下桥驱动电源的故障，而不会出现同一相上下桥臂开关管驱动电源同时失效。

如图6所示，第一电源支路61的第一隔离传输支路和第二电源支路62的第二隔离传输支路可均包括一个第三斩波单元、三个第三变压器以及三个第三整流器。在第一隔离传输支路中，第三斩波单元的输入端连接到第一脉冲发生单元的输出端，三个第三变压器的原边绕组分别连接到第三斩波单元的输出端、三个第三整流单元的输入端分别连接三个第三变压器的副边绕组，三个第三整流单元的输出端分别连接到三个上桥臂输出端子；在第二隔离传输支路中，第三斩波单元的输入端连接到第二脉冲发生单元的输出端，三个第三变压器的原边绕组分别连接到第三斩波单元的输出端、三个第三整流单元的输入端分别连接三个第三变压器的副边绕组，三个第三整流单元的输出端分别连接到三个下桥臂输出端子。

同样地，由于三个上桥臂输出端子共用第一脉冲发生器的输出脉冲信号，因此也可保证U相上桥臂输出端子、V相上桥臂输出端子、W相上桥臂输出端子的输出电平相同；三个下桥臂开关管共用第二脉冲发生器的输出脉冲信号，因此也可保证U相下桥臂输出端子、V相下桥臂输出端子、W相下桥臂输出端子的输出电平相同。任意部分电路模块的单点失效均只会造成上桥或者下桥驱动电源的故障，而不会出现同一相上下桥臂开关管驱动电源同时失效。

本实用新型还提供一种电机驱动器，该电机驱动器包括驱动器、逆变模块及上述的驱动电源。上述驱动器根据驱动电源的上桥臂输出端子的输出电平及对应的控制指令生成逆变器模块中各个上桥臂开关管的控制脉冲，并根据驱动电源的下桥臂输出端子的输出电平及对应的控制指令生成逆变器模块中各个下桥臂开关管的控制脉冲。从而可方便地根据需要实现电机主动短路控制。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。