电机驱动系统及压缩机的制作方法

1.本发明涉及压缩机技术领域，特别涉及一种电机驱动系统及压缩机。


背景技术：

2.电机驱动控制中，为了改善电网功率因数(power factor，pf)，并取得较高的直流电压，通常需要使用功率因数校正(power factor correction，pfc)技术。pfc技术不仅可以校正电网功率因数，而且能提升直流电压，从而提高电机的运行速度，进而提升电机驱动能力。
3.现有的三相电机的控制系统，大部分不使用pfc技术，通常只有少部分使用通用的三相pfc拓扑技术，通用的三相pfc拓扑技术需要的功率管(比如mos管、igbt管)的耐压需要1200v，成本较高。
4.因此，有必要提出一种既可以提高输入电源的功率因数以提升电机驱动能力，又可以节省成本获得较高性价比的电机驱动系统，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高。


技术实现要素：

5.本发明提供一种电机驱动系统及压缩机，旨在提高电网输入电源的功率因数以提升电机驱动能力的同时节省成本以获得较高的性价比，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高。
6.基于本发明的一个方面，本发明提供一种电机驱动系统，其包括依次连接的三相维也纳整流器、功率开关器件和三相电机；
7.所述三相维也纳整流器被配置为将三相交流电源提供的电源电压整流并调整至预设的母线电压后加载至所述功率开关器件；
8.所述功率开关器件具有三个开关桥臂，所述功率开关器件被配置为通过三个所述开关桥臂的开关状态切换将所述母线电压传输至所述三相电机，以驱动所述三相电机运转。
9.可选的，所述功率开关器件的其中一个所述开关桥臂开启时，另外两个所述开关桥臂关断。
10.可选的，所述三相维也纳整流器包括第一～第三电感、第一～第六二极管、第一母线电容、第二母线电容、a相双向开关、b相双向开关和c相双向开关；
11.所述第一电感的第一端连接所述三相交流电源的a相，所述第二电感的第一端连接所述三相交流电源的b相，所述第三电感的第一端连接所述三相交流电源的c相；
12.所述第一电感的第二端、所述第一二极管的正向端、所述第二二极管的反向端和所述a相双向开关的第一端用于共同连接至第一电位点；
13.所述第二电感的第二端、所述第三二极管的正向端、所述第四二极管的反向端和所述b相双向开关的第一端用于共同连接至第二电位点；
14.所述第三电感的第二端、所述第五二极管的正向端、所述第六二极管的反向端和所述c相双向开关的第一端用于共同连接至第三电位点；
15.所述第一二极管的反向端、所述第三二极管的反向端、所述第五二极管的反向端和所述第一母线电容的第一端共同连接至第四电位点；
16.所述第二二极管的正向端、所述第四二极管的正向端、所述第六二极管的正向端和所述第二母线电容的第一端共同连接至第五电位点；
17.所述a相双向开关的第二端、所述b相双向开关的第二端、所述c相双向开关的第二端、所述第一母线电容的第二端和所述第二母线电容的第二端用于共同连接至第六电位点；
18.所述a相～c相双向开关各自的驱动端用于获取同一个控制信号，以调整各自的占空比；
19.所述功率开关器件的每个开关桥臂接入在所述第四电位点和所述第五电位点之间。
20.可选的，所述a相双向开关包括第一nmos管和第二nmos管，所述第一nmos管的漏极作为所述a相双向开关的第一端，所述第一nmos管的源极与所述第二nmos管的源极连接，所述第二nmos管的漏极作为所述a相双向开关的第二端，所述第一nmos管的栅极和所述第二nmos管的栅极共同作为所述a相双向开关的驱动端；
21.所述b相双向开关包括第三nmos管和第四nmos管，所述第三nmos管的漏极作为所述b相双向开关的第一端，所述第三nmos管的源极与所述第四nmos管的源极连接，所述第四nmos管的漏极作为所述b相双向开关的第二端，所述第三nmos管的栅极和所述第四nmos管的栅极共同作为所述b相双向开关的驱动端；
22.所述c相双向开关包括第五nmos管和第六nmos管，所述第五nmos管的漏极作为所述c相双向开关的第一端，所述第五nmos管的源极与所述第六nmos管的源极连接，所述第六nmos管的漏极作为所述c相双向开关的第二端，所述第五nmos管的栅极和所述第六nmos管的栅极共同作为所述c相双向开关的驱动端。
23.可选的，所述a相双向开关包括第一igbt管和第二igbt管，所述第一igbt管的发射极作为所述a相双向开关的第一端，所述第一igbt管的集电极与所述第二igbt管的集电极连接，所述第二igbt管的发射极作为所述a相双向开关的第二端，所述第一igbt管的基极和所述第二igbt管的基极共同作为所述a相双向开关的驱动端；
24.所述b相双向开关包括第三igbt管和第四igbt管，所述第三igbt管的发射极作为所述b相双向开关的第一端，所述第三igbt管的集电极与所述第四igbt管的集电极连接，所述第四igbt管的发射极作为所述b相双向开关的第二端，所述第三igbt管的基极和所述第四igbt管的基极共同作为所述b相双向开关的驱动端；
25.所述c相双向开关包括第五igbt管和第六igbt管，所述第五igbt管的发射极作为所述c相双向开关的第一端，所述第五igbt管的集电极与所述第六igbt管的集电极连接，所述第六igbt管的发射极作为所述c相双向开关的第二端，所述第五igbt管的基极和所述第六igbt管的基极共同作为所述c相双向开关的驱动端；
26.其中，所述第一～第六igbt管均为n沟道igbt管。
27.可选的，所述功率开关器件包括智能功率模块。
28.可选的，所述功率开关器件包括均为n沟道igbt管的第七～第十二igbt管；
29.所述第七igbt管的集电极、所述第九igbt管的集电极和所述第十一igbt管的集电极共同接入所述第四电位点；
30.所述第八igbt管的发射极、所述第十igbt管的发射极和所述第十二igbt管的发射极共同接入所述第五电位点；
31.所述第七igbt管的发射极和所述第八igbt管的集电极共同连接后接入所述三相电机的第一线圈；
32.所述第九igbt管的发射极和所述第十igbt管的集电极共同连接后接入所述三相电机的第二线圈；
33.所述第十一igbt管的发射极和所述第十二igbt管的集电极共同连接后接入所述三相电机的第三线圈；
34.所述第七～第十二igbt管各自的基极用于获取各自对应的偏置信号，以调整各自的开关状态。
35.可选的，所述电机驱动系统包括与所述功率开关器件连接的模块驱动电路，所述模块驱动电路用于向所述第七～第十二igbt管提供各自需要的偏置信号。
36.可选的，所述电机驱动系统还包括控制芯片，所述控制芯片用于根据所述三相电机的预设电压调整所述三相维也纳整流器的工作状态，从而调整所述三相维也纳整流器的母线电压。
37.可选的，所述三相电机的第一线圈、第二线圈和第三线圈通过星形接法连接。
38.基于本发明的另一个方面，本发明还提供一种压缩机，其包括如上所述的电机驱动系统。
39.综上所述，在本发明提供的电机驱动系统及压缩机中，电机驱动系统包括依次连接的三相维也纳整流器、功率开关器件和三相电机；三相维也纳整流器被配置为将三相交流电源提供的电源电压整流并调整至预设的母线电压后加载至功率开关器件；功率开关器件具有三个开关桥臂，功率开关器件被配置为通过三个开关桥臂的开关状态切换将母线电压传输至三相电机，以驱动三相电机运转。相较于现有技术，第一方面，三相维也纳整流器可以对三相交流电源的电源电压进行功率因数校正，可极大提高电源电压的功率因数，降低谐波电流；第二方面，三相维也纳整流器可以提升母线电压至预期值，有利于三相电机获得更大的驱动力，运行更高的转速，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高；第三方面，三相维也纳整流器使用的是半电压控制技术，可以使用成本较低的低耐压功率管，从而节省成本，提高电机驱动系统的性价比。此外，功率开关器件的三个开关桥臂可以保证三相电机获取母线电压后正常工作。
附图说明
40.本领域的普通技术人员应当理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：
41.图1是本发明一实施例的电机驱动系统的示意图；
42.图2是本发明一实施例的三相维也纳整流器的示意图；
43.图3是本发明一实施例的模块驱动电路、功率开关器件和三相电机的示意图。
44.附图中：
45.10-三相维也纳整流器；l1-第一电感；l2-第二电感；l3-第三电感；d1-第一二极管；d2-第二二极管；d3-第三二极管；d4-第四二极管；d5-第五二极管；d6-第六二极管；c1-第一母线电容；c2-第二母线电容；sa-a相双向开关；q1-第一nmos管、第一igbt管；q2-第二nmos管、第二igbt管；sb-b相双向开关；q3-第三nmos管、第三igbt管；q4-第四nmos管、第四igbt管；sc-c相双向开关；q5-第五nmos管、第五igbt管；q6-第六nmos管、第六igbt管；n1-第一电位点；n2-第二电位点；n3-第三电位点；n4-第四电位点；n5-第五电位点；n6-第六电位点；
46.20-功率开关器件；q7-第七igbt管；q8-第八igbt管；q9-第九igbt管；q10-第十igbt管；q11-第十一igbt管；q12-第十二igbt管；
47.30-三相电机；31-第一线圈；32-第二线圈；33-第三线圈。
48.40-三相交流电源；
49.50-模块驱动电路；
50.60-控制芯片。
具体实施方式
51.为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。
52.如在本发明中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，术语“若干”通常是以包括“至少一个”的含义而进行使用的，术语“至少两个”通常是以包括“两个或两个以上”的含义而进行使用的，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者至少两个该特征，“一端”与“第二端”以及“近端”与“远端”通常是指相对应的两部分，其不仅包括端点，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。此外，如在本发明中所使用的，一元件设置于另一元件，通常仅表示两元件之间存在连接、耦合、配合或传动关系，且两元件之间可以是直接的或通过中间元件间接的连接、耦合、配合或传动，而不能理解为指示或暗示两元件之间的空间位置关系，即一元件可以在另一元件的内部、外部、上方、下方或一侧等任意方位，除非内容另外明确指出外。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
53.本发明一实施例提供一种电机驱动系统及压缩机，旨在提高电网输入电源的功率因数以提升电机驱动能力的同时节省成本以获得较高的性价比，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高。
54.下面请结合附图对本发明实施例的电机驱动系统及压缩机进行详细地说明。其中，图1是本发明一实施例的电机驱动系统的示意图，图2是本发明一实施例的三相维也纳
整流器的示意图，图3是本发明一实施例的模块驱动电路、功率开关器件和三相电机的示意图。
55.如图1所示，本发明一实施例的电机驱动系统包括依次连接的三相维也纳整流器10、功率开关器件20和三相电机30，三相电机30的三个线圈比如可以按照图3中的顺时针方向依次记作第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33。所述三相维也纳整流器10被配置为将三相交流电源40提供的电源电压整流并调整至预设的母线电压后加载至所述功率开关器件20，其中，三相交流电源40的三相分别是a相、b相和c相，三相维也纳整流器10接入三相交流电源40的a相、b相和c相。所述功率开关器件20具有三个开关桥臂，比如可分别记作第一开关桥臂、第二开关桥臂和第三开关桥臂，进一步地，比如可以是第一线圈31连接至第一开关桥臂，第二线圈32连接至第二开关桥臂，第三线圈33连接至第三开关桥臂。所述功率开关器件20被配置为通过三个所述开关桥臂的开关状态(即开关桥臂处于开启状态还是关断状态)切换将所述母线电压传输至所述三相电机30，以驱动所述三相电机30运转。关于三个开关桥臂的开关状态的具体切换方法，通常地，其中一个所述开关桥臂开启时，另外两个所述开关桥臂关断，保证三相电机30获取母线电压后可以正常运转工作。在一实施例中，三相电机30的第一线圈31、第二线圈32和第三线圈33通过星形接法连接。
56.可理解的，三相维也纳整流器10也称功率因数修正电路，可以接收三相交流电源，三相维也纳整流器10可以控制自身输出的母线电压以满足三相电机30需要的电压。本发明基于三相维也纳整流器10设计的电机驱动系统，第一方面，三相维也纳整流器10可以对三相交流电源40的电源电压进行功率因数校正，可极大提高电源电压的功率因数，降低谐波电流；第二方面，三相维也纳整流器10可以提升母线电压至预期值(比如达到650v～700v)，有利于三相电机30获得更大的驱动力，运行更高的转速，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高；第三方面，现有技术中使用通用三相pfc拓扑技术，需要高耐压(耐压值通常约为1200v)的功率管，成本较高，而三相维也纳整流器10使用的是半电压控制技术，可以使用成本较低的低耐压功率管(耐压值通常约为650v)，从而节省成本，提高电机驱动系统的性价比。
57.进一步地，电机驱动系统还包括控制芯片60，所述控制芯片60用于根据所述三相电机30的预设电压调整所述三相维也纳整流器10的工作状态，从而调整所述三相维也纳整流器10的母线电压，也即控制芯片60根据三相电机30需要的电压而反馈控制三相维也纳整流器10的工作状态，使得三相维也纳调整自身的输出电压(通常作升压处理)，以满足三相电机30的运转需求。
58.进一步，电机驱动系统还包括控制芯片60和模块驱动电路50，控制芯片60、模块驱动电路50和功率开关器件20依次连接，模块驱动电路50与功率开关器件20的三个开关桥臂连接，控制芯片60通过模块驱动电路50来控制三个开关桥臂的开关状态切换。
59.需说明的是，本发明对于控制芯片60的数量不做具体限制。比如电机驱动系统包括三颗控制芯片60，分别与三相维也纳整流器10、模块驱动电路50和三相电机30连接，三颗控制芯片60分别控制三相维也纳整流器10、模块驱动电路50和三相电机30各自的工作状态，且三颗控制芯片60彼此之间通信连接(例如ttl连接)，以使三相整流器、模块驱动电路50和三相电机30之间实现状态交互。或者电机驱动系统包括一颗控制芯片60，该控制芯片60分别与三相维也纳整流器10、模块驱动电路50和功率开关器件20连接，用于控制三相维
也纳整流器10、模块驱动电路50和三相电机30各自的工作状态，通过单颗控制芯片60也可实现三相维也纳整流器10、模块驱动电路50和三相电机30之间的状态交互。可理解的，控制芯片60控制模块驱动电路50的工作状态可视为控制功率开关器件20三个开关桥臂的开关状态。
60.进一步地，参阅图2，所述三相维也纳整流器10的电路结构包括第一～第三电感、第一～第六二极管、第一母线电容c1、第二母线电容c2、a相双向开关sa、b相双向开关sb和c相双向开关sc。其中，所述第一电感l1的第一端连接所述三相交流电源40的a相，所述第二电感l2的第一端连接所述三相交流电源40的b相，所述第三电感l3的第一端连接所述三相交流电源40的c相；所述第一电感l1的第二端、所述第一二极管d1的正向端、所述第二二极管d2的反向端和所述a相双向开关sa的第一端用于共同连接至第一电位点n1；所述第二电感l2的第二端、所述第三二极管d3的正向端、所述第四二极管d4的反向端和所述b相双向开关sb的第一端用于共同连接至第二电位点n2；所述第三电感l3的第二端、所述第五二极管d5的正向端、所述第六二极管d6的反向端和所述c相双向开关sc的第一端用于共同连接至第三电位点n3；所述第一二极管d1的反向端、所述第三二极管d3的反向端、所述第五二极管d5的反向端和所述第一母线电容c1的第一端共同连接至第四电位点n4；所述第二二极管d2的正向端、所述第四二极管d4的正向端、所述第六二极管d6的正向端和所述第二母线电容c2的第一端共同连接至第五电位点n5；所述a相双向开关sa的第二端、所述b相双向开关sb的第二端、所述c相双向开关sc的第二端、所述第一母线电容c1的第二端和所述第二母线电容c2的第二端用于共同连接至第六电位点n6。所述a相～c相双向开关各自的驱动端用于获取同一个控制信号(比如控制芯片60提供的pwm信号)，以调整各自的占空比，对于上述三个双向开关，这里的占空比＝开启时间/(开启时间+关断时间)。所述功率开关器件20的每个开关桥臂接入在所述第四电位点n4和所述第五电位点n5之间。可理解的，第六电位点n6也即是三相维也纳整流器10的中性点电位。
61.更进一步地，继续参阅图2，所述a相双向开关sa包括第一nmos管q1和第二nmos管q2，所述第一nmos管q1的漏极作为所述a相双向开关sa的第一端，所述第一nmos管q1的源极与所述第二nmos管q2的源极连接，所述第二nmos管q2的漏极作为所述a相双向开关sa的第二端，所述第一nmos管q1的栅极和所述第二nmos管q2的栅极共同作为所述a相双向开关sa的驱动端。所述b相双向开关sb包括第三nmos管q3和第四nmos管q4，所述第三nmos管q3的漏极作为所述b相双向开关sb的第一端，所述第三nmos管q3的源极与所述第四nmos管q4的源极连接，所述第四nmos管q4的漏极作为所述b相双向开关sb的第二端，所述第三nmos管q3的栅极和所述第四nmos管q4的栅极共同作为所述b相双向开关sb的驱动端。所述c相双向开关sc包括第五nmos管q5和第六nmos管q6，所述第五nmos管q5的漏极作为所述c相双向开关sc的第一端，所述第五nmos管q5的源极与所述第六nmos管q6的源极连接，所述第六nmos管q6的漏极作为所述c相双向开关sc的第二端，所述第五nmos管q5的栅极和所述第六nmos管q6的栅极共同作为所述c相双向开关sc的驱动端。
62.在一可替代性的实施例中，所述a相双向开关sa包括第一igbt管q1和第二igbt管q2，所述第一igbt管q1的发射极作为所述a相双向开关sa的第一端，所述第一igbt管q1的集电极与所述第二igbt管q2的集电极连接，所述第二igbt管q2的发射极作为所述a相双向开关sa的第二端，所述第一igbt管q1的基极和所述第二igbt管q2的基极共同作为所述a相双
向开关sa的驱动端。所述b相双向开关sb包括第三igbt管q3和第四igbt管q4，所述第三igbt管q3的发射极作为所述b相双向开关sb的第一端，所述第三igbt管q3的集电极与所述第四igbt管q4的集电极连接，所述第四igbt管q4的发射极作为所述b相双向开关sb的第二端，所述第三igbt管q3的基极和所述第四igbt管q4的基极共同作为所述b相双向开关sb的驱动端。所述c相双向开关sc包括第五igbt管q5和第六igbt管q6，所述第五igbt管q5的发射极作为所述c相双向开关sc的第一端，所述第五igbt管q5的集电极与所述第六igbt管q6的集电极连接，所述第六igbt管q6的发射极作为所述c相双向开关sc的第二端，所述第五igbt管q5的基极和所述第六igbt管q6的基极共同作为所述c相双向开关sc的驱动端。其中，第一～第六igbt管均为n沟道igbt管。
63.优选地，所述功率开关器件20包括智能功率模块。根据现有技术可知，智能功率模块(intelligent power module，ipm)是一种先进的功率开关器件，具有gtr(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及mosfet(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。本实施例的电机驱动系统选用智能功率模块不仅可以使得系统运行更加稳定、效率更高，提升系统的鲁棒性，而且可以减小了系统的体积以及开发时间。
64.进一步地，功率开关器件20采用智能功率模块，具体地，请参阅图3，智能功率模块(ipm)包括均为n沟道igbt管的第七～第十二igbt管。其中，所述第七igbt管q7的集电极、所述第九igbt管q9的集电极和所述第十一igbt管q11的集电极共同接入所述第四电位点n4；所述第八igbt管q8的发射极、所述第十igbt管q10的发射极和所述第十二igbt管q12的发射极共同接入所述第五电位点n5；所述第七igbt管q7的发射极和所述第八igbt管q8的集电极共同连接后接入所述三相电机30的第一线圈31；所述第九igbt管q9的发射极和所述第十igbt管q10的集电极共同连接后接入所述三相电机30的第二线圈32；所述第十一igbt管q11的发射极和所述第十二igbt管q12的集电极共同连接后接入所述三相电机30的第三线圈33，所述第七～第十二igbt管q12各自的基极用于获取各自对应的偏置信号，以调整各自的开关状态。
65.可理解的，第七igbt管q7和第八igbt管q8连接后形成第一开关桥臂，第一桥臂连接第一线圈31；第九igbt管q9和第十igbt管q10连接后形成第二开关桥臂，第二桥臂连接第二线圈32；第十一igbt管q11和第十二igbt管q12连接后形成第三开关桥臂，第三桥臂连接第三线圈33。需说明的是，为保证第一开关桥臂开启，需保证第七igbt管q7和第八igbt管q8获取各自对应的偏置信号后同时开启，第二开关桥臂和第三开关桥臂与此同理，这里不再展开说明。
66.在一实施例中，模块驱动电路50输出六路偏置信号，分别提供给第七～第十二igbt管q12。进一步地，模块驱动电路50具有电平转换功能，用于将控制芯片60提供的低电平信号转换成高电平的偏置信号，从而开启igbt管。
67.基于上述的电机驱动系统，本发明还提供一种压缩机，其包括如上所述的电机驱动系统。应理解，由于所述的压缩机包括所述的电机驱动系统，故所述压缩机也具有所述电机驱动系统所带来的有益效果，本实施对于压缩机的工作原理及其他结构部件不再展开说明，本领域技术人员可根据现有技术知悉。
68.综上所述，在本发明提供的电机驱动系统及压缩机中，电机驱动系统包括依次连
接的三相维也纳整流器、功率开关器件和三相电机；三相维也纳整流器被配置为将三相交流电源提供的电源电压整流并调整至预设的母线电压后加载至功率开关器件；功率开关器件具有三个开关桥臂，功率开关器件被配置为通过三个开关桥臂的开关状态切换将母线电压传输至三相电机，以驱动三相电机运转。相较于现有技术，第一方面，三相维也纳整流器可以对三相交流电源的电源电压进行功率因数校正，可极大提高电源电压的功率因数，降低谐波电流；第二方面，三相维也纳整流器可以提升母线电压至预期值，有利于三相电机获得更大的驱动力，运行更高的转速，从而使得压缩机运行更稳定，运行效率更高；第三方面，三相维也纳整流器使用的是半电压控制技术，可以使用成本较低的低耐压功率管，从而节省成本，提高电机驱动系统的性价比。此外，功率开关器件的三个开关桥臂可以保证三相电机获取母线电压后正常工作。
69.上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。