一种直流无刷电机的软开关控制系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于开关电源的变换电路领域，尤其涉及一种直流无刷电机的软开关控制系统。
【背景技术】
[0002]近年来，直流无刷电机以其优越的性能获得了迅猛发展，然而，直流无刷电机通常采用硬开关逆变器来驱动。直流无刷电机的逆变器是一个高频开关，存在诸多弊端。例如，硬开关逆变器开通时，开关器件的电流上升和电压下降同时进行；硬开关逆变器关断时，电压上升和电流下降同时进行。因此，电压和电流波形的交叠产生了开关损耗，该损耗随开关频率的提高而急速增加。另一方面，直流无刷电机和分布电感在关断时会感应出尖峰电压，开关频率愈高，关断愈快，该感应电压也愈高，di/dt和dv/dt也同时增大，会产生严重的电磁干扰。高频率工作导致电磁干扰增大，干扰逆变器和周围电子设备的工作。因此，采用硬开关的逆变器系统性能低，开关器件的电压和电流应力也严重限制了逆变器的功率密度和大功率应用。
【发明内容】
[0003]有鉴于此，本发明的目的即在于提供一种直流无刷电机的软开关控制系统，实现软开关控制，降低开关器件的开关损耗和噪声干扰，从而提高逆变器的性能。
[0004]为了实现上述目的，本发明提供的直流无刷电机的软开关控制系统，包括:直流电源、辅助开关K7、续流二极管Dl、LC电路、辅助电感L1、移相脉冲发生器以及通过三个极点与所述直流无刷电机相连的三相逆变桥；
[0005]所述辅助开关K7和所述辅助电感LI依次串接在所述直流电源的输出端和所述三相逆变桥回路中，所述续流二极管Dl的阴极接所述辅助开关K7和所述辅助电感LI的共接点，所述续流二极管Dl的阳极接所述直流电源的地，所述LC电路连接在所述辅助开关K7和所述辅助电感LI的共接点与所述直流电源的地之间；所述移相脉冲发生器一方面通过输出第一控制脉冲来控制所述辅助开关K7的通断，另一方面通过输出第二调制脉冲来控制所述三相逆变桥任一桥臂的通断；并且，所述第一控制脉冲与所述第二调制脉冲的频率和占空比相同，所述第一控制脉冲在相位上超前所述第二调制脉冲一预设时间tl。
[0006]本发明提供的直流无刷电机的软开关控制系统，移相脉冲发生器输出第一控制脉冲控制辅助开关K7的通断，输出第二调制脉冲来控制三相逆变桥任一桥臂的通断；并且，第一控制脉冲与第二调制脉冲的频率和占空比相同，前者仅在相位上超前后者一预设时间tlo根据此移相脉冲发生器输出的一前一后两组脉冲信号，能够实现辅助开关K7和三相逆变桥的软开关功能，在所有开关管两端的电压或电流为零时才导通或关断，减少开关切换损耗，降低噪声干扰，使开关条件得以改善，能有效的降低逆变桥故障率，提高逆变器的性能，提尚电路工作可靠性。
【附图说明】
[0007]图1是本发明实施例提供的直流无刷电机的软开关控制系统的结构示意图；
[0008]图2是本发明实施例提供的直流无刷电机的软开关控制系统的工作时序示例图；
[0009]图3是与图2对应的各开关管上的电流电压变化波形图。
【具体实施方式】
[0010]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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发明，并不用于限定本发明。
[0011]图1是本发明实施例提供的直流无刷电机的软开关控制系统的结构示意图；为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，如图所示:
[0012]一种直流无刷电机的软开关控制系统，与直流无刷电机相连，包括:直流电源、辅助开关K7、续流二极管Dl、LC电路、辅助电感L1、移相脉冲发生器10以及通过三个极点与所述直流无刷电机相连的三相逆变桥。
[0013]具体而言，辅助开关K7和辅助电感LI依次串接在直流电源的输出端和三相逆变桥回路中，续流二极管Dl并接在辅助开关K7的后端与直流电源地之间，即续流二极管Dl的阴极接辅助开关K7与辅助电感LI的共接点，阳极接直流电源地；LC电路的一端接辅助开关K7和辅助电感LI的共接点，另一端接直流电源地。移相脉冲发生器10输出两路脉冲信号，一方面通过输出第一控制脉冲Dt+来控制辅助开关K7的通断，另一方面通过输出第二调制脉冲Dt来控制三相逆变桥中任一桥臂开关管K1-K6的通断；并且，第一控制脉冲Dt+与第二调制脉冲Dt的频率和占空比相同，第一控制脉冲Dt+在相位上超前第二调制脉冲Dt —个预设时间tl。
[0014]作为一优选实施例，根据控制系统中各元器件的参数配置，该预设时间tl可以设置为0.5?2微秒，即第一控制脉冲Dt+在相位上超前第二调制脉冲Dt为0.5?2微秒。根据图1所示的第一控制脉冲Dt+与第二调制脉冲Dt的示意图，当第一控制脉冲Dt+的正驱动脉冲打开辅助开关K7的0.5?2微秒时间内，直流电源经辅助开关K7、LC电路到电源地，给电容Cl充电，因为有电感L2串联在电路中，电流只能从零缓慢上升；此时，直流电源、辅助电感L1、三相逆变桥到直流电源地的这个回路，因为三相逆变桥还没有打开而没有电流，所以辅助开关K7是零电流软开通；0.5?2微秒之后辅助开关K7完全打开，三相逆变桥在第二调制脉冲Dt的驱动下开启任一桥臂给电机其中一相绕组通电，因为电感L2串联在该回路中，电流也只能从零缓慢上升，所以三相逆变桥的也是零电流软开通。下一步，在辅助开关K7和逆变桥开通期内，电容Cl已充满电，电容Cl两端的电压等于电源电压，即辅助开关K7两端的电压相等。辅助开关K7关闭，因为电容Cl两端的电压不能突变，在辅助开关K7关断时能够维持电压，所以辅助开关K7是零电压软关断；辅助开关K7关断后，由于辅助电感LI的电流不能突变，续流二极管Dl进行续流，辅助电感LI的能量经逆变桥到电机回路释放；与此同时，电容Cl的能量经电感L2、辅助电感LI和逆变桥到电机回路释放。0.5?2微秒后，电感L1、电容Cl的能量释放完成，此时逆变桥已无电压和电流，逆变桥通电的桥臂也实现零电压和零电流软关断。
[0015]由此可知，本发明实施例提供的直流无刷电机的软开关控制系统，在所有开关管两端的电压或电流为零时才导通或关断，切实减少开关切换损耗，降低噪声干扰，使开关条件得以改善，能有效的降低逆变桥故障率，提高逆变器的性能，提高电路工作可靠性。
[0016]需要特别强调的是，第一控制脉冲Dt+在相位上超前第二调制脉冲Dt为0.5?2微秒是根据各元器件的参数配置实现的，在具体实施过程中，两路脉冲信号的相位差可以根据实际情况进行配置。并且，产生该两路脉冲信号的移相脉冲发生器的原型可以由软件编程产生，例如在单片机或者DSP中实现，也可以通过硬件电路产生，例如通过放大电路驱动后用于本系统中辅助开关K6和三相逆变桥中各个开关管的通断控制。
[0017]在具体实施过程中，直流电源可以为交流市电经整流后形成的直流电源，也可以为由若干电池串并在一起形成的电池组。
[0018]具体的，LC电路可以包括电感L2和电容Cl。继续参见图1，电感L2的第一端接辅助开关K7和辅助电感LI的共接点，电感L2的第二端通过电容Cl接直流电源地。实际上，该LC电路中的电感L2和电容Cl的位置也可以互换，即电容Cl的第一端接辅助开关K7和辅助电感LI的共接点，电容Cl的第二端通过电感L2接直流电源地。
[0019]进一步的，辅助电感LI可以选用带磁芯的电感或者空芯电感。而LC电路中的电感L2的选材一般与辅助电感LI相同，只是其过电流要较辅助电感LI小。电容Cl 一般选用薄膜电容为佳。辅助开关K7 —般选用体内带有二极管的MOS管或者IGBT。而三相逆变桥中的六个开关管也同样可以选用MOS管或者IGBT ;逆变桥中的每个开关管中分别包括一个功