一种高效率的永磁同步电机的驱动电路及驱动方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电机控制技术领域，更具体的说，涉及一种高效率的永磁同步电机的 驱动电路及驱动方法。
【背景技术】
[0002] 永磁同步电机（PMSM)由于其自身具有重量轻、体积小、结构简单和功率密度高等 一些优点，在日常生活、工农业生产以及国家经济发展中起到了重要的作用。由于永磁材料 性能的不断提高和完善，以及电力电子器件的进一步发展，永磁同步电机的应用越来越广 泛。在一些应用场合中希望能最大限度控制系统的成本，无位置传感器技术省去了常规的 位置传感器，如光电编码盘、旋转变压器等设备，大大降低了系统的成本。传统的无位置传 感器的永磁同步电机的控制方案采用矢量控制，无位置传感器的矢量控制可以实现较好的 永磁同步电机控制，但是存在算法复杂，计算量大，需要较高级的处理器。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明提出了一种高效率的永磁同步电机的驱动电路及驱动方法，通 过采样永磁同步电机的其中一相的电压和电流的幅值信息来估算出该相的反电势幅值， 然后将估算的反电势幅值与利用反电势常数获得反电势幅值进行比较，以产生角度差值信 号，根据所述角度差值信号控制所述反电势相位和电流相位一致，以实现每安培电流的转 矩最大。
[0004] 依据本发明的一种高效率的永磁同步电机的驱动电路，通过控制三相逆变器中开 关管的开关状态，以控制所述永磁同步电机的工作电流，所述驱动电路包括转速检测电路、 相位差计算模块、三相调制波产生电路和三相PWM控制电路，
[0005] 所述转速检测电路用以检测所述永磁同步电机上的定子电流信息，以获得转子的 转速测量值；
[0006] 所述相位差计算模块接收所述永磁同步电机的其中一相定子的电流幅值信号和 电压幅值信号，并据此估算出该相的反电势幅值，所述相位差计算模块将估算的反电势幅 值与通过电机的反电势常数获得的反电势幅值进行差值运算，以产生一角度差值信号；
[0007] 每一相调制波产生电路接收所述转速测量值和所述角度差值信号，根据所述转速 测量值获得一第一马蹄形调制波；然后根据所述角度差值信号调节所述马蹄形调制波的相 位，以使得对应一相的反电势相位与电流相位一致，其中，三相的第一马蹄形调制波相位互 差 120。；
[0008] 每一相PWM控制电路接收对应一相的第一马蹄形调制波和一比例系数，以获得第 二马蹄形调制波，并将所述第二马蹄形调制波和一三角波进行比较，以产生PWM控制信号， 所述PWM控制信号用以控制逆变器中对应一相的开关管的导通和关断，从而调节所述永磁 同步电机的电流，实现对所述永磁同步电机的正弦波电流控制。
[0009] 进一步的，所述相位差计算模块包括电流幅值采样电路、电压幅值采样电路、反电 势估算模块和计算电路，
[0010] 所述电流幅值采样电路采样所述永磁同步电机的其中一相的定子电流信息以获 得该相的电流幅值信号；
[0011] 所述电压幅值采样电路接收对应一相的定子电压信息，以获得该相的电压幅值信 号；
[0012] 所述反电势估算模块接收所述电流幅值信号和电压幅值信号，以据此估算出该相 的反电势幅值；
[0013] 所述计算电路接收所述估算的反电势幅值和通过电机的反电势常数计算的反电 势幅值，所述计算电路将两者进行差值计算以输出所述角度差值信号。
[0014] 优选的，所述反电势幅值的估算过程具体包括：根据所述永磁同步电机的向量等 式估算反电势幅值大小，其中，永磁同步电机的向量等式为：
[0015]
[0016] 其中，Us是预定的电机电压，Em为永磁同步电机的反电势，Xd、Xq为永磁同步电机 在d轴和q轴下的电感、Id、Iq为永磁同步电机在d轴和q轴下的电流，rs是定子电阻，is 是定子电流幅值。
[0017] 进一步的，所述相位差计算模块包括第一乘法电路，所述第一乘法电路接收所述 转速测量值和电机的反电势常数，经乘法运算后获得反电势的幅值。
[0018] 进一步的，所述比例系数由转速调节电路产生，所述转速调节电路接收所述转速 测量值和参考转速值，经误差计算获得一误差信号，所述误差信号经过比例积分微分运算 后获得所述比例系数。
[0019] 进一步的，所述每一相PWM控制电路包括第二乘法电路和开关信号产生电路，
[0020] 所述第二乘法电路接收所述第一马蹄形调制波和所述比例系数，以生成第二马蹄 形调制波；
[0021] 所述开关信号产生电路接收所述第二马蹄形调制波和所述三角波信号，以产生所 述PWM控制信号，其中，所述三角波信号由三角波产生电路提供。
[0022] 优选的，采样对应相的定子电压信息以获得所述电压幅值信号，所述对应相与采 样定子电流信息的相为相同的一相。
[0023] 优选的，所述驱动电路还包括第三乘法电路，所述第三乘法电路接收一正弦波信 号和所述比例系数，经乘法运算后产生所述电压幅值信号，其中，所述正弦波信号与所述第 一马蹄形调制波相位相同。
[0024] 依据本发明的一种高效率的永磁同步电机的驱动方法，通过控制三相逆变器中开 关管的开关状态，以控制所述永磁同步电机的工作电流，包括以下步骤：
[0025] 检测所述永磁同步电机上的定子电流信息，以获得转子的转速测量值；
[0026] 接收所述永磁同步电机的其中一相定子的电流幅值信号和电压幅值信号，并据此 估算出该相的反电势幅值，将估算的反电势幅值与通过电机的反电势常数计算的反电势幅 值进行差值运算，以产生一角度差值信号；
[0027] 接收所述转速测量值和所述角度差值信号，根据所述转速测量值获得一第一马蹄 形调制波；然后根据所述角度差值信号调节所述马蹄形调制波的相位，以使得对应一相的 反电势相位与电流相位一致，其中，三相的第一马蹄形调制波相位互差120° ;
[0028] 接收所述第一马蹄形调制波和一比例系数，以获得第二马蹄形调制波，并将所述 第二马蹄形调制波和一三角波进行比较，以产生PWM控制信号，所述PWM控制信号用以控制 逆变器中对应一相的开关管的导通和关断，从而调节所述永磁同步电机的电流，实现对所 述永磁同步电机的正弦波电流控制。
[0029] 进一步的，所述角度差值信号产生的具体步骤包括：
[0030] 采样所述永磁同步电机的其中一相的定子电流信息以获得该相的电流幅值信 号；
[0031] 接收对应一相的定子电压信息，以获得该相的电压幅值信号；
[0032] 接收所述电流幅值信号和电压幅值信号，以据此估算出该相的反电势幅值；
[0033] 接收所述估算的反电势幅值和通过电机的反电势常数计算的反电势幅值，将两者 进行差值计算以输出所述角度差值信号。
[0034] 依据上述的高效率的永磁同步电机的驱动电路及驱动方法，通过采样永磁同步电 机的其中一相的电压和电流的幅值信息来估算出该相的反电势幅值，然后将估算的反电势 幅值与利用反电势常数获得的反电势幅值进行比较，以产生角度差值信号，根据所述角度 差值信号控制所述反电势相位和电流相位一致，以实现每安培电流的转矩最大。本发明的 永磁同步电机不需要复杂的坐标变换，算法简单、易于实现，且只需采样一相的转子电压电 流信息即可推出三相的马蹄形调制波，电路简单，成本低。
【附图说明】
[0035] 图1所示为依据本发明的永磁同步电机的驱动电路的第一实施例的电路框图；
[0036]图2所示为依据本发明的永磁同步电机的在转矩最大时的矢量图；
[0037] 图3所示为依据本发明的永磁同步电机的驱动电路的第二实施例的电路框图；
【具体实施方式】
[0038] 以下结合附图对本发明的几个优选实施例进行详细描述，但本发明并不仅仅限于 这些实施例。本发明涵盖任何在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方 案。为了使公众对本发明有彻底的了解，在以下本发明优选实施例中详细说明了具体的细 节，而对本领域技术人员来说没有这些细节的描述也可以完全理解本发明。
[0039] 参考图1，所示为依据本发明的永磁同步电机的驱