一种变频电机驱动器及基于角度变化的融合脉宽调制方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及变频电机领域，尤其设及一种变频电机驱动器及基于角度变化的融合 脉宽调制方法。
【背景技术】
[0002] 变频永磁电机是一种应用非常广泛的变频用的电机，其结构简单，性能优越，发展 前景广阔。变频永磁电机是在有刷直流电动机基础上发展起来的一种新型机电一体化的电 动机，它利用电子换向器取代机械电刷和机械换向器，使运种电机不仅保留了直流电机的 原有的优良性能，而且具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点。变频永磁 电机主要由电机本体、转子位置传感器和驱动电路=部分组直流电源通过电子开关电路向 电动机定子绕组供电，位置传感器随时检测到转子所处的位置，并根据转子的位置信号来 控制开关MOS管的导通和截止，从而控制电机的运转。可见，除电机主体外，驱动电路是永磁 电动机整体性能得W提高的关键，而驱动电路不同的控制方式则会使电机产生不同的性 能。
【发明内容】
[0003] 为了克服现有技术的不足，本发明提供一种变频电机驱动器及基于角度变化的融 合脉宽调制方法，通过对变频电机驱动器进行设计，使得导通模式下每周期共同12个状态， 可使变频电机驱动的理想波形与实际波形基本吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失 真，可提局变频电机的驱动效率。
[0004] 为此，本发明第一方面提供一种变频电机驱动器，与转子位置传感器信号连接，并 根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机的运转，包括电源、电机控制信号处理 器、驱动电路、逻辑保护电路和电流检测电路。
[0005] 所述驱动电路的输出端连接于所述变频电机的控制端。
[0006] 所述电机控制信号处理器设于位置传感器与驱动电路之间，用于获取位置传感器 检测到的转子位置并根据该转子位置转换成控制指令控制驱动电路中开关MOS管的导通和 截止，从而控制变频电机的运转。
[0007] 所述逻辑保护电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，用于检测 变频电机驱动器的过压状态。
[000引所述电流检测电路设于所述电机控制信号处理器与所述驱动电路之间，采用霍尔 传感器检测电机工作时的电流。
[0009]进一步地，还包括升压电路，所述升压电路设于电源与所述驱动电路之间，用于提 高电机驱动的直流母线电压W提高电机的最高转速。
[0010] 进一步地，所述驱动电路包括VTl~VT6六个开关MOS管，其中VT1、VT3、VT5为上桥 臂开关MOS管，VT4、VT6、VT2为下桥臂开关MOS管，所述VTl和VT4为上下一组对应的桥臂，中 间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关;VT3和VT6为上下一组对应的桥臂，中间 连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关;FT5和VT2为上下一组对应的桥臂，中间连 接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关;在电机控制信号处理器的控制下，处于上下 一组对应的桥臂的二开关MOS管不能同时导通。
[0011] 进一步地，所述驱动电路还包括并联于直流母线上的耐高压电容，用于当意外停 机时，母线上产生的瞬间高压由于所述电容两端的电压不能突变而得到抑制。
[0012] 进一步地，所述驱动电路还包括多个齐纳二极管，每一所述齐纳二极管并联于一 开关MOS管上，用于切换过程的续流。
[0013] 本发明第二方面提供一种基于角度变化的融合脉宽调制方法，基于上述的变频电 机驱动器，先设0为某一时刻相应开通的一组开关MOS管的滞后关断角，当0 = 0时，为双相导 通六状态模式;当0 = 60°时，则在60°电角度内为=相导通六状态模式;其中：
[0014] 双相导通六状态模式下：
[0015] 当位置传感器检测转子处于0~6〇°+0电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱 动电路中相应的开关MOS管导通;具体如下：从电角度0度开始，开关MOS管的导通顺序依次 是:VTUVT4-组，VTUVT6-组，VT3、VT6-组，VT3、VT2-组，V1'5、VT2-组，V1'5、VT4-组；在 运种通电方式下，电机转子的转动转矩是通电的两相电枢绕组所受到的转动转矩的矢量 和，是单相绕组转矩游倍，即Tab二化；
[0016] =相导通六状态模式下：
[0017] 当位置传感器检测转子处于0~0电角度的时刻，电机控制信号处理器控制驱动电 路中相应的开关MOS管导通;具体如下：从电角度0度开始，开关MOS管的导通顺序依次为： ￥14、￥1'1、￥16-组，￥1'1、￥16、￥13-组，￥16、￥13、￥12-组，￥13、￥12、￥1'5-组，￥12、￥1'5、￥14- 组，VT5、VT4、VT1-组，W运种方式运转一周期，转子合成驱动转矩与双相方式下是一致的 效果，均为六状态，不过此时由于=相电流同时作用，其合成转矩的幅值为单相绕组转矩的 1.5倍;虽然每改变一次状态也只是更换一个开关MOS管，但是每个开关MOS管的导通时间增 加了。
[001引在双相导通六状态模式下，每一瞬间状态有两个开关MOS管导通，即每隔1/6周期 换相一次，并且每次只换相一个开关MOS管，不同桥臂之间左右换相，每个开关MOS管导通 120°电角度。
[0019] 在立相导通六状态模式下，是每一瞬间状态有立个开关MOS管导通，即每隔1/6周 期换相一次，每次换相时是同一桥臂的上下管之间换相，每个开关MOS管导通180°电角度。
[0020] 本发明提供的所述变频电机驱动器及基于角度变化的融合脉宽调制方法，在导通 模式下每周期共有12个状态，通过采用一致性好的驱动开关MOS管，可使变频电机驱动的理 想波形与实际波形基本吻合，使得变频电机在高速运行时不产生失真，可提高变频电机的 驱动效率。
【附图说明】
[0021 ]图1为本发明提供的一种变频电机驱动器的结构框图；
[0022] 图2为图1中驱动电路的结构示意图；
[0023] 图3为双相导通六状态模式下的两相转矩合成图；
[0024] 图4为=相导通六状态模式下的=相转矩合成图；
[0025] 图5为目~60。+目导通模式下的波形图；
[0026] 图6为0~0导通模式下的波形图。
【具体实施方式】
[0027] 下面结合附图对本发明的实施例进行详述。
[0028] 请参阅图1，本发明提供一种变频电机驱动器，与转子位置传感器20信号连接，并 根据位置传感器检测到的转子位置来驱动变频电机30的运转，包括电源11、电机控制信号 处理器12、驱动电路13、逻辑保护电路14、电流检测电路15和升压电路16。
[0029] 所述驱动电路13的输出端连接于所述变频电机30的控制端。
[0030] 所述电机控制信号处理器12设于位置传感器20与驱动电路13之间，用于获取位置 传感器20检测到的转子位置并根据该转子位置转换成控制指令控制驱动电路中开关MOS管 的导通和截止，从而控制变频电机30的运转。
[0031 ]所述逻辑保护电路14设于所述电机控制信号处理器12与所述驱动电路13之间，用 于检测变频电机驱动器的过压状态，其采用电阻分压法，分压后的电压信号经过电容滤波 处理后由双路单电压运算放大器进行运放处理后输入到电机控制信号处理器的ADC模块， 实现判断是否过压。
[0032] 所述电流检测电路15设于所述电机控制信号处理器12与所述驱动电路13之间，采 用霍尔传感器检测电机工作时的电流。经过霍尔传感器检测的电流信号通过电压信号输 出，再经过两级运放滤波、处理使电压控制在0~3V之间，最后输入到电机控制信号处理器 的ADC模块，实现判断电机工作时的相电流。
[0033] 所述升压电路16设于电源11与所述驱动电路13之间，用于提高电机驱动的直流母 线电压W提高电机的最高转速。
[0034] 请参阅图2,所述驱动电路包括VTl~VT6六个N沟道的开关MOS管，其中VTl、VT3、 V巧为上桥臂开关MOS管，VT4、VT6、VT2为下桥臂开关MOS管，所述VTl和Vl'4为上下一组对应 的桥臂，中间连接电机A相，形成控制流经电机A相线圈的开关;VT3和VT6为上下一组对应的 桥臂，中间连接电机B相，形成控制流经电机B相线圈的开关;rrS和VT2为上下一组对应的桥 臂，中间连接电机C相，形成控制流经电机C相线圈的开关;在电机控制信号处理器的控制 下，处于上下一组对应的桥臂的二开关MOS管不能同时导通。
[0035] 每一开关MOS管被驱动饱和导通，即在它的两极之间压降最低时，其栅极驱动要求 如下：
[0036] 1、栅极电压一定要比漏极电压高10~15V，用作高压侧开关时其栅极电压必定高 于干线电压，常常可能是系统中的最高电压；
[0037] 2、栅极电压从逻辑上看必须是可控的，它通常W地为参考点；
[0038] 3、栅极驱动电路吸收的功率不会显著地影响总效率。
[0039] 当电机的某一相上桥臂驱动电路有效时，开关MOS管VTl (或VT3、VT5)的栅极电压 不低于46V，才能开关M