6]见图1所示，上臂功率晶体管为三个M0SFET、下臂功率晶体管为三个IGBT形成上管MOSFET下管IGBT的三相桥式拓扑结构，三个MOSFET分别为晶体管T1、晶体管T3、晶体管T5，三个IGBT对应分别为晶体管T4、晶体管T6、晶体管T2，图中二极管均为其自带的体二极管，上臂的晶体管T1、晶体管T3、晶体管T5工作于斩波状态，下臂的晶体管T1、晶体管T3、晶体管T5根据无刷直流电机的换向逻辑工作于常通状态，在开关周期中，上臂的MOSFET关断时通过下臂的IGBT的寄生快恢复二极管进行续流，续流电流不流经上臂的M0SEFT，因此上臂的MOSFET无需额外并联快恢复二极管器件，驱动变换器拓扑结构较为简单。
[0017]见图2所示，上臂功率晶体管为三个IGBT、下臂功率晶体管为三个MOSFET形成上管IGBT下管MOSFET的三相桥式拓扑结构，此时三个IGBT分别为晶体管T1、晶体管T3、晶体管T5，以及其寄生二极管，三个MOSFET对应分别为晶体管T4、晶体管T6、晶体管T2，图中二极管为其自带的体二极管，此时上臂的IGBT根据无刷直流电机的换向逻辑工作于常通状态，下臂的MOSFET工作于斩波状态，在开关周期中，下臂的M0SEFT关断，通过上臂IGBT的寄生二极管进行续流，续流电流不流经下臂的M0SEFT，因此下臂的MOSFET也无需并联快恢复二极管，类似地，驱动变换器拓扑结构也较为简单。
[0018]无刷直流电机驱动器拓扑结构控制方法具体实施步骤以上管MOSFET下管IGBT的三相桥式拓扑结构的PWM-0N控制模式为例具体说明:
[0019]图3为所示，采用PWM-0N控制模式的开通模式，根据无刷直流电机的换向导通模式 T1、T6——Τ5、Τ6——Τ4、Τ5——Τ3、Τ4——Τ2、Τ3——Τ1、Τ2——Τ1、Τ6......，此时为 ΤΙ、
Τ6导通模式，晶体管ΤΙ工作于高频PWM模式，利用MOSFET的高频开关特性，可以有效提高PWM的斩波频率，使得高速运行条件下，在一个电流周期内具备足够的开关次数，以实现对绕组电流的有效控制。例如两对极电机，在12000r/min条件下，电流周期为400Hz，采用传统的IGBT器件，受限于其20kHz的开关频率，在该转速下，对于无刷直流电机，其一个周期内电流斩波次数最多为50次，对应半周期电流来说斩波次数约为16次，相电流将存在较为明显的纹波，并且随着转速继续上升，如24000r/min条件下，无刷直流电机的绕组电流在半个周期内仅斩波8次左右，很难实现对电机绕组电流的有效控制，将导致明显的电流纹波，使得电机输出存在明显的稳态转矩脉动，影响其高速运行条件下的驱动特性。
[0020]如图4所示，采用PWM-0N控制方式下的关断模式，晶体管T1关断，晶体管T6继续导通，无刷直流电机绕组电流通过变换器的A相桥臂的晶体管T4的寄生二极管进行续流，该寄生二极管能够有效降低换相过程中由于不存在采用MOSFET时由于下管体二极管的反向恢复特性引起的电压尖峰，并且无需并联额外的反并二极管，使得驱动变换器的拓扑结构较为紧凑。
[0021]在上管MOSFET下管IGBT的三相桥式拓扑中，晶体管T1采用PWM控制方式，由于MOSFET自身的开关频率特性，其高频开关过程中开关损耗相对较低，并且晶体管T6工作于常通状态，不存在开关损耗，常通状态下的IGBT损耗也较低，即该变换器拓扑结合PWM-0N开通方式能够有效降低变换器的损耗，实现无刷直流电机驱动的高效驱动运行。在上臂的MOSFET斩波过程中，T1、T6导通模式中，晶体管Τ1关断后，晶体管Τ4的寄生二极管续流，晶体管Τ1再开通时，晶体管Τ4的寄生二极管续流电流换流，由于该二极管具备快恢复特性，反向电流值很小，使得晶体管Τ4的电压尖峰值很小，能够适应高电压场合。但是如果下臂为MOSFET的话，由于其体二极管反向恢复时间比较长，恢复电荷比较大，将导致现在为晶体管T4处的MOSFET产生明显的电压尖峰，限制了在高电压场合的应用，因此通过MOSFET和IGBT的组合式拓扑，能够有效解决高压电压尖峰存在的问题，适应高电压应用场合的需求。
[0022]对应上管IGBT下管MOSFET的三相桥式拓扑结合0N-PWM导通模式，类似的对下臂的MOSFET采用PWM控制方式，上臂的IGBT根据导通逻辑进行开通，如图5，图6所示，也能够实现无刷直流电机在高电压条件下的高速、高效运行。
【主权项】
1.一种无刷直流电机驱动器拓扑结构，其包括无刷直流电机，所述无刷直流电机通过驱动变换器连接电源，其特征在于，所述驱动变换器的一个桥臂的一只功率晶体管为MOSFET、另一只功率晶体管为IGBT。2.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机驱动器拓扑结构，其特征在于，所述桥臂的上臂功率晶体管为三个MOSFET、下臂功率晶体管为三个IGBT，形成上管MOSFET下管IGBT的三相桥式拓扑结构。3.根据权利要求1所述的一种无刷直流电机驱动器拓扑结构，其特征在于，所述桥臂的上臂功率晶体管为三个IGBT、下臂功率晶体管为三个MOSFET形成上管IGBT下管MOSFET的三相桥式拓扑结构。
【专利摘要】本实用新型涉及无刷直流电机驱动控制技术领域，具体为一种无刷直流电机驱动器拓扑结构，其能够满足当前高电压、高速、高效运行电机驱动系统的要求，提高运行效率，成本低，其包括无刷直流电机，所述无刷直流电机通过驱动变换器连接电源，其特征在于，所述驱动变换器的一个桥臂的一只功率晶体管为MOSFET、另一只功率晶体管为三个IGBT。
【IPC分类】H02P7/29
【公开号】CN205105135
【申请号】CN201520498861
【发明人】何健, 魏佳丹, 周勇
【申请人】江苏元凯电气科技有限公司
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年7月13日