一种可变多相电机功率驱动板的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种可变多相电机功率驱动板，包括IGBT驱动模块、电源模块、检测模块、保护模块；IGBT驱动模块包含光耦隔离、IGBT驱动电路、多相逆变桥；电源模块主要包含直流电源模块和电压转换模块，电压转换模块可转换控制用的+24V、±15V、+5V直流电；检测模块主要包含直流侧电压电流检测、相电流检测、温度检测；保护模块包含散热片、过热保护电路、过流保护电路、欠压过压保护电路、短路保护电路。本实用新型可作为标准通用模块适用于多种不同相数的多相电机伺服控制，及多电机伺服控制，通用性强，灵活方便。
【专利说明】
一种可变多相电机功率驱动板
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种可变相多相电机功率驱动板，具体地说是一种模块化设计的用于多相电机伺服驱动控制的装置，属于电机伺服控制技术领域。
【背景技术】
[0002]多相电机是相数超过三相的电机，其具有高可靠性、转矩脉动小且可以缺相运动，能实现低压大功率等技术特征。
[0003]多相电机伺服驱动器是多相电机能够有效运动的可靠保证。现有多相电机中五相电机、六相电机、七相电机、九相电机的伺服驱动器不能互换，多相永磁同步与多相感应电机的伺服驱动器也不能互换，缺乏通用性。伺服驱动器由多个功能模块组成，主要包括控制和功率驱动两部分，而现有的功率驱动模块产品中如智能功率模块IPM中只包含IGBT驱动电路及IGBT，没有电源模块，相电流检测模块，本实用新型针对功率驱动部分进行单独系列化设计以适用于多相电机控制，提高伺服驱动器中功率驱动部分集成度、互换性和通用性。
[0004]控制芯片性能提升，使得运动控制和伺服控制可以深度结合做成一体机。可变相多相驱动功率板可作为多轴运动控制中关键部件进行使用，可以减小成本，提高通用性。
【实用新型内容】
[0005]为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供了一种可变多相电机功率驱动板，能够作为五相、六相、七相、九相电机等多相电机伺服驱动器的功率驱动板，亦能作为多个三相电机的伺服驱动器的功率驱动板。
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为:一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:包括IGBT驱动模块、电源模块、检测模块、保护模块；电源模块分别为IGBT驱动模块、检测模块、保护模块供电，保护模块通过检测模块反馈的信号对IGBT驱动模块进行保护。
[0007]对上述技术方案进一步的限定，所述IGBT驱动模块包含多路PffM输入接口、光耦隔离模块、IGBT驱动电路、多相逆变桥、多相电机电源接口；多路PWM输入接口通过光耦隔离模块与IGBT驱动电路连接，IGBT驱动电路与多相逆变桥连接，多相逆变桥与多相电机相接口连接。优点:光耦隔离模块对PWM与IGBT驱动电路中进行电气隔离，提高抗干扰能力；IGBT驱动电路为多相逆变桥提供短路保护，提高多相逆变桥安全性。
[0008]对上述技术方案进一步的限定，所述多相逆变桥能用智能功率模块IPM代替。优点:智能功率模块IPM为系列化成熟产品，性能稳定可以用作组成多相逆变桥。
[0009]对上述技术方案进一步的限定，所述电源模块包括:直流电源模块、电压转换模块、接地端子。优点:功率板上的控制电源自身提供，集成度高，不需要外接+24V、± 15V、+5V控制电源。
[0010]对上述技术方案进一步的限定，所述直流电源模块包括三相桥式不可控整流桥或单相全桥、限流电阻、吸收电阻、吸收电容、滤波电感、滤波电容、继电器接口；整流桥或单相全桥正端依次连接限流电阻、滤波电感后与滤波电容连接，吸收电阻与吸收电容串联后再与滤波电容并联构成吸收尖峰电压、过电压、过电流电路;滤波电感与滤波电容并联构成复合滤波器;继电器与限流电阻并联构成防浪涌电流电路，在电源模块上电之间，继电器实现断开，使限流电阻接入电路组成防浪涌电流电路，继电器接口在滤波电容充电完成后闭合旁路限流电阻。优点:能够将交流电变换成输出稳定的直流侧电压的同时保护电源电路，防浪涌电流、尖峰电压、过电压、过电流、滤除高频电压。
[0011]对上述技术方案进一步的限定，所述检测模块包括相电流检测、温度检测、直流侧电压电流检测、检测反馈接口；直流侧电压电流检测包括模拟隔离模块用于直流侧电压、电流检测的模拟量检测距离。优点:检测值与对外输出信号直接进行电气隔离，提高抗干扰能力。
[0012]对上述技术方案进一步的限定，所述保护模块包括散热片、过热保护电路、过流保护电路、欠压过压保护电路、短路保护电路、外部制动电阻接口。优点:1.散热片:电源模块以及IGBT模块为发热元器件，若过热则有不可逆的损害，散热片提高散热能力；2.过热保护当检测IGBT元件超过设定安全温度，就关闭IGBT桥组;3.过流保护电路、欠压过压保护电路用于提高直流侧电压稳定;4.短路保护电路防止IGBT上、下桥臂同时导通导致元器件烧毁;5.外部制动电阻接口可以吸收电机线圈中的电流。
[0013]有益效果:与现有技术和产品相比，本实用新型的优点:1.能够作为五相、六相、七相、九相电机等多相电机的控制器的通用组成部件，便于快速搭建多相电机控制伺服驱动器;2.可适用于多相永磁同步电机及多相感应电机这两种电机的控制；3.功率驱动板是电机伺服驱动中重要组成部件，对其进行模块化，亦可用于多个三相电机的控制，降低成本，减少布局、接线。4.对于多相电机可以实现变相意味着同样可以实现变功率驱动，满足不同功率需求场合。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的一种可变多相电机伺服驱动器系统架构图。
[0015]图2为可变多相电机功率驱动的应用实例。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:包括IGBT驱动模块、电源模块、检测模块、保护模块；电源模块分别为IGBT驱动模块、检测模块、保护模块供电，保护模块通过检测模块反馈的信号对IGBT驱动模块进行保护。
[0017]如图1和图2所示，所述IGBT驱动模块包含多路PWM输入接口、光耦隔离模块、IGBT驱动电路、多相逆变桥、多相电机电源接口；多路PWM输入接口通过光耦隔离模块与IGBT驱动电路连接，IGBT驱动电路通过多相逆变桥与多相电机相接口连接。工作原理:多相电机控制板产生的PWM波通过多路PffM输入接口及光耦隔离模块传递至IGBT驱动模块，使得控制板与多相电机功率驱动板之间进行电气隔离，提高抗干扰能力。进行电气隔离之后PWM波连接IGBT驱动电路，IGBT驱动电路驱动多相逆变桥中的IGBT元件进行打开或关闭，合成多相电机控制所需要的电压矢量。IGBT驱动电路给IGBT元件提供驱动电压和电流，提供IGBT短路保护电路，使控制电路和主电路隔离。所述多相逆变桥能用IPM智能功率模块代替。
[0018]如图1和图2所示，所述电源模块包括:直流电源模块、电压转换模块、接地端子;所述直流电源模块包括三相桥式不可控整流桥或单相全桥、限流电阻、吸收电阻、吸收电容、滤波电感、滤波电容、继电器接口；整流桥或单相全桥正端依次连接限流电阻、滤波电感后与滤波电容连接，继电器与限流电阻并联构成防浪涌电流电路，吸收电阻与吸收电容串联后再与与滤波电容并联构成吸收尖峰电压、过电压、过电流电路;滤波电感与滤波电容并联构成复合滤波器;继电器与限流电阻并联构成防浪涌电流电路，继电器接口在滤波电容充电完成后闭合用于旁路限流电阻。工作原理:电源模块为直流侧提供直流电源、IGBT驱动模块提供±15V电源，为其他芯片提供+5V电源。三相交流电经过三相桥式不可控整流桥或单相全桥整流成直流电后经过限流电阻给滤波电容充电，充电完成后继电器接口旁路限流电阻。直流电源模块产生的直流电经过滤波后直接供给多相逆变桥，作为直流侧电源;三相交流电中的两相电通过电压转换模块转换为+24V、± 15V和+5Vο接地端子进行有效接地保护。
[0019]如图1和图2所示，所述检测模块包括相电流检测、温度检测、直流侧电压电流检测、检测反馈接口；直流侧电压电流检测包括模拟隔离模块用于直流侧电压、电流检测的模拟量检测距离。工作原理:相电流检测采用无损的霍尔电流传感器进行非接触测量用于电机控制用，滤波后运放转换为OV?3V电压信号以便外部AD转换模块进行读取。温度检测采用温度传感器进行测量(如LM35温度传感器)，检测IGBT模块的环境温度数据传递到温度接口。对直流侧电压电流检测采用电阻分压检测方式进行检测后连接直流侧接口 ；电流检测采用运放电路进行滤波、运放后连接线性光耦，线性光耦进行电气隔离后再连接对外直流侦赌口。温度接口和直流侧电压电流对外输出OV?3V的电压信号以便被外部AD转换模块进行读取。检测反馈接口用于与控制板的AD接口连接。
[0020]如图1和图2所示，所述保护模块包括散热片、过热保护电路、过流保护电路、欠压过压保护电路、短路保护电路(由IGBT驱动电路提供防止上、下桥臂同时导通)、外部制动电阻接口与制动电阻连接。工作原理:1GBT驱动模块和整流桥为发热元气件，两者通过绝缘导热胶与散热片表贴。过热保护电路使用温度传感器芯片检测得到电压信号与设定温度对应电压值比较大小，若检测得到电压过大则关闭IGBT驱动模块。过流保护电路和欠压过压保护电路对直流侧电流过流、电压欠压过压时用于关闭IGBT驱动模块。短路保护电路由IGBT驱动电路中死区时间设置防止多相逆变桥上下桥臂短路。保护模块对IGBT驱动模块进行保护时，制动电阻能快速地对多相电机进行制动，实现停机目的。
[0021]可变多相电机功率驱动板中的多路数多相电机相接口与各自对应相数的多相电机或多电机进行连接，组成控制网络。
[0022]实施例1:如图1和图2所示，可变多相电机功率驱动板作为核心部件组成伺服驱动器控制一台六相电机。三相AC 220V交流电通过接触器连接可变多相电机功率驱动板中的三相交流电源接口。控制板产生六相电机控制用12路PffM波连接驱动板PffM波输入接口。驱动板上的检测反馈接口(相电流检测、直流侧电压、电流检测、温度检测口)连接控制板上的AD转换接口。控制板的1口一路连接驱动板的继电器接口。驱动板外部制动电阻接口连接匹配的制动电阻。驱动板接地端子有效接地。驱动板多相接口中顺序选择六相与六相电机电源接口进行连接。六相电机的编码器连接控制板的编码器反馈接口，以组成六相电机伺服驱动系统。
[0023]以上所述仅为本实用新型的较佳的实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡是在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。本说明书中未作详细说明及提供电路图之处，均为本领域公知的技术。
【主权项】
1.一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:包括IGBT驱动模块、电源模块、检测模块、保护模块;电源模块分别为IGBT驱动模块、检测模块、保护模块供电，保护模块通过检测模块反馈的信号对IGBT驱动模块进行保护。2.根据权利要求1所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述IGBT驱动模块包含多路PWM输入接口、光耦隔离模块、IGBT驱动电路、多相逆变桥、多相电机电源接口；多路PffM输入接口通过光耦隔离模块与IGBT驱动电路连接，IGBT驱动电路与多相逆变桥连接，多相逆变桥与多相电机相接口连接。3.根据权利要求2所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述多相逆变桥能用智能功率模块IPM代替。4.根据权利要求1或2所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述电源模块包括:直流电源模块、电压转换模块、接地端子。5.根据权利要求4所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述直流电源模块包括三相桥式不可控整流桥或单相全桥、限流电阻、吸收电阻、吸收电容、滤波电感、滤波电容、继电器接口；整流桥或单相全桥正端依次连接限流电阻、滤波电感后与滤波电容连接，吸收电阻与吸收电容串联后再与滤波电容并联构成吸收尖峰电压、过电压、过电流电路;滤波电感与滤波电容并联构成复合滤波器;继电器与限流电阻并联构成防浪涌电流电路，继电器接口在滤波电容充电完成后闭合用于旁路限流电阻。6.根据权利要求4所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述检测模块包括相电流检测、温度检测、直流侧电压电流检测、检测反馈接口；直流侧电压电流检测包括模拟隔离模块用于直流侧电压、电流检测的模拟量检测距离。7.根据权利要求6所述一种可变多相电机功率驱动板，其特征在于:所述保护模块包括散热片、过热保护电路、过流保护电路、欠压过压保护电路、短路保护电路、外部制动电阻接□ O
【文档编号】H02P25/02GK205430115SQ201620208446
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年3月18日
【发明人】付兵, 胡飞飞, 赵国华, 陈君宝, 肖波
【申请人】湖北汽车工业学院