感应电机驱动系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种感应电机驱动系统，该系统包括两相感应电机、电源滤波电路、H桥功率驱动电路、控制器MCU，所述源滤波电路，用于滤掉直流电源上的谐波分量，并且产生驱动所需要的电源中点电压；所述控制器MCU，用于产生H桥功率驱动电路工作所需要的开关控制信号；所述H桥功率驱动电路，用于产生驱动电流并且发送到本实用新型两相感应电机；所述两相感应电机，用于接收所述H桥功率驱动电路产生的驱动电流。本实用新型的损耗明显降低，成本降低，可靠性得到改善，电机效率得到提高，调速范围加宽，而且噪音减小。
【专利说明】
感应电机驱动系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及感应电机的驱动技术领域，具体涉及一种感应电机驱动系统。
【背景技术】
[0002]设计单相感应电机的时候，电机的气隙磁场只能够在某个转速下被设计成圆形的；例如，若特别关注电机的启动特性，则电机在启动状态下的气隙磁场可设计为圆形，但这会造成运行时的磁场为椭圆形，如果侧重于电机的运行特性，则电机在额定速度下的气隙磁场可设计成圆形，但这会使得电机在启动状态下的磁场为椭圆形，椭圆形磁场会引起电机的附加损耗和噪音，而这些是电机应用中所不希望的，这也限制了单相感应电机的原因，例如需要调速的场合。
[0003]包括两相感应电机在内的多相感应电机，当其相应的多相驱动电压为对称时，电机在所有转速下气隙磁场均为圆形，从而使得电机具有高效、静音和功率密度高的特点，如果采用变频调速，这些多相感应电机能够在较宽的范围内进行调速，而且效率较高;为了实现两相感应电机，或者其他偶数相的M相感应电机的驱动，通常需要4M个功率半导体管来构成多相桥，如果相数为奇数，则需要2M个功率半导体管来构成多相桥，这就需要多路控制信号来对这些功率半导体管进行联动斩波控制，以实现多相对称的驱动电流，这些使得驱动电路结构复杂、控制信号计算困难、启动系统可靠性差，驱动系统成本也高，这些明显限制了像两相感应电机这样的电机的应用。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种感应电机驱动系统。
[0005]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0006]本实用新型实施例提供一种感应电机驱动系统，该系统包括两相感应电机、电源滤波电路、H桥功率驱动电路、控制器MCU，
[0007]所述源滤波电路，用于滤掉直流电源上的谐波分量，并且产生驱动所需要的电源中点电压；
[0008]所述控制器MCU，用于产生H桥功率驱动电路工作所需要的开关控制信号；
[0009]所述H桥功率驱动电路，用于产生驱动电流并且发送到两相感应电机；
[0010]所述两相感应电机，用于接收所述H桥功率驱动电路产生的驱动电流。
[0011 ]上述方案中，所述源滤波电路包括依次串联的双滤波电容CO和双滤波电容Cl，所述源滤波电路的一端连接直流电源，另一端接地。
[0012]上述方案中，所述双滤波电容Cl与接地之间连接有采样电阻RS0。
[0013]上述方案中，所述双滤波电容CO和双滤波电容Cl的大小想等。
[0014]上述方案中，所述H桥功率驱动电路由功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4构成一个H桥，所述功率半导体管Ql的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Ql的源极接MOS管Q3的漏极形成桥臂端点U，所述功率半导体管Q3的源极接地，所述功率半导体管Ql的栅极和功率半导体管Q3的栅极分别接控制器MCU;所述功率半导体管Q2的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Q2的源极接功率半导体管Q4的漏极形成桥臂端点V，所述功率半导体管Q4的源极接地，所述功率半导体管Q2的栅极和功率半导体管Q4的栅极分别接控制器MCU。
[0015]上述方案中，所述两相感应电机的绕组LI和绕组L2的中点与电源中点N相连，所述绕组LI和绕组L2的端点分别与桥臂端点U和桥臂端点V相连。
[0016]上述方案中，该系统还包括电阻Rl、电阻R3、电阻R5、电阻R7 ；电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8;所述的电阻R1、电阻R2、电阻R5和电阻R6分别设置在控制器MCU与所述功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极之间，所述电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8分别设置在所述的功率半导体管Q1、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极与源极之间。
[0017]与现有技术相比，本实用新型的有益效果:
[0018]本实用新型能够在电机的相数为偶数的时候，功率半导体器件的数目减少50%，损耗明显降低，因功率半导体的误动作而产生的过流几率大大降低，驱动系统的成本也就可以降低，可靠性得到改善，由于在电机运行的过程中，气隙磁场始终是圆形的，电机效率得到提高，调速范围加宽，而且噪音减小，这也就会大大扩展感应电机的应用范围。
【附图说明】
[0019]图1为本实用新型实施例提供一种感应电机驱动系统电路原理图；
[0020]图2为本实用新型实施例提供一种感应电机驱动系统的控制器控制流程图。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]本实用新型实施例提供一种感应电机驱动系统，如图1所示，该系统包括两相感应电机、电源滤波电路、H桥功率驱动电路、控制器MCU，
[0023]所述源滤波电路，用于滤掉直流电源上的谐波分量，并且产生驱动所需要的电源中点电压；
[0024]所述控制器M⑶，用于产生H桥功率驱动电路工作所需要的开关控制信号；
[0025]具体的，按照系统的控制输入参数，在时域上对H桥的4个功率半导体器件的开关信号进行计算，产生所需要的驱动电压的幅值和频率，以及磁场的旋转方向，进而产生所需要的两相对称的驱动电流。
[0026]当控制器MCU对H桥的4个功率器件进行开关控制的时候，在一个电周期中，使每个功率半导体器件只在半个周期中工作，这使得功率半导体器件的损耗较小，器件发热的情况得到改善，功率器件因为控制信号出误而产生短路的机率大大减少。
[0027]所述H桥功率驱动电路，用于产生驱动电流并且发送到两相感应电机；
[0028]所述两相感应电机，用于接收所述H桥功率驱动电路产生的驱动电流。
[0029]所述源滤波电路包括依次串联的双滤波电容CO和双滤波电容Cl，所述源滤波电路的一端连接直流电源，另一端接地;所述双滤波电容CO和双滤波电容Cl大小相等。
[0030]所述双滤波电容Cl与接地之间连接有采样电阻RS0。
[0031]所述H桥功率驱动电路由功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4构成一个H桥，所述功率半导体管Ql的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Ql的源极接MOS管Q3的漏极形成桥臂端点U，所述功率半导体管Q3的源极接地，所述功率半导体管Ql的栅极和功率半导体管Q3的栅极分别接控制器MCU;所述功率半导体管Q2的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Q2的源极接功率半导体管Q4的漏极形成桥臂端点V，所述功率半导体管Q4的源极接地，所述功率半导体管Q2的栅极和功率半导体管Q4的栅极分别接控制器MCU;所述的H桥功率驱动电路的桥臂上开关管和下开关管接控制器MCU，所述控制器MCU产生PffM信号控制上开关管和下开关管闭合和打开;所述上开关管和下开关管在不同的时间段闭合。
[0032]所述两相感应电机的绕组LI和绕组L2的中点与电源中点N相连，所述绕组LI和绕组L2的端点分别与桥臂端点U和桥臂端点V相连。
[0033]该系统还包括电阻Rl、电阻R3、电阻R5、电阻R7;电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8 ；所述的电阻R 1、电阻R2、电阻R5和电阻R6分别设置在控制器MCU与所述功率半导体管Q1、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极之间，所述电阻R 3、电阻R4、电阻R7、电阻R 8分别设置在所述的功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极与源极之间。
[0034]所述控制器MCU按照图2所示的过程，对H桥功率驱动电路中的4个功率半导体器件Ql，Q2、Q3、和Q4产生PffM控制信号:
[0035]步骤1:启动系统；
[0036]步骤2:输入电机的驱动参数，包括电压的频率f(电流的时间周期值则为:T= I/f)，电压幅值Vc，和电机的运行方向D;
[0037]步骤3:设定运行时间的起始值t = 0，然后并行进入步骤4和步骤9;
[0038]步骤4:如果需要电机正向旋转(即图2中D>0的状态)，则进入步骤5，；反之则进入步骤7;
[0039]步骤5:在O < t〈T/2时，对Ql进行斩波控制，使得H桥的端口U产生有效电压VdinU3ift)+VH/2;在这段时间，Q3处于关断状态，或者，根据Ql的状态进行逻辑“非”的运行。在T/2
<t〈T时，对Q3进行斩波，使得H桥的端口U产生有效电压VH/2-VcSin(2Jift);在这段时间，Ql处于关断状态，或者，根据Q3的状态进行逻辑“非”的运行。
[0040]步骤6:t2T，转向步骤10
[0041 ] 步骤7:在O < t〈T/2时，对Q3进行斩波控φ?」，使得端口U产生有效电压VH/2-VcSin(23ift);在这段时间，Ql处于关断状态，或者，根据Q3的状态进行逻辑“非”的运行；在T/2 < t〈T时，对QI进行斩波，使得H桥的端口 U产生有效电压VcSin(231ft) +Vh/2 ；在这段时间，Q3处于关断状态，或者，根据Ql的状态进行逻辑“非”的运行.
[0042]步骤8:t2T，转向步骤10
[0043]步骤9:在O< t〈T/4时，对Q2进行斩波控制，使得H桥的端口 V产生有效电压VcCos (23ift)+VH/2;在这段时间，Q4处于关断状态，或者，根据Q2的状态进行逻辑“非”的运行。在T/4
<t〈3T/4时，对Q4进行斩波，使得H桥的端口V产生有效电压VH/2-VcCos(23ift);在这段时间，Q2处于关断状态，或者，根据Q4的状态进行逻辑“非”的运行;在3T/4 < t〈T/时，对Q2进行斩波，使得H桥的端PV产生有效电压VcCoS(23ift)+VH/2;在这段时间，Q4处于关断状态，或者，根据Q2的状态进行逻辑“非”的运行。t 2 T，转向步骤10
[0044]步骤10:根据控制指令，如果需要继续运行，转向步骤2，否则结束运行。
[0045]在以上运行过程中，H桥中由Ql和Q3所组成的U臂与Q2和Q4所组成的V臂，两臂的运行是独立的，而在同一个臂上，每个功率半导体的开通时间与另外一个功率半导体的时间是正交的；在正交的情况下。能够使得控制信号的误差引起的功率管短路的几率大为降低。而且在同一个臂上，每个功率半导体的开通时间可以只有50%，这意味着能够减少50%的开关损耗，驱动器的发热可以明显降低，在H桥的U端和V端所产生的有效驱动电压是对称正交的，在这种电压的驱动下，感应电机的两相绕组中的电流为正弦且正交的；因此，能够使得两相电机的气隙磁场始终为圆形的，也就能够使得电机始终工作在高效的状态，且噪音较小。在电机的负载特性清楚的情况下，也可以通过参数f和V。的选择，使得电机在不同的转速下均工作在最佳状态，而且系统的实现简单便捷、系统稳定性好、损耗小、实施成本低。
[0046]以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。
【主权项】
1.一种感应电机驱动系统，其特征在于，该系统包括两相感应电机、电源滤波电路、H桥功率驱动电路、控制器MCU， 所述源滤波电路，用于滤掉直流电源上的谐波分量，并且产生驱动所需要的电源中点电压； 所述控制器MCU，用于产生H桥功率驱动电路工作所需要的开关控制信号； 所述H桥功率驱动电路，用于产生驱动电流并且发送到两相感应电机； 所述两相感应电机，用于接收所述H桥功率驱动电路产生的驱动电流。2.根据权利要求1所述的感应电机驱动系统，其特征在于:所述源滤波电路包括依次串联的双滤波电容CO和双滤波电容Cl，所述源滤波电路的一端连接直流电源，另一端接地。3.根据权利要求2所述的感应电机驱动系统，其特征在于:所述双滤波电容Cl与接地之间连接有采样电阻RSO。4.根据权利要求2所述的感应电机驱动系统，其特征在于:所述双滤波电容CO和双滤波电容Cl的大小相等。5.根据权利要求1或2所述的感应电机驱动系统，其特征在于:所述H桥功率驱动电路由功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4构成一个H桥，所述功率半导体管Ql的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Ql的源极接MOS管Q3的漏极形成桥臂端点U，所述功率半导体管Q3的源极接地，所述功率半导体管Ql的栅极和功率半导体管Q3的栅极分别接控制器MCU;所述功率半导体管Q2的漏极接直流电源输出端，所述功率半导体管Q2的源极接功率半导体管Q4的漏极形成桥臂端点V，所述功率半导体管Q4的源极接地，所述功率半导体管Q2的栅极和功率半导体管Q4的栅极分别接控制器MCU。6.根据权利要求5所述的感应电机驱动系统，其特征在于:所述两相感应电机的绕组LI和绕组L2的中点与电源中点N相连，所述绕组LI和绕组L2的端点分别与桥臂端点U和桥臂端点V相连。7.根据权利要求6所述的感应电机驱动系统，其特征在于:该系统还包括电阻Rl、电阻R3、电阻R5、电阻R7;电阻R2、电阻R4、电阻R6、电阻R8 ；所述的电阻Rl、电阻R2、电阻R5和电阻R6分别设置在控制器MCU与所述功率半导体管Q1、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极之间，所述电阻R3、电阻R4、电阻R7、电阻R8分别设置在所述的功率半导体管Ql、功率半导体管Q2、功率半导体管Q3和功率半导体管Q4的栅极与源极之间。
【文档编号】H02P25/02GK205545047SQ201521138871
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】龙彪, 毕超, 宋金旺, 罗薛, 毕磊
【申请人】峰岹科技（深圳）有限公司