专利名称：电机驱动器及驱动方法
技术领域：
本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种电机驱动器及驱动方法。
背景技术：
在现有技术中，电机驱动器用于将直流电源的输出电压提供给电机以驱动电机工 作，该类电机驱动器主要包括直流升压器和逆变器，将直流电源电压升高后传递到逆变器 (Inverter)，然后由逆变器将电池的直流电压转换为交流电压后提供给电机。
美国专利US7164253B2公开了这样一种电机驱动器，其中，电机驱动器包括直流 升压器(Boost Converter) 12和逆变器14，参见图1所示。直流升压器12用于将直流电 源的输出电压转变后提供给逆变器14，逆变器14用于将直流升压器12输出的直流电压转 变为交流电压后提供给电机。但是，在专利US7164253B2提供的方案中，存在当直流升压器 12失效时，会导致电机驱动器失效的问题。发明内容
本发明的一个方面是提供一种电机驱动器及驱动方法，以在升压器失效时实现对 电机的驱动。
本发明提供了一种电机驱动器，该电机驱动器，包括直流升压器，用于升高直流 电源的电压；滤波电容；与所述直流升压器连接的逆变器，用于将所述直流升压器升高后 的电压转换为交流电压后传输给电机；与所述直流升压器并联的第一控制开关，所述第一 控制开关在所述直流升压器失效时闭合，从而使失效的所述直流升压器旁路。由于设置了 与直流升压器并联的第一控制开关，因此在直流升压器失效时闭合第一控制开关，使直流 电源直接为逆变器提供输入电压，能够有效地避免整个电机驱动器失效，从而提高整个电 机驱动器的安全性，稳定性和容错能力，保证了电机的驱动。
较佳地，该电机驱动器还包括第二控制开关与电阻，所述第二控制开关和所述电 阻串联后的支路与所述直流升压器并联，在电机驱动器启动时所述第二控制开关闭合，对 所述电容进行充电。通过电阻使第二控制开关所在支路的电流较小，在电机驱动器启动时 第二控制开关闭合为电容充电，实现电容的软启动，可有效保护电容，防止电容被大电流烧毁。
优选地，该电机驱动器进一步包括一控制部件，连接到所述第一控制开关和所述 直流升压器，用于监测所述直流升压器的工作状态及控制所述第一控制开关，当所述直流 升压器失效时，所述控制部件控制所述第一控制开关闭合，进而使所述直流升压器旁路。利 用控制部件对直流升压器的工作状态进行监测并对第一控制开关进行控制，能够更好地提 高电机驱动器的性能和可靠性。
优选地，该电机驱动器进一步包括一控制部件，连接到所述第一控制开关、所述直 流升压器和第二控制开关，用于监测所述直流升压器的工作状态及控制所述第一控制开关 及所述第二控制开关，当所述直流升压器失效时，所述控制部件控制所述第一控制开关闭合，进而使所述直流升压器旁路，而当电机驱动器启动时控制所述第二控制开关闭合，对所述电容进行充电。利用控制部件对直流升压器的工作状态进行监测并对第一控制开关及第二控制开关进行控制，能够更好地提高电机驱动器的性能和可靠性。
优选地，电阻为千级欧姆电阻。这样可使第二控制开关所在支路的电流较小，在第二控制开关闭合时为电容充电，实现电容的软启动，可有效保护电容，防止电容被大电流烧毁。
较佳地，在本发明的电机驱动器中，所述控制部件还连接到所述电机，用于监测所述电机的负载，当所述负载低于一门限时，所述控制部件控制所述常开第一控制开关闭合， 使所述直流升压器旁路。由于在较低负载的工况下，只有当逆变器的输入电压等于甚至小于电池电压时，电机才能工作在最佳效率，因此上述设计操作能够更快速有效地使电机以最佳效率运行。
优选地，本发明的电机驱动器，还包括第三控制开关，其与所述控制部件相连接。 通过该第三控制开关，能够更方便地对电机驱动器进行开启关闭操作。
优选地，所述第一控制开关和第二控制开关为一接触器的两个触点，其中所述第一控制开关为主触点，第二控制开关为辅触点。
本发明还提供了一种电机驱动器驱动电机的方法，包括以下步骤监测直流升压器的工作状态；当监测到所述直流升压器失效时，所述控制部件控制与所述直流升压器并联的第一控制开关闭合而使所述直流升压器旁路，直流电源直接为逆变器 提供直流，其后电压逆变器将直流电压转变为交流电压后传输给电机。
进一步优选地，所述方法还包括步骤进一步监测电机的负载，当监测到所述直流升压器工作正常且电机的负荷小于等于预设的门限时，控制所述第一控制开关闭合。
利用本发明的上述电机驱动器和方法，能够大大提高电机驱动器的整体可靠性及容错能力。
下文将以明确易懂的方式通过对优选实施方式的说明并结合附图来对本发明上述特性、技术特征、优点及其实施方式予以进一步说明，其中
图1为现有技术中电机驱动器的结构图2为根据本发明实施方式，电机驱动器的基本结构图3为根据本发明实施方式，电机驱动器的优选结构图4为根据本发明实施方式，电机驱动器驱动电机的方法流程图；和
图5为根据本发明实施方式，电机驱动器驱动电机的优选方法流程图。
参考符号表
12直流升压器 14逆变器201直流电源202控制部件
S2第一控制开关SI第二控制开关S3第三控制开关
M电机 R电阻 Cl电容
步骤401步骤402步骤403步骤501步骤502步骤503步骤504步骤505步骤50具体实施方式
为对本发明的技术特征，目的和效果有更加清楚的理解，现对照
本发明 的具体实施方式
，在各图中相同的标号表示相同的部分。为清楚表示各部件的结构及其相 互关系，附图中各部件的比例关系仅为示意性的，并不表示实际结构的比例关系。
图2示出了本实施例提供的一种电机驱动器，包括直流升压器12，用于将直流电 源201的电压升高后传输给逆变器14 ;与直流升压器12连接的逆变器14，用于将直流升压 器12输出的直流电压转换为交流电压后传输给电机M ;与直流升压器12并联的常开第一 控制开关S2，用于在直流升压器12失效时闭合，使直流升压器12旁路。由于设置了与直流 升压器12并联的第一控制开关S2，因此在直流升压器12失效时控制第一控制开关S2闭 合，使直流电源201直接为逆变器14提供输入电压，保证了电机M的驱动。
在本发明的优选实施例中，电机驱动器还进一步包括有控制部件202，连接第一控 制开关S2和直流升压器12，用于监测直流升压器12的工作状态、即直流升压器12是否失 效，并根据直流升压器12的工作状态控制第一控制开关S2的开启和闭合，进而控制直流升 压器12是否被旁路。在控制部件202的监测及控制下，电机驱动器的整体性能和可靠性得 到提升。
较佳地，所述电机驱动器还包括第二控制开关SI，参见图3所示。常开第二控制 开关SI与一电阻R串联，其所在支路与直流升压器12并联，在电机驱动器启动时第二控制 开关SI闭合为电容Cl充电，而在正常工作状态下，该第二控制开关SI打开。进一步优选 地，电阻R为千级欧姆电阻。通过电阻R使第二控制开关SI所在支路的电流较小，实现电 容的软启动，可有效保护电容，防止电容被大电流烧毁。同样地，控制部件202也可以同时 连接到所述第一控制开关S2、所述直流升压器12和第二控制开关SI，用于监测所述直流升 压器12的工作状态及控制所述第一控制开关S2及所述第二控制开关SI，当所述直流升压 器12失效时，所述控制部件202控制所述第一控制开关S2闭合，进而使所述直流升压器12 旁路，而当电机驱动器启动时控制所述第二控制开关SI闭合，对所述电容Cl进行充电。
在另一实施例中，控制部件202可以设置成，当直流升压器12未失效时，根据电机 M的负荷来控制第一控制开关S2的打开和闭合。因为电机M负荷较低时，逆变器14的输入 电压等于或低于直流电源201电压时电机M的工作效率较好，因此在电机M负荷较低时也 使直流升压器12旁路，以便直流电源201直接为逆变器14提供输入电压。其中，电机M的 负荷可由电机M的转速体现，如果转速不高于预设的门限，则确认电机M的负荷较低，否则 确认负荷较高。
优选地，本实施例中第一控制开关S2和第二控制开关SI为接触器的两个触点，第 一控制开关S2承受电流的能力远高于第二控制开关SI，因此第一控制开关S2为主触点，第 二控制开关SI为辅触点。
为了便于控制电机驱动器的开关，本实施例中电机驱动器还包括第三控制开关 S3，与直流电源201串联。
本实施例中控制部件202与直流升压器12、第一控制开关S2、第二控制开关S1、第 三控制开关S3和电机M均有连接，可检测直流升压器12是否失效，以及检测电机M的负荷 大小，并根据上述监测结果来控制第一控制开关S2、第二控制开关S1、第三控制开关S3的 通断。其中，附加地，当第一控制开关S2和第二控制开关SI为接触器的触点时，控制部件202与接触器连接，进而控制第一控制开关S2和第二控制开关SI的通断。
以上介绍了电机驱动器的结构，下面对电机驱动器驱动电机的过程进行介绍。
参见图4，本实施例中电机驱动器驱动电机的方法包括以下步骤
步骤401 :控制部件202监测直流升压器12的工作状态；
步骤402 :当监测到直流升压器12失效时，控制部件202控制第一控制开关S2闭 合，使直流升压器12旁路，从而直流电源直接为逆变器14提供直流电压。
步骤403 :逆变器14将直流电压转变为交流电压后传输给电机M。
在本发明的优选实施例中，电机驱动器还包括第二控制开关SI和电阻R，第二控 制开关SI和电阻R串联后的支路与直流升压器12并联。参见图5所示，电机驱动器驱动 电机的运行包括以下步骤
步骤501 :在电机驱动器启动时，控制部件202控制第一控制开关S2断开，控制第 二控制开关SI闭合，使直流电源201通过第二控制开关SI为电容Cl充电。通过电阻R使 第二控制开关SI所在支路的电流较小，在第二控制开关SI闭合时为电容Cl充电，实现电 容Cl的软启动，可有效保护电容Cl，防止电容Cl被大电流烧毁。当电机驱动器需要维护 时，可通过断开第二控制开关SI和直流升压器12使电容Cl放电。
步骤502 :在电容Cl充电后，控制部件202控制可正常工作的直流升压器12连通， 以及控制第二控制开关SI断开。实现了直流升压器正常时电机驱动器对电机的驱动。
步骤503 :控制部件202检测到电机M的负荷不高于预设的门限时，控制第一控制 开关S2断开和第二控制开关SI闭合。由于电机负荷较低时，逆变器的输入电压等于或低 于直流电源电压时电机的工作效率较好，因此在电机负荷较低时也使直流升压器12旁路， 以便直流电源直接为逆变器14提供输入电压。
逆变器的输入电压低于直流电源电压时电机的工作效率较好的情况下，本实施例 采用闭合第一控制开关S2和断开第二控制开关SI的方案。当然，这种情况下也可以断开 第一控制开关S2而闭合第二控制开关SI，以提供逆变器14低于直流电源的电压。这样可 以使电机M工作在合适的电压下。但是新增的电阻消耗的功率可能大于电机M工作在直流 电源201提供的电压下比工作在合适电压下额外消耗的功率，因此在电机M负荷较低时闭 合第一控制开关S2和断开第二控制开关SI使直流电源201直接供电是一种较佳的方案。
步骤504 :控制部件202检测到电机M的负荷高于预设的门限且直流升压器12工 作正常时，控制第一控制开关S2及第二控制开关SI断开。通过断开第一控制开关S2和第 二控制开关SI，使直流升压器12为逆变器14提供合适的输入电压。
步骤505 :控制部件202在感应到直流升压器12失效时，控制下第一控制开关S2 闭合，直流电源直接为逆变器14提供直流电压。
步骤506 :逆变器14将直流电压转换为交流电压后提供给电机M。
本发明实施例通过与直流升压器12并联的第一控制开关S2，在直流升压器12失 效时令第一控制开关S2闭合，使直流升压器12旁路，逆变器14在输入电源为直流电源201 电压下继续工作，有效避免因直流升压器12失效而使电机驱动器失效，从而提高整个电机 驱动器的安全性、稳定性和容错能力。并且在电机M负荷较低的情况下也可以闭合第一控 制开关S2而使直流升压器12旁路，相比于图1中通过控制直流升压器12来使直流升压器 12的输出电压等于直流电源201电压的方案更快速有效。本发明实施例还设置了串联的电阻R和第二控制开关SI，串联后的支路与直流升压器12并联。在电机驱动器启动时通过闭 合第二控制开关SI为电容Cl充电，实现电容Cl的软启动，可有效保护电容Cl。在为电容 Cl充电后断开第二控制开关SI，并根据电机M的负荷情况决定是否令直流升压器12连通， 为逆变器14提供输入电压。
上文通过附图和优选实施方式对本发明进行了详细展示和说明，然而本发明不限 于这些已揭示的实施方式，本领与技术人员从中推导出来的其它方案也在本发明的保护范 围之内。
权利要求
1.一种电机驱动器，其特征在于，包括直流升压器(12)，用于升高直流电源(201)的电压；滤波电容(Cl)；与所述直流升压器(12)连接的逆变器(14)，用于将所述直流升压器(12)升高后的电压转换为交流电压后传输给电机(M)；与所述直流升压器(12)并联的第一控制开关(S2)，所述第一控制开关(S2)在所述直流升压器(12)失效时闭合，从而使失效的所述直流升压器(12)旁路。
2.如权利要求1所述的电机驱动器，其特征在于，该电机驱动器还包括第二控制开关(SI)与电阻(R)，所述第二控制开关(SI)和所述电阻(R)串联后的支路与所述直流升压器(12)并联。
3.如权利要求1所述的电机驱动器，其特征在于，该电机驱动器进一步包括一控制部件(202)，连接到所述第一控制开关(S2)和所述直流升压器(12)，用于监测所述直流升压器(12)的工作状态及控制所述第一控制开关(S2)，当所述直流升压器(12)失效时，所述控制部件(202)控制所述第一控制开关(S2)闭合，进而使所述直流升压器(12)旁路。
4.如权利要求2所述的电机驱动器，其特征在于，该电机驱动器进一步包括一控制部件(202)，连接到所述第一控制开关(S2)、所述直流升压器(12)和第二控制开关(SI)，用于监测所述直流升压器(12)的工作状态及控制所述第一控制开关(S2)及所述第二控制开关(SI)，所述控制部件(202)设计成当所述直流升压器(12)失效时，所述控制部件(202)控制所述第一控制开关(S2)闭合，进而使所述直流升压器(12)旁路，而当电机驱动器启动时控制所述第二控制开关(SI)闭合，对所述电容(Cl)进行充电。
5.如权利要求2所述的电机驱动器，其特征在于，所述电阻(R)为千级欧姆电阻。
6.如权利要求3或4所述的电机驱动器，其特征在于，所述控制部件(202)还连接到所述电机(M)，用于监测所述电机(M)的负载，当所述负载低于一门限时，所述控制部件(202)控制所述常开第一控制开关(S2)闭合，使所述直流升压器(12)旁路。
7.如权利要求3或4所述的电机驱动器，其特征在于，该电机驱动器还包括第三控制开关(S3)，其与所述控制部件(202)相连接。
8.如权利要求2所述的电机驱动器，其特征在于，所述第一控制开关(S2)和第二控制开关(SI)为一接触器的两个触点，其中所述第一控制开关(S2)为主触点，所述第二控制开关(SI)为辅触点。
9.一种电机驱动器驱动电机的方法，其特征在于，包括以下步骤步骤(401):监测直流升压器(12)的工作状态；步骤(402):当监测到所述直流升压器(12)失效时，与所述直流升压器(12)并联的第一控制开关(S2)闭合而使所述直流升压器(12)旁路，直流电源(201)直接为逆变器(14)提供直流电压；步骤(403):逆变器(14)将直流电压转变为交流电压后传输给电机(M)。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括步骤(503):进一步监测电机(M)的负载，当监测到所述直流升压器(12)工作正常且电机(M)的负荷小于等于预设的门限时，控制所述第一控制开关(S2)闭合
全文摘要
本发明公开了一种电机驱动器及驱动方法，以在直流升压器失效时实现对电机的驱动。该电机驱动器，包括直流升压器(12)，用于升高直流电源(201)的电压；滤波电容(C1)；与所述直流升压器(12)连接的逆变器(14)，用于将所述直流升压器(12)升高后的电压转换为交流电压后传输给电机(M)；与所述直流升压器(12)并联的第一控制开关(S2)，当所述直流升压器(12)失效时，所述第一控制开关(S2)闭合，进而使所述直流升压器(12)旁路，从而避免因直流升压器故障而导致整个电机驱动器失效，从而提高电机驱动器整体的安全性，稳定性和容错能力。
文档编号H02P27/06GK103023426SQ20111030131
公开日2013年4月3日 申请日期2011年9月28日 优先权日2011年9月28日
发明者庄朝晖, 李飞 申请人:西门子公司