电机驱动器的制作方法

本实用新型通常涉及电机驱动器领域，更具体地，涉及能够同时消除共模电压和过压损害的电机驱动器。

背景技术：

电机驱动器被广泛地应用于工业领域，比如汽车领域等。电机驱动器的灵活性和适应性在持续改进。通常，电机驱动器的电源级会包括无源直流/交流转换器(在下文中简称为无源AC/DC转换器)、直流链电路(在下文中简称为DC-Link电路)和逆变器。其中，无源AC/DC转换器将三相交流电压转换为直流电压。通常，无源AC/DC转换器采用二极管型整流器。直流链电路用于对无源AC/DC转换器的输出电压进行平滑滤波，并在出现过压情况下吸收DC-Link能量。逆变器将无源AC/DC转换器输出的直流电压转换为可变频率的交流电压，以供后续组件使用。

在大多数情况下，电机驱动器中的逆变器使用脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)技术。然而，采用PWM技术的逆变器会生成高频共模电压，该共模电压能够感应出转轴电压，从而导致出现轴承电流和漏电电流，并且导致发生提前的轴承失效。而且，高频漏电电流会产生电磁波干扰(Electromagnetic Interference，EMI)，并且扰乱控制系统或电子设备。此外，电机驱动器中经常会出现过压情形。在这种情况下，电机驱动器中的组件容易被损坏。

因此，需要一种能够同时消除共模电压和过压损害的电机驱动器。

技术实现要素：

鉴于上述，本实用新型提供了一种能够同时消除共模电压和过压损害的电机驱动器。利用该电机驱动器，通过在直流链电路中增加与逆变器中的直流/交流转换分支相同的直流/交流转换分支以及由开关电路和制动电阻(即，第一电阻器)组成的并联电路，并经由控制器来控制所述开关电路的闭合/断开以及所增加的直流/交流转换分支中的开关器件的导通/截止，由此完全地消除逆变器所生成的高频共模电压以及过压损害。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种电机驱动器，包括：无源交流/直流转换器，直流链电路，逆变器、滤波电路和控制器，其中，所述逆变器包括并联地设置在所述直流链电路的正极输出端和负极输出端之间的第一到第三直流/交流转换分支电路，所述第一到第三直流/交流转换分支电路中的每个由两个开关器件组成；所述直流链电路包括：由第一电容器和第二电容器串联组成的电容器电路，所述电容器电路设置在所述无源交流/直流转换器的正极输出端和负极输出端之间；由开关电路和第一电阻器并联组成的并联电路；和由两个开关器件组成的第四直流/交流转换分支电路，所述并联电路和所述第四直流/交流转换分支电路串联，并且所述并联电路的另一端和所述第四直流/交流转换分支电路的另一端分别与所述无源交流/直流转换器的正极输出端和负极输出端相连；所述滤波电路包括第一到第四滤波器，其中每个滤波器分别设置在所述第一、所述第二电容器之间的节点与所述第一到第四直流/交流转换分支电路中的两个开关器件之间的节点之间，所述控制器与所述第四直流/交流转换分支电路和所述开关电路相连，其被配置为根据电机的工作状态来控制所述开关电路的闭合和断开，以及根据所述开关电路的闭合/断开和所述第一到第三直流/交流转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止状态来控制所述第四直流/交流转换分支电路的两个开关器件的导通/截止。

在上述方面的一个示例中，所述电机驱动器还可以包括：监测单元，分别与所述控制器、所述第一到第三直流/交流转换分支电路相连，用于监测电机的工作状态和/或所述第一到第三直流/交流转换分支电路中的开关器件的导通/截止状态。

在上述方面的一个示例中，所述第一电容器和所述第二电容器是相同的电容器，以及所述开关器件是相同的开关器件。

在上述方面的一个示例中，所述开关电路可以包括下述中的一种：机械触点型开关电路，绝缘栅双极型晶体管开关电路，场效应管型开关电路，门极可关断晶闸管，集成门极换流晶闸管。

在上述方面的一个示例中，所述开关器件可以包括全控型功率晶体管和二极管，所述二极管的阳极和阴极分别与所述全控型功率晶体管的发射极和集电极相连。

在上述方面的一个示例中，所述晶体管可以包括绝缘栅双极型晶体管。

在上述方面的一个示例中，所述开关器件可以包括全控型功率场效应管和二极管，所述二极管的阳极和阴极分别与所述全控型功率场效应管的源极和漏极相连。

在上述方面的一个示例中，所述全控型功率场效应管包括全控型增强型功率场效应管或全控型耗尽型功率场效应管。

在上述方面的一个示例中，所述第一到第四滤波器中的各个滤波器可以包括下述滤波器中的一种：LC滤波器、LCL滤波器。

在上述方面的一个示例中，所述逆变器采用PWM技术。

利用本实用新型的电机驱动器，通过在直流链电路中增加与逆变器中的直流/交流转换分支相同的直流/交流转换分支以及由开关电路和制动电阻(即，第一电阻器)组成的并联电路，并经由控制器来控制所述开关电路的闭合/断开以及所增加的直流/交流转换分支中的开关器件的导通/截止，由此完全地消除逆变器所生成的高频共模电压以及过压损害。

附图说明

通过参照下面的附图，可以实现对于本公开内容的本质和优点的进一步理解。在附图中，类似组件或特征可以具有相同的附图标记。

图1示出了根据本实用新型的电机驱动器的结构的框图；和

图2示出了根据本实用新型的电机驱动器的一个示例的电路示意图。

附图标记

10：电机驱动器 11：无源交流/直流转换器 12：直流链电路

13：逆变器 14：滤波电路 15：控制器 16：监测单元

121：第四直流/交流转换分支 131：第一直流/交流转换分支

132：第二直流/交流转换分支 133：第三直流/交流转换分支

具体实施方式

现在将参考示例实施方式讨论本文描述的主题。应该理解，讨论这些实施方式只是为了使得本领域技术人员能够更好地理解从而实现本文描述的主题，并非是对权利要求书中所阐述的保护范围、适用性或者示例的限制。可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，对所讨论的元素的功能和排列进行改变。各个示例可以根据需要，省略、替代或者添加各种过程或组件。另外，相对一些示例所描述的特征在其它例子中也可以进行组合。

如本文中使用的，术语“包括”及其变型表示开放的术语，含义是“包括但不限于”。术语“基于”表示“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一实施例”表示“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”表示“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可以指代不同的或相同的对象。下面可以包括其他的定义，无论是明确的还是隐含的。除非上下文中明确地指明，否则一个术语的定义在整个说明书中是一致的。

图1示出了根据本实用新型的电机驱动器10的结构的示意图。如图1所示，电机驱动器10包括无源AC/DC转换器11、直流链电路12、逆变器13、滤波电路14和控制器15。

无源AC/DC转换器11用于将输入到电机驱动器10的交流电压转换为直流电压。直流链电路12与无源AC/DC转换器11相连，用于对无源AC/DC转换器11输出的直流电压进行滤波。直流链电路12包括：电容器电路；由开关电路和第一电阻器并联组成的并联电路；以及由两个开关器件组成的第四DC/AC转换分支电路。

逆变器13与直流链电路12相连，并且包括三个并联的第一到第三DC/AC转换分支电路，用于将直流链电路输出的直流电压转换为交流电压。滤波电路14与直流链电路12和逆变器13相连，用于对直流链电路12和逆变器13输出的电压进行滤波。

控制器15与直流链电路12相连，用于控制直流链电路12中的开关电路的闭合/断开以及第四DC/AC转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止。具体地，控制器15根据电机的工作状态来控制直流链电路12中的开关电路的闭合/断开；以及根据开关电路的闭合/断开以及第一到第三DC/AC转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止状态，控制第四DC/AC转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止。

此外，优选地，电机驱动器10还可以包括监测单元16，分别与控制器15、第一到第三直流/交流转换分支电路相连，用于监测电机的工作状态和/或第一到第三直流/交流转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止状态。然后，监测单元16将所监测到的电机的工作状态和/或第一到第三直流/交流转换分支电路中的两个开关器件的导通/截止状态经由有线或无线的方式发送给控制器15。

图2示出了根据本实用新型的电机驱动器的一个示例的电路示意图。

如图2所示，无源AC/DC转换器11包括三个AC/DC转换分支电路，每个分支电路包括两个同向串联的二极管，比如二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6。电机驱动器的三相电源的输入端子R、S和T分别与对应分支电路的两个二极管之间的节点连接。

直流链电路12包括第一电容器Cs1、第二电容器Cs2、开关电路K1、第一电阻器Rd、开关器件T7和T8。第一电容器Cs1和第二电容器Cs2串联地设置在无源AC/DC转换器11的正极输出端和负极输出端之间，并且优选地，第一电容器Cs1和第二电容器Cs2是相同的电容器。此外，在本实用新型的其它示例中，第一电容器Cs1和第二电容器Cs2可以分别由多个电容器以并联、串联或混联的方式构成，在这种情况下，第一电容器Cs1和第二电容器Cs2相同是指电容器的组成组件的类型、数量和组成方式完全相同。

开关电路K1和第一电阻器Rd并联以形成并联电路。所述并联电路的一端与无源AC/DC转换器11的正极输出端相连，以及所述并联电路的另一端与开关器件T7相连，例如，与开关器件T7中的晶体管的集电极或场效应管的漏极相连。在本实用新型中，所述开关电路可以包括下述中的一种：机械触点型开关电路，绝缘栅双极型晶体管开关电路，场效应管型开关电路，门极可关断晶闸管，集成门极换流晶闸管。

开关器件T7和开关器件T8串联，并且开关器件T8与无源AC/DC转换器11的负极输出端相连。这里，开关器件T7和开关器件T8构成本实用新型中的第四直流/交流转换分支121。在本实用新型中，开关器件T7和T8是相同的开关器件。如图所示，开关器件T7由单个全控型功率晶体管和单个二极管构成，二极管的阳极和阴极分别与全控型功率晶体管的发射极和集电极相连。在本实用新型的其它示例中，所述单个全控型功率晶体管可以由多个全控型功率晶体管以并联、串联或混联的方式构成。同样，所述单个二极管也可以由多个二极管以并联、串联或混联的方式构成。在本实用新型中，所述全控型功率晶体管比如是绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)。

在本实用新型的其它示例中，开关器件T7也可以由单个全控型功率场效应管和单个二极管构成，所述二极管的阳极和阴极分别与所述全控型功率场效应管的源极和漏极相连。同样，在本实用新型的其它示例中，所述单个全控型功率场效应管可以由多个全控型功率场效应管以并联、串联或混联的方式构成。同样，所述单个二极管也可以由多个二极管以并联、串联或混联的方式构成。在本示例中，所述全控型功率场效应管比如是全控型增强型场效应管、全控型耗尽型场效应管。

逆变器13包括并联地设置在直流链电路12的正极输出端和负极输出端之间的第一到第三直流/交流转换分支电路131,132,133，第一到第三直流/交流转换分支电路131,132,133中的每个由两个开关器件(T1，T2，T3，T4，T5，T6)组成，其中，开关器件T1、T2、T3、T4、T5和T6是与开关器件T7相同的开关器件。

滤波电路14包括分别设置在所述第一电容器Cs1、所述第二电容器Cs2之间的节点O与第一到第四直流/交流转换分支电路131、132、133、121中的两个开关器件(即，开关器件)之间的节点V1，V2，V 3和V4之间的第一到第四滤波器。如图2中所示，第一滤波器是由电感器L1、电阻器R1和电容器C1串联组成的LC型滤波器，第二滤波器是由电感器L2、电阻器R2和电容器C2串联组成的LC型滤波器，第三滤波器是由电感器L3、电阻器R3和电容器C3串联组成的LC型滤波器，以及第四滤波器是由电感器L4、电阻器R4和电容器C4串联组成的LC型滤波器。这里，L1到L4，R1到R4以及C1到C4可以采用相同的参数。在本实用新型的其它示例中，第一到第四滤波器中的各个滤波器也可以采用LCL型滤波器。

第一滤波器中的电感器L1的一端与第一直流/交流转换分支电路131中的两个晶体管T1和T2的节点V1相连，并且电容器C1的一端与第一电容器Cs1和第二电容器Cs2的节点O相连。第二滤波器中的电感器L2的一端与第二直流/交流转换分支电路132中的两个晶体管T3和T4的节点V2相连，并且电容器C2的一端与第一电容器Cs1和第二电容器Cs2的节点O相连。

第三滤波器中的电感器L3的一端与第一直流/交流转换分支电路133中的两个晶体管T5和T6的节点V3相连，并且电容器C3的一端与第一电容器Cs1和第二电容器Cs2的节点O相连。第四滤波器中的电感器L4的一端与第四直流/交流转换分支电路121中的两个晶体管T7和T8的节点V4相连，并且电容器C4的一端与第一电容器Cs1和第二电容器Cs2的节点O相连。

这里要说明的是，第一到第四直流/交流转换分支电路的各个电路中的两个开关器件在电机驱动器正常工作期间每个瞬间仅仅只有一个处于导通状态，另一个处于截止状态。

控制器15与开关电路K1以及第四直流/交流转换分支电路121以有线(例如，总线)或无线的方式相连。在工作时，如果电机处于正常工作状态，则控制器15控制开关电路K1闭合。如果电机处于制动再生状态，则控制器15控制开关电路K1断开。并且，在开关电路K1闭合时，控制器15根据第一到第三直流/交流转换分支电路131,132,133中的两个开关器件的导通/截止状态，按照使得第一到第四直流/交流转换分支电路131,132,133,121实现输出电压平衡的方式来控制第四直流/交流转换分支电路121的两个开关器件T7和T8中的哪个开关器件处于导通状态。在开关电路K1断开时，控制器15使得第四直流/交流转换分支电路121的两个开关器件T7和T8都处于导通状态。

例如，如果第一到第三直流/交流转换分支电路131、132、133中出现两个上半臂晶体管导通(例如，T1，T3导通，T2和T4截止)和1个下半臂晶体管导通(例如，T5截止，T6导通)，则控制器15控制第四直流/交流转换分支电路121的下半臂晶体管处于导通状态，即，使得晶体管T8导通。如果第一到第三直流/交流转换分支电路131、132、133中出现1个上半臂晶体管导通(例如，T1导通，T2截止)和2个下半臂晶体管导通(例如，T3、T5截止，T4、T6导通)，则控制器15控制第四直流/交流转换分支电路121的上半臂晶体管处于导通状态，即，使得晶体管T/7导通。在本实用新型中，控制器25可以使用本领域公知的任何硬件来实现。

这里，电机的工作状态以及第一到第三直流/交流转换分支电路131、132、133中的两个开关器件的导通/截止状态可以由外部设备分析第一到第三直流/交流转换分支电路131、132、133中的两个开关器件的信号状态来获得，并经由有线或无线的方式发送给控制器15。在本实用新型的另一示例中，电机的工作状态以及第一到第三直流/交流转换分支电路131、132、133中的两个开关器件的导通/截止状态也可以通过图1中示出的监测单元16来获得。

利用图2中示出的电机驱动器，通过在直流链电路中增加与逆变器中的直流/交流转换分支相同的直流/交流转换分支以及由开关电路和制动电阻(即，第一电阻器)组成的并联电路，并经由控制器来控制所述开关电路的闭合/断开以及所增加的直流/交流转换分支中的开关器件的导通/截止，由此完全地消除逆变器所生成的高频共模电压以及过压损害。

上面结合附图阐述的具体实施方式描述了示例性实施例，但并不表示可以实现的或者落入权利要求书的保护范围的所有实施例。在整个本说明书中使用的术语“示例性”意味着“用作示例、实例或例示”，并不意味着比其它实施例“优选”或“具有优势”。出于提供对所描述技术的理解的目的，具体实施方式包括具体细节。然而，可以在没有这些具体细节的情况下实施这些技术。在一些实例中，为了避免对所描述的实施例的概念造成难以理解，公知的结构和装置以框图形式示出。

本公开内容的上述描述被提供来使得本领域任何普通技术人员能够实现或者使用本公开内容。对于本领域普通技术人员来说，对本公开内容进行的各种修改是显而易见的，并且，也可以在不脱离本公开内容的保护范围的情况下，将本文所定义的一般性原理应用于其它变型。因此，本公开内容并不限于本文所描述的示例和设计，而是与符合本文公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。