一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法

1.本发明涉及电力电子及电力传动领域，尤其涉及一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法。


背景技术：

2.永磁同步电机以其高效率、高功率密度、高功率因数、高过载能力等优点被广泛使用在工业、电器、电动汽车以及电推进等领域。
3.在一些大功率应用场合如电推进应用中，为了降低重量以获得高功率密度，通常采用多对极结构电机以减小轭厚，最终造成电机基频较高，可达1khz。但受硅基功率器件性能的约束，为降低开关损耗，逆变器开关频率一般设置在10khz左右。基于以上两种情况，逆变器开关频率与电机频率之比，即载波比常低于10。且在功率较大的工况下，单个三相控制器难以满足功率需求，通常会采用多管并联以增大控制器容量。
4.载波比较低的工况下，控制器对输出电流的控制性能较差，电流谐波较大，且控制器极易失去对电流的稳定控制。简单的多管并联也无法发挥开关器件的全部性能，且对开关器件的均流性能要求较高。


技术实现要素：

5.本发明解决大功率高频逆变、高速电机驱动工况下开关频率提升困难以及简单的多管并联难以发挥开关器件全部性能的问题。本发明提出一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法。
6.本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
7.本发明提供一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法，其中双三相桥并联控制器包括超前三相桥(1)、滞后三相桥(2)、电流传感器(3)、驱动电路1(4)、驱动电路2(5)、信号调理模块(6)、双通道协调控制器(7)组成。
8.优选的，超前三相桥(1)由mos管或igbt管q1～q6组成，滞后三相桥(2)由mos管或igbt管q7～q12组成。
9.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q4的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q10的漏极(集电极)连在一起并引出输出端a。
10.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q3的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q6的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q9的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q12的漏极(集电极)连在一起并引出输出端b。
11.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q5的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q2的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q11的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q8的漏极(集电极)连在一起并引出输出端c。
12.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1、q3、q5与滞后三相桥(2)的mos管或
igbt管q7、q9、q11的漏极(集电极)连在一起，并与电源正极相连，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q2、q4、q6与滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q8、q10、q12的源极(发射极)连在一起，并与电源负极相连。
13.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6的栅极(基极)与驱动电路1(4)的pwm输出端相连，滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12的栅极(基极)与驱动电路2(5)的pwm输出端相连。
14.优选的，驱动模块1(4)的pwm信号输入端与双通道协调控制器(7)的pwm信号输出端相连，驱动模块2(5)的pwm信号输入端与双通道协调控制器(7)的pwm信号输出端相连。
15.优选的，超前三相桥(1)、滞后三相桥(2)的输出端a、输出端b、输出端c穿过电流传感器(3)，电流传感器(3)的输出端口连至信号调理模块(6)的信号输入端口，信号调理模块(6)的信号输出端口连至双通道协调控制器(7)的采样输入端口。
16.优选的，倍频调制方法包括以下步骤：
17.双通道协调控制器(7)每次中断从信号调理模块(6)获得电压信号并接收人为给定或其他输入端输入的电流基准值，从信号调理模块(6)获得的电压信号经过处理得到输出端a、输出端b、输出端c的实时电流值。同时双通道协调控制器(7)每次中断输出端a、输出端b、输出端c的实时电流值与电流基准值经过电流调节算法输出调制信号，调制信号与三角波相交比较之后产生pwm信号，接着判断本次中断次数为奇数还是偶数。若为奇数(偶数)，双通道协调控制器(7)将产生的pwm信号发送给驱动模块1(4)，驱动模块1(4)接收到pwm信号并将pwm信号进行功率放大后输出驱动超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6，若为偶数(奇数)，双通道协调控制器(7)将产生的pwm波发送给驱动模块2(5)，驱动模块2(5)接收到pwm信号并将pwm信号进行功率放大后输出驱动滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12，进而双通道协调控制器(7)控制双三相桥并联控制器输出与电流基准值相等的电流。
18.本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
19.1、本发明由两个三相桥并联而成，容量较大，且具备故障冗余功能，当并联的两个mos管或igbt管其中一个发生断路故障时，正常工作的mos管或igbt管仍然可以支持控制器降低功率继续工作；
20.2、本发明使用倍频调制算法，相比简单的多管并联，在开关频率相同的情况下，本发明的输出端a，输出端b，输出端c输出的pwm波频率要提高一倍，进而本发明用于如永磁同步电机驱动这样的逆变应用场合时，输出电流波形谐波含量更少，控制性能更好。
21.3、本发明并联的开关器件不在同一时间导通，每个开关周期只有并联的开关器件中的一个工作，对器件的均流性能要求较低。
附图说明
22.图1是本发明的所有硬件连接示意图；
23.图2是本发明的超前三相桥与滞后三相桥硬件连接示意图；
24.图3是本发明的控制流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
26.一种双三相桥并联控制器及其倍频调制方法，其中双三相桥并联控制器包括超前三相桥(1)、滞后三相桥(2)、电流传感器(3)、驱动电路1(4)、驱动电路2(5)、信号调理模块(6)、双通道协调控制器(7)组成。
27.优选的，超前三相桥(1)由mos管或igbt管q1～q6组成，滞后三相桥(2)由mos管或igbt管q7～q12组成。
28.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q4的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q10的漏极(集电极)连在一起并引出输出端a。
29.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q3的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q6的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q9的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q12的漏极(集电极)连在一起并引出输出端b。
30.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q5的源极(发射极)、超前三相桥(1)的mos管或igbt管q2的漏极(集电极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q11的源极(发射极)、滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q8的漏极(集电极)连在一起并引出输出端c。
31.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1、q3、q5与滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7、q9、q11的漏极(集电极)连在一起，并与电源正极相连；超前三相桥(1)的mos管或igbt管q2、q4、q6与滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q8、q10、q12的源极(发射极)连在一起，并与电源负极相连。
32.优选的，超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6的栅极(基极)与驱动电路1(4)的pwm输出端相连，滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12的栅极(基极)与驱动电路2(5)的pwm输出端相连。
33.优选的，驱动模块1(4)的pwm信号输入端与双通道协调控制器(7)的pwm信号输出端相连，驱动模块2(5)的pwm信号输入端与双通道协调控制器(7)的pwm信号输出端相连。
34.优选的，驱动模块1(4)与驱动模块2(5)包括全部可以驱动mos管或igbt管导通与关断的电路模块。
35.优选的，超前三相桥(1)、滞后三相桥(2)的输出端a、输出端b、输出端c穿过电流传感器(3)，电流传感器(3)的输出端口连至信号调理模块(6)的信号输入端口，信号调理模块(6)的信号输出端口连至双通道协调控制器(7)的采样输入端口。
36.优选的，的电流传感器(3)包括但不限于电流互感器、电流霍尔传感器、电流采样电阻。
37.优选的，倍频调制方法包括以下步骤：
38.双通道协调控制器(7)每次中断进行一次控制流程。每次控制流程开始从信号调理模块(6)获得电压信号ua，ub，uc并接收人为给定或其他输入端输入的电流基准值iref，从信号调理模块(6)获得的电压信号经过换算处理得到输出端a、输出端b、输出端c的实时电流值ia，ib，ic。输出端a、输出端b、输出端c的实时电流值ia，ib，ic与电流基准值iref经过电流调节算法输出调制信号，调制信号与三角波相交比较之后产生pwm信号。接着判断本次中断次数为奇数还是偶数，若为奇数(偶数)，双通道协调控制器(7)将产生的pwm信号发
送给驱动模块1(4)，同时将滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12全部关断的信号发送给驱动模块2(5)，驱动模块1(4)接收到pwm信号并将pwm信号进行功率放大后输出驱动超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6按照pwm信号导通或关断，驱动模块2(5)将接受到的关断信号进行功率放大，控制滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12全部关断；若为偶数(奇数)，双通道协调控制器(7)将产生的pwm信号发送给驱动模块2(5)，同时将超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6全部关断的信号发送给驱动模块1(4)，驱动模块2(5)接收到pwm信号并将pwm信号进行功率放大后输出驱动滞后三相桥(2)的mos管或igbt管q7～q12按照pwm信号导通或关断，驱动模块1(4)将接受到的关断信号进行功率放大，控制超前三相桥(1)的mos管或igbt管q1～q6全部关断；进而双通道协调控制器(7)控制双三相桥并联控制器输出与电流基准值相等的电流。
39.本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
40.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。