一种大功率双通道驱动系统的制作方法

本发明涉及驱动器,尤其涉及一种新型大功率igbt驱动器。

背景技术：

1、针对目前工程应用中对大功率电机驱动器的需求，以双通道输出控制器为设计目标，研发一款高功率、高转速、高效率驱动无刷直流电机控制器，开展双通道电驱动系统电机及驱动器高功率密度高效率设计技术的研究，突破电机控制器高功率高效率小型化设计等关键技术。

2、1、高转速控制

3、传统电机控制器多采用dsp作为控制核心，但是被控对象无刷直流电机的突出特点为转速高，电机转速达12000～15000r/min，为保证在电机换相的实时性，需要换相模块具有极高的处理速度和性能，且要保证高可靠性，此时采用dsp作为控制核心，其进行一次处理的速度难以达到所需量级，且cpu调度时间会造成信号采集的不确定性延时，造成换相推迟和电机运转可靠性下降。

4、2、散热设计

5、在商业化成熟的功率半导体器件中，igbt以其良好的综合性能成为中大功率等级(单管兆瓦级)及以下的典型代表，具有驱动电路简单、电压等级范围宽、导通压降与通流能力折衷效果好等显著优势。igbt模块在工作时，不断进行开通和关断动作，从而产生较高的开关损耗，损耗以热量的方式转化并累积。随着igbt不断向高压、大容量、小型化方向发展,igbt单位体积发热量逐渐增加，为使igbt在有限空间内可以正常工作，必须采取适当的散热装置保证igbt耗散功率小于最大允许耗散功率。

6、因此有必要对现有技术进行改进以解决上述不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于对上述不足之处进行改进，提供了一种体积小、安装灵活、可靠性高、输出功率大，输出转速高的大功率igbt驱动器。

2、本发明采用下述方案：

3、一种大功率双通道驱动系统，包括驱动器和电机；所述驱动器包括任务调度单元、数据处理单元、限位传感器、重叠换相单元以及三相桥；限位传感器和任务调度单元均通过信息采集电路与数据处理单元连接；

4、所述电机为无刷电机，其上设有光电码盘和霍尔传感器；

5、所述任务调度单元用于实时数据的上传和接收上位机的控制指令并将控制指令转算为位置信息；

6、所述重叠换相单元采用重叠换相技术通过三相桥对无刷电机进行功率逆变电路六路pwm信号脉冲分配控制；

7、所述数据处理单元以fpga作为载体实现实时位置信息的采集，并将采集到的位置信息上传给任务调度单元；从任务调度单元接收到位置信息后，接收到的位置信息与实时位置信息作差进行闭环控制运算，向重叠换相单元输出控制信息；

8、任务调度单元接收到上位机的控制指令后，将控制指令转算为位置信息并发送给数据处理单元，数据处理单元将接收到的位置信息与光电码盘和霍尔传感器反馈的实时位置信息作差进行闭环控制运算，向重叠换相单元输出控制信息；重叠换相单元输出pwm控制信息驱动三相桥臂的通断，从而使电机转动到指定位置；

9、数据处理单元接收到光电码盘和霍尔传感器反馈的实时位置信息后通过任务调度单元向上位机上传，并通过上位机显示；数据处理单元接收到限位传感器的停止信息后，将停止信息通过任务调度单元向上位机上传，并通过上位机显示，同时将停止信息解算，向重叠换相单元输出控制信息。

10、进一步的，所述驱动器包括机箱、驱动板、控制板、散热风扇和igbt模块；机箱的侧壁外表面设有散热片；散热风扇通过散热片与机箱连接；机箱的侧壁内表面设有与其紧贴的均温板，均温板和散热片的位置对应；所述igbt模块设置于均温板上；驱动板位于igbt模块的外表面；

11、控制板设置于机箱底板上，与驱动板通过铜排连接；所述机箱内还设有电源电路，其中一端为外置电源输入端口的插座，另一端与驱动板和控制板连接，控制板与散热风扇连接；所述电源电路上设有保险；所述igbt内置温度传感器并将温度信息传递给集成于驱动板的信息采集电路，所述驱动板将信息传递给控制板，所述控制板根据温度信息调整散热风扇转速。

12、本发明与现有技术相比具有如下有益效果：

13、(1)本发明中dsp(任务调度单元)+fpga(数字处理单元)数字伺服控制方案大大提高了硬件整体的集成度和灵活性，弥补了单个dsp不能完成多个电机pwm波输出的缺点，信息采集速率更高，采样更加精确。

14、(2)侧装风扇散热气流主要通过与垂直散热柱的热交换来实现对igbt模块的温度控制，散热效率提高，通过调整风扇转速可有效降低驱动器的整体温度，经过软件分析，驱动器在55℃的温度下稳定提供20kw的输出功率。同时驱动器整体结构设计紧凑，尺寸较小。

15、(3)本发明中采用重叠换相技术，有效地降低了电机换相时产生的转矩波动，使电机在高速下运行下更加平稳。

技术特征：

1.一种大功率双通道驱动系统，包括驱动器和电机；其特征在于，所述驱动器包括任务调度单元、数据处理单元、限位传感器、重叠换相单元以及三相桥；限位传感器和任务调度单元均通过信息采集电路与数据处理单元连接；

2.根据权利要求1所述的一种大功率双通道驱动系统，其特征在于，所述驱动器包括机箱、驱动板、控制板、散热风扇和igbt模块；机箱的侧壁外表面设有散热片；散热风扇通过散热片与机箱连接；机箱的侧壁内表面设有与其紧贴的均温板，均温板和散热片的位置对应；所述igbt模块设置于均温板上；驱动板位于igbt模块的外表面；

技术总结
本发明公开了一种大功率双通道驱动系统，属于驱动器技术领域。该驱动器采用DSP+FPGA作为控制器核心，FPGA作为数据采集和处理的控制核心，采用重叠换相，实现功率逆变电路六路PWM信号的脉冲分配控制，并以此减少转矩换相过程中的转矩脉动，从而驱动电机连续高速、平稳运转。DSP则负责任务调度，完成与接收上位机控制指令、实时数据上传以及电机转动控制。本发明IGBT散热结构设计中，为提高散热效率，在IGBT和散热片间增加均热板，并将散热片设计为针状。同时IGBT内置温度传感器并将温度信息传递给控制板，控制板根据温度信息调整风扇转速。

技术研发人员：刘侨林,张雨,张硕,刘宁,赵贺,宋迎兴,王迎发
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16