專利名稱：一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路。
背景技術(shù)：
逆變器的控制方式直接關(guān)系到電機繞組驅(qū)動電壓在波形，幅度和方向上的特征，它對無刷電機系統(tǒng)的整體性能起著至關(guān)重要的作用。
逆變方式通常有以下三種(1)三相三拍(半控)逆變方式每隔三分之一周期進行換相，每一繞組正向?qū)ㄈ种恢芷?，其余時間處于截止狀態(tài)，每瞬間僅有一相繞組導(dǎo)通，繞組的驅(qū)動電壓小于電源電壓，為三拍二電平波形。這種方式的電路最簡單，電機轉(zhuǎn)矩波動最大，逆變效率也最低。輸出轉(zhuǎn)矩矢量，見圖3(a)。
(2)三相六拍(全控二-二)逆變方式每隔六分之一周期進行換相，每一繞組依次正向?qū)ㄈ种恢芷冢瑪嚯娏种恢芷?，反向?qū)ㄈ种恢芷谠贁嚯娏种恢芷?---，每瞬間有兩相繞組串聯(lián)后導(dǎo)通，繞組驅(qū)動電壓的波形為六拍三電平(參見圖4)，幅度可達到電源電壓的1.5倍，所以逆變效率和電機的輸出轉(zhuǎn)矩比三相三拍方式有明顯的提高，但電機的轉(zhuǎn)矩仍易受負載變化而波動。輸出合成轉(zhuǎn)矩矢量為TAB，TBC，TAC，TAB，TBC，TAC，其大小為1.73TA，見圖3(b)。
(3)三相六拍(全控三-三)逆變方式每隔六分之一周期進行換相，每一繞組正向?qū)ǘ种恢芷谠俜聪驅(qū)ǘ种恢芷?，每瞬間有一對并聯(lián)的繞組與第三相繞組串聯(lián)后導(dǎo)通，繞組驅(qū)動電壓的波形為六拍四電平(參見圖5)，幅度也可達到電源電壓的1.5倍。在逆變器直流側(cè)電源相同的條件時，當三相全控三-三逆變方法處于TABC狀態(tài)時流過A相繞組的正向電流是三相全控二-二逆變方法處于TAB狀態(tài)時的1.33倍，而此刻流過B相繞組的反向電流只是0.66倍(C相繞組電流及方向和B相相同)，因此輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量T-的大小為2TA，使逆變效率和輸出轉(zhuǎn)矩也相應(yīng)增大，但轉(zhuǎn)矩的波動改善有限。輸出合成轉(zhuǎn)矩矢量為TABC，TABC，TABC，TABC，TABC，TABC，見圖3(c)。
上述的逆變方式難以滿足某些需要更高的效率與更低轉(zhuǎn)矩波動的場合。
實用新型內(nèi)容本實用新型旨在提供一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，以達到電機的轉(zhuǎn)速與輸入信號周期相同步和提高電機效率及抑制輸出轉(zhuǎn)矩波動的目的。
本實用新型提供的一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于它包括步進計數(shù)電路，將輸入信號作預(yù)分頻整形以及將整形后脈沖作為時鐘輸入，按輸入信號的順序作步進式循環(huán)計數(shù)，并以輸出信號來代表電機狀態(tài)；逆變控制電路，與所述的步進計數(shù)電路的輸出端相連，將上述整形后脈沖再與所述步進計數(shù)電路的輸出信號進行邏輯運算，以輸出逆變指令；H型功率驅(qū)動橋，與所述逆變控制電路相連，包括三個橋臂和與橋臂三個中點相連的電機三個繞組，通過逆變控制和橋臂的驅(qū)動，完成由每十二個輸入信號構(gòu)成一個完整的電機旋轉(zhuǎn)周期，每個周期內(nèi)每相繞組均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，而使電機轉(zhuǎn)速和輸入信號的周期變化保持同步。
上述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其中，步進計數(shù)電路中的二分頻觸發(fā)器時鐘輸入端連接信號輸入端口，分頻后的輸出分別作為所述步進計數(shù)電路及逆變控制電路所需的輸入時鐘。
上述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其中，H型功率驅(qū)動橋的三個橋臂分別由橋臂開關(guān)管V1V4，V3V6，V5V2組成。
上述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其中，每次換相指令只切換所述橋臂開關(guān)管V1～V6其中之一由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止或者由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。
上述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其中，電機運行過程中的任何瞬間，橋臂開關(guān)管V1～V6至少有二個開關(guān)管處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，同時至少有三個開關(guān)功率管處于截止狀態(tài)。
采用了上述的技術(shù)解決方案，也即本實用新型完成每個周期內(nèi)均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，使驅(qū)動電壓波形型態(tài)更接近正弦波，明顯地減少了諧波的成分，實現(xiàn)了在電機輸出轉(zhuǎn)矩得到增加的同時降低了轉(zhuǎn)矩的脈動，使電機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，同時提高了電機電源轉(zhuǎn)換效率。


圖1是本實用新型電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型實施的電路原理圖；圖3(a)是三相半控逆變方法下電機輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖；圖3(b)是三相全控二-二逆變方法下電機輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖；圖3(c)是三相全控三-三逆變方式下電機輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖；圖3(d)是三相全控五-七逆變方法下的電機輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量圖；圖4是三相全控二-二導(dǎo)通方法的繞組驅(qū)動電壓波形圖；圖5是三相全控三-三導(dǎo)通方法的繞組驅(qū)動電壓波形圖；圖6是本實用新型的三相全控五-七導(dǎo)通方法的繞組驅(qū)動電壓波形圖。
具體實施方式
如圖1～2所示，直流三相Y接法無刷無傳感器電機逆變驅(qū)動電路，包括步進計數(shù)電路1、逆變控制電路2和H型功率驅(qū)動橋。
步進計數(shù)電路1，由二分頻觸發(fā)器和串行輸入、并行輸出的六位步進計數(shù)器組成，將輸入信號作預(yù)分頻整形以及將整形后脈沖作為時鐘輸入，按輸入信號的順序作步進式循環(huán)計數(shù)，并以六位輸出信號來代表電機狀態(tài)。步進計數(shù)電路1中的二分頻觸發(fā)器時鐘輸入端連接信號輸入端口，分頻后的輸出分別作為步進計數(shù)電路及逆變控制電路2所需的輸入時鐘。
該步進計數(shù)電路1由U1，U2，U3(三片均為四D觸發(fā)器，型號為MC14175)、U4A，U5A，U5D(與非門)及U6A～D(六反向器)組成。其中U1，U6A將輸入信號進行預(yù)分頻整形，整形后的脈沖占空比為50％，U2，U3，U4A，U5A，U6B，U6C和U6D組成環(huán)形計數(shù)器。上電復(fù)位后U1第二腳輸出的1∶1脈沖信號通過U2，U3進行計數(shù)，并依次由相應(yīng)的輸出端輸出000001，000011，000111，001111，011111，111111，000001----按此步進方式循環(huán)，十二個輸入信號組成一個循環(huán)周期。
逆變控制電路2，與步進計數(shù)電路1的六個輸出端分別對應(yīng)連接，將上述整形后脈沖再與所述步進計數(shù)電路1的六位輸出信號進行邏輯運算，以輸出逆變指令。
該逆變控制電路由與非門U12A～D，U13A～C，U14A～C，U15A～D，U16A～B，U22A～B以及反相器U7A，U7C，U7E，U8A～F組成。其功能是將上述步進計數(shù)電路1的輸出狀態(tài)按本實用新型的逆變方法進行邏輯運算并轉(zhuǎn)化為逆變指令，通過六反相器U8A～F的緩沖激勵再分別輸出給驅(qū)動橋。
H型功率驅(qū)動橋，與逆變控制電路2的六個輸出端相連，包括三個橋臂和與橋臂三個中點相連電機三個繞組，通過逆變控制和橋臂的驅(qū)動，完成由每十二個輸入信號構(gòu)成一個完整的電機旋轉(zhuǎn)周期，每個周期內(nèi)每相繞組均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，而電機轉(zhuǎn)速也和輸入信號的周期變化保持同步。
該H型驅(qū)動橋由功率管V1～V6，限流電阻R1～R6與電機的三相繞組A，B，C所組成。其中V1V4，繞組A，繞組B，V3V6構(gòu)成第一對H橋。V3V6，繞組B，繞組C，V5V2構(gòu)成第二對H橋。V5V2，繞組C，繞組A，V1V4構(gòu)成第三對H橋。功率管上的二極管用于防止狀態(tài)轉(zhuǎn)換瞬間產(chǎn)生的反向沖擊。最終通過這三對H橋臂驅(qū)動電機運轉(zhuǎn)。繞組驅(qū)動電壓的波形見圖6。
逆變控制電路2的六個輸出端分別同橋臂開關(guān)管V1～V6的六個基極相接，每周期發(fā)出十二次換相指令信號。十二狀態(tài)切換過程中V1～V6的輸入指令表如下

逆變驅(qū)動電路每次換相指令只使所述橋臂開關(guān)管V1～V6其中之一由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止或者由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。
逆變驅(qū)動電路在驅(qū)動電機運行過程中的任何瞬間，橋臂開關(guān)管V1～V6至少有二個開關(guān)管處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，同時至少有三個開關(guān)功率管處于截止狀態(tài)。
參見圖3(d)，在逆變器直流側(cè)電源相同的條件時，是本實用新型三相全控五-七逆變驅(qū)動方法的電機輸出的合成轉(zhuǎn)矩矢量。在一個完整的周期內(nèi)，包括了十二個運行狀態(tài)，TABC，TAB，TABC......。其中六個合成轉(zhuǎn)矩矢量為1.73TA，另外六個合成轉(zhuǎn)矩矢量為2TA。
綜上所述，由圖4～6中各種逆變方式下繞組驅(qū)動電壓波形的相互比較，可佐證本實用新型的三相無刷電機的同步他控五-七逆變方法與電路繞組驅(qū)動電壓波形改善為七電平，使型態(tài)更接近正旋波，明顯地減少了諧波的成分，實現(xiàn)了在電機輸出轉(zhuǎn)矩得到增加的同時降低了轉(zhuǎn)矩的脈動，使電機運轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，同時提高了電機電源轉(zhuǎn)換效率。
以上實施例僅供說明本實用新型之用，而非對本實用新型的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變型，因此所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本實用新型的范疇之內(nèi)，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求1.一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于它包括步進計數(shù)電路，將輸入信號作預(yù)分頻整形以及將整形后脈沖作為時鐘輸入，按輸入信號的順序作步進式循環(huán)計數(shù)，并以輸出信號來代表電機狀態(tài)；逆變控制電路，與所述的步進計數(shù)電路的輸出端相連，將上述整形后脈沖再與所述步進計數(shù)電路的輸出信號進行邏輯運算，以輸出逆變指令；H型功率驅(qū)動橋，與所述逆變控制電路相連，包括三個橋臂和與橋臂三個中點相連的電機三個繞組，通過逆變控制和橋臂的驅(qū)動，完成由每十二個輸入信號構(gòu)成一個完整的電機旋轉(zhuǎn)周期，每個周期內(nèi)每相繞組均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，而使電機轉(zhuǎn)速和輸入信號的周期變化保持同步。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于所述步進計數(shù)電路中的二分頻觸發(fā)器時鐘輸入端連接信號輸入端口，分頻后的輸出分別作為所述步進計數(shù)電路及逆變控制電路所需的輸入時鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于所述的H型功率驅(qū)動橋的三個橋臂分別由橋臂開關(guān)管V1V4，V3V6，V5V2組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于每次換相指令只切換所述橋臂開關(guān)管V1～V6其中之一由導(dǎo)通轉(zhuǎn)為截止或者由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，其特征在于電機運行過程中的任何瞬間，橋臂開關(guān)管V1～V6至少有二個開關(guān)管處于導(dǎo)通工作狀態(tài)，同時至少有三個開關(guān)功率管處于截止狀態(tài)。
專利摘要一種用于直流無刷電機逆變驅(qū)動電路，包括步進計數(shù)電路，將輸入信號作預(yù)分頻整形以及將整形后脈沖作為時鐘輸入，步進式循環(huán)計數(shù)，并以輸出信號來代表電機狀態(tài)；逆變控制電路，將上述整形后脈沖與步進計數(shù)電路的輸出信號進行邏輯運算，輸出逆變指令；H型功率驅(qū)動橋，通過逆變控制和橋臂的驅(qū)動，完成由每十二個輸入信號構(gòu)成的一完整電機旋轉(zhuǎn)周期，每周期內(nèi)每相繞組均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，使電機轉(zhuǎn)速和輸入信號的周期變化保持同步。本實用新型完成每個周期內(nèi)均不間斷地導(dǎo)通十二分之五的周期時間以及不間斷地截止十二分之七的周期時間，以達到電機的轉(zhuǎn)速與輸入信號周期相同步和提高電機效率及抑制輸出轉(zhuǎn)矩波動的目的。
文檔編號H02P6/10GK2768308SQ20042011482
公開日2006年3月29日 申請日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者鄭賢芳, 顧鵬程 申請人:上海貝嶺股份有限公司