專利名稱：改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，具體涉及一種改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作 電流的控制電路。
背景技術(shù)：
在對直流調(diào)速電機(jī)、開關(guān)磁阻電機(jī)的控制中，理想狀態(tài)的電流波形為完全標(biāo)準(zhǔn)的 直流，從示波器上反應(yīng)出來，其波形應(yīng)該為一條直線。但受實(shí)際電路的制約，是不可能做到 的，只能通過一些控制方式，使疊加在直流上的交流成分降至最小，使實(shí)際電流盡量接近理 想直流電流。現(xiàn)有技術(shù)中，一般采用高頻控制方式，使實(shí)際電流更接近理想電流。具體控制電路 如圖1所示由第一晶體管Tl、第三晶體管T3組成的第一級放大電路與由第二晶體管T2、 第四晶體管T4組成的第二級放大電路之間接入電感L ；第一驅(qū)動電路接入第一晶體管Tl 的基極與發(fā)射極，第二驅(qū)動電路接入第二晶體管T2的基極與發(fā)射極，第三驅(qū)動電路接入第 三晶體管T3的基極與發(fā)射極，第四驅(qū)動電路接入第四晶體管T4的基極與發(fā)射極；第一晶 體管Tl的發(fā)射極接第一二極管Dl的負(fù)極，集電極接第一二極管Dl的正極；第二晶體管T2 的發(fā)射極接第二二極管D2的負(fù)極，集電極接第二二極管D2的正極；第三晶體管T3的發(fā)射 極接第三二極管D3的負(fù)極，集電極接第三二極管D3的正極；第四晶體管T4的發(fā)射極接第 四二極管D4的負(fù)極，集電極接第四二極管D4的正極；電解電容C并接于放大電路的輸出 端。上述電路為橋式主電路結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)既可以控制流經(jīng)電感L的電流大小，又可以 控制流經(jīng)電感L的方向，是通用的電機(jī)主控制電路結(jié)構(gòu)。在單方向控制的情況下，第一晶體 管Tl、第四晶體管T4或第二晶體管T2、第三晶體管T3兩組中的其中一組始終處于關(guān)斷狀 態(tài)，在正常工作時，僅用到該組的二極管。其工作過程為(以T2、T3始終關(guān)閉為例)在開 通階段，Tl、Τ4同時打開，電感L兩端電壓為U，電流從C正端流出，經(jīng)Tl，從電感L左端流 入，從右端流出，經(jīng)Τ4，到電容C負(fù)極；在關(guān)斷階段，Τ1、Τ4同時關(guān)斷，根據(jù)電感特性，其電流 不能突變，所以，電流方向不變，通過D2、D3向電容C充電。電流從電感L左端流入，從右端 流出，經(jīng)過D3流向向電容C正極，從電容負(fù)端輸出，經(jīng)D2，流回電感L左端，形成充電回路， 其電流波形如圖2所示。其中，縱軸為電機(jī)電感上的電流，橫軸為時間軸。tl為開通階段時 間，t2為關(guān)斷階段時間。Il最大峰值電流，12為最小峰值電流。其直流平均值可近似簡化 為=Iz = (11+12)/2 ；其交流成分可近似等效為=Ij = (11-12)/2。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)揮有效作用的是Iz，對于Ij來說，理想值是0。上述的高頻控制 電路雖然對輸出電流的交流成分Ij有所減小，有效直流成分Iz有所提高，但還是存在交流 成分Ij過高引起電機(jī)發(fā)熱、降低電機(jī)轉(zhuǎn)換效率的問題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種抑制輸出電流的交流成分、提高直流成分，避免電機(jī)發(fā)熱、提供電機(jī)轉(zhuǎn)換效率的改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流 電機(jī)工作電流波形的控制電路。本實(shí)用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī) 工作電流的控制電路，包括第一晶體管Tl、第二晶體管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、 第三二極管D3、第四二極管D4、電解電容C、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、電感L ；其中，所 述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述第二晶體管T2集電極之間接入所述電感L ；所述第一驅(qū) 動電路接入第一晶體管Tl的基極與發(fā)射極，所述第二驅(qū)動電路接入第二晶體管T2的基極 與發(fā)射極；所述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述第一二極管Dl的負(fù)極、第三二極管D3的正極 相連接，集電極與第一二極管Dl和第二二極管D2的正極相連接；所述第二晶體管T2的發(fā)射極與第三二極管D3和第四二極管D4的負(fù)極相連接，集 電極與第四二極管D4的正極、第二二極管D2的負(fù)極相連接；所述電解電容C的正極與所述第一晶體管Tl的集電極相連接，負(fù)極與所述第二晶 體管T2的發(fā)射極相連接；其特征在于還包括一信號互鎖電路；所述信號互鎖電路包括一 信號輸入端子Pin、第一信號輸出端子Poutl、第二信號輸出端子Pout2 ；所述第一信號輸出 端子Pout 1連接所述第二驅(qū)動電路的輸入端Sin，所述第二信號輸出端子Pout2連接所述第 一驅(qū)動電路的輸入端Sin。優(yōu)選的，所述信號互鎖電路還包括第一與非門電路Ml、第二與非門電路M2、第三 與非門電路M3、觸發(fā)器M4 ；所述信號輸入端子Pin分別連接所述觸發(fā)器M4的時鐘輸入端 CK端、第一與非門電路Ml的兩個輸入端，所述觸發(fā)器M4的時鐘輸入端CK端和負(fù)狀態(tài)輸出 端-Q端連接，并連接到所述第三與非門電路M3的一輸入端，第一與非門電路Ml的輸出端 分連接到第三與非門電路M3的另一輸入端、第二與非門電路M2的一輸入端，第二與非門電 路M2的另一輸入端連接所述觸發(fā)器M4的正狀態(tài)輸出端Q端；第二與非門電路M2的輸出端 即為第一信號輸出端子Poutl，第三與非門電路M3的輸出端即為第二信號輸出端子Pout2。優(yōu)選的，所述信號互鎖電路還包括微處理器MCU ；所述微處理器MCU相應(yīng)端子分別 作為所述信號輸入端子Pin、第一信號輸出端子Poutl、第二信號輸出端子Pout2。。優(yōu)選的，所述第一晶體管Tl、第二晶體管T2均為大電流IGBT絕緣珊門極雙極型晶 體管；所述第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4均為FWD快恢復(fù) 二極管；所述電解電容C為鋁電解電容；所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路均為IGBT模塊 專用驅(qū)動電路模塊；所述第一與非門電路Ml、第二與非門電路M2、第三與非門電路M3采用 集成電路⑶4011、74HC11或74LS11 ；所述觸發(fā)器M4為D型觸發(fā)器，采用集成電路⑶4013、 74HC13 或 74LS13。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型對輸出電流的交流成分 可以進(jìn)行有效地減小，而將其有效的直流成分大幅度提高，從而解決了工作電機(jī)的發(fā)熱問 題，大大提高了電機(jī)轉(zhuǎn)換效率。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電原理結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有技術(shù)的輸出電流波形圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一的電原理結(jié)構(gòu)圖；[0019]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二的電原理結(jié)構(gòu)圖；圖5是本實(shí)用新型的輸出電流波形圖。圖中標(biāo)記為1、第一驅(qū)動電路；2、第二驅(qū)動電路；3、信號互鎖電路。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例，對本實(shí)用新型做進(jìn)一步描述實(shí)施例一如圖3、5所示，改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，包括第一晶 體管Tl、第二晶體管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、電 解電容C、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、電感L ；其中，所述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述 第二晶體管T2集電極之間接入所述電感L ；所述第一驅(qū)動電路接入第一晶體管Tl的基極 與發(fā)射極，所述第二驅(qū)動電路接入第二晶體管T2的基極與發(fā)射極；所述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述第一二極管Dl的負(fù)極、第三二極管D3的正極 相連接，集電極與第一二極管Dl和第二二極管D2的正極相連接；所述第二晶體管T2的發(fā)射極與第三二極管D3和第四二極管D4的負(fù)極相連接，集 電極與第四二極管D4的正極、第二二極管D2的負(fù)極相連接；所述電解電容C的正極與所述第一晶體管Tl的集電極相連接，負(fù)極與所述第二晶 體管T2的發(fā)射極相連接；還包括一信號互鎖電路；所述信號互鎖電路包括一信號輸入端子 Pin、第一信號輸出端子Poutl、第二信號輸出端子Pout2 ；所述第一信號輸出端子Poutl連 接所述第二驅(qū)動電路的輸入端Sin，所述第二信號輸出端子Pout2連接所述第一驅(qū)動電路 的輸入端Sin。所述信號互鎖電路還包括第一與非門電路Ml、第二與非門電路M2、第三與非門電 路M3、觸發(fā)器M4 ；所述信號輸入端子Pin分別連接所述觸發(fā)器M4的時鐘輸入端CK端、第一 與非門電路Ml的兩個輸入端，所述觸發(fā)器M4的時鐘輸入端CK端和負(fù)狀態(tài)輸出端-Q端連 接，并連接到所述第三與非門電路M3的一輸入端，第一與非門電路Ml的輸出端分連接到第 三與非門電路M3的另一輸入端、第二與非門電路M2的一輸入端，第二與非門電路M2的另 一輸入端連接所述觸發(fā)器M4的正狀態(tài)輸出端Q端；第二與非門電路M2的輸出端即為第一 信號輸出端子Poutl，第三與非門電路M3的輸出端即為第二信號輸出端子Pout2。所述第一晶體管Tl、第二晶體管T2均為大電流IGBT絕緣珊門極雙極型晶體管； 所述第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4均為FWD快恢復(fù)二極管； 所述電解電容C為鋁電解電容；所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路均為IGBT模塊專用驅(qū)動 電路模塊；所述第一與非門電路Ml、第二與非門電路M2、第三與非門電路M3采用集成電路 CD4011、74HC11或74LS11 ；所述觸發(fā)器M4為D型觸發(fā)器，采用集成電路CD4013、74HC13或 74LS13。實(shí)施例二如圖4、5所示，改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，包括第一晶 體管Tl、第二晶體管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、電 解電容C、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、電感L ；其中，所述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述 第二晶體管T2集電極之間接入所述電感L ；所述第一驅(qū)動電路接入第一晶體管Tl的基極與發(fā)射極，所述第二驅(qū)動電路接入第二晶體管T2的基極與發(fā)射極；所述第一晶體管Tl的發(fā)射極與所述第一二極管Dl的負(fù)極、第三二極管D3的正極 相連接，集電極與第一二極管Dl和第二二極管D2的正極相連接；所述第二晶體管T2的發(fā)射極與第三二極管D3和第四二極管D4的負(fù)極相連接，集 電極與第四二極管D4的正極、第二二極管D2的負(fù)極相連接；所述電解電容C的正極與所述第一晶體管Tl的集電極相連接，負(fù)極與所述第二晶 體管T2的發(fā)射極相連接；還包括一信號互鎖電路；所述信號互鎖電路包括一信號輸入端子 Pin、第一信號輸出端子Poutl、第二信號輸出端子Pout2 ；所述第一信號輸出端子Poutl連 接所述第二驅(qū)動電路的輸入端Sin，所述第二信號輸出端子Pout2連接所述第一驅(qū)動電路 的輸入端Sin。所述信號互鎖電路還包括微處理器MCU;所述微處理器MCU相應(yīng)端子分別作為所 述信號輸入端子Pin、第一信號輸出端子Poutl、第二信號輸出端子Pout2。所述第一晶體管Tl、第二晶體管T2均為大電流IGBT絕緣珊門極雙極型晶體管； 所述第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4均為FWD快恢復(fù)二極管； 所述電解電容C為鋁電解電容；所述第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路均為IGBT模塊專用驅(qū)動 電路模塊；所述第一與非門電路Ml、第二與非門電路M2、第三與非門電路M3采用集成電路 CD4011、74HC11或74LS11 ；所述觸發(fā)器M4為D型觸發(fā)器，采用集成電路CD4013、74HC13或 74LS13。本實(shí)用新型工作原理和工作過程如下如圖3、4、5所示，在開通階段，與通用電路是一樣的第一晶體管Tl、第二晶體管 T2同時打開，電感L兩端電壓為U，電流從電解電容C的正端流出，經(jīng)第一晶體管Tl，從電感 L左端流入，從右端流出，經(jīng)第二晶體管T2，到電解電容C負(fù)極；在關(guān)斷階段，與現(xiàn)有技術(shù)不同。第一晶體管Tl、第二晶體管T2不是同時關(guān)斷的，而 是僅關(guān)斷第一晶體管Tl或第二晶體管T2，而另外一個是導(dǎo)通的。在第一晶體管Tl關(guān)斷時，第二晶體管T2是開通的。電感L中的電流有兩條回路
一、從電感L左端流入，右端流出，經(jīng)第二晶體管T2，到第二二極管D2，再流入電感L左端；
二、從電感L左端流入，右端流出，經(jīng)第三二極管D3，到電解電容C的正極，從負(fù)極流出，經(jīng)第 二二極管D2，再流入電感L左端。在第二晶體管T2關(guān)斷時，第一晶體管Tl是開通的。電感L中的電流有兩條回路
一、從電感L左端流入，右端流出，經(jīng)第三二極管D3，到第一晶體管Tl，再流入電感L左端；
二、從電感L左端流入，右端流出，經(jīng)第三二極管D3，到電解電容C正極，從負(fù)極流出，經(jīng)第 二二極管D2，再流入電感L左端。其電流波形如圖5所示。其中，縱軸為電機(jī)電感上的電流，橫軸為時間軸。til為 開通階段時間，t21為關(guān)斷階段時間。111最大峰值電流，121為最小峰值電流。其直流平均值可近似簡化為Izl = (111+121)/2 ；其交流成分可近似等效為Ijl =(111-121)/2。然而，在現(xiàn)有技術(shù)的控制方式下，其直流平均值可近似簡化為Iz = (11+12)/2 ； 其交流成分可近似等效為Ij = (11-12)/2。Il最大峰值電流，12為最小峰值電流。具體計(jì)算如下在現(xiàn)有技術(shù)的控制方式下，在放電階段t2，放電時間常數(shù)為τ 1 = L/(RL+RD3+RC+RD2),其中,L為電機(jī)線圈電感量，RL為電機(jī)線圈L內(nèi)阻，RD3，RD2，RC分別為 快恢復(fù)二極管D3，D2電容C內(nèi)阻，線路電阻很小，在此忽略不計(jì)。在本實(shí)用新型的控制方式下，在放電階段t2，放電時間常數(shù)為τ2 = L/ ((RL+RD3+RT1 // (RC+RD2)),其中,L為電機(jī)線圈電感量，RL為電機(jī)線圈L內(nèi)阻，RD3，RD2， RC, RTl分別為快恢復(fù)二極管D3，D2電容C，IGBT芯片Tl的內(nèi)阻，線路電阻很小，在此忽略 不計(jì)。綜合比較上述τ 、τ 2的表汰式，因?yàn)镽T1 Il (RC+RD2) < (RC+RD2),故τ 1 < τ 2從圖2或圖5中可以看出，時間常數(shù)τ越大，表示電流下降速度越慢，在Il = 111， t2不變的情況下，12 < 121。綜述可見Izl> Iz ;Ijl < Ij。本實(shí)用新型的控制方式通過控制第一晶體管Tl、第二晶體管T2的導(dǎo)通方式，大大 減小了交流成分I j，提高了有效直流成分Iz，從而減小了電機(jī)發(fā)熱，大大提高了電機(jī)轉(zhuǎn)換 效率。亦即，在主電路結(jié)構(gòu)及載波頻率不變的情況下，僅僅通過該專利控制方式，就達(dá)到了 增大有效的直流電流，降低導(dǎo)致電機(jī)發(fā)熱的交流成分的目的。以上所述，僅是本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并非是對本實(shí)用新型作其它形式 的限制，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同 變化的等效實(shí)施例。但是凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí) 質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本實(shí)用新型技術(shù)方案的保 護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，包括第一晶體管(Tl)、第二晶 體管(T2)、第一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)、電解電 容(C)、第一驅(qū)動電路(1)、第二驅(qū)動電路O)、電感(L)；其中，所述第一晶體管(Tl)的發(fā)射 極與所述第二晶體管0 集電極之間接入所述電感(L)；所述第一驅(qū)動電路接入第一晶體 管(Tl)的基極與發(fā)射極，所述第二驅(qū)動電路接入第二晶體管0 的基極與發(fā)射極；所述第一晶體管(Tl)的發(fā)射極與所述第一二極管(Dl)的負(fù)極、第三二極管(D!3)的正 極相連接，集電極與第一二極管(Dl)和第二二極管(擬)的正極相連接；所述第二晶體管0 的發(fā)射極與第三二極管(D!3)和第四二極管(D4)的負(fù)極相連接， 集電極與第四二極管(D4)的正極、第二二極管(擬)的負(fù)極相連接；所述電解電容(C)的正極與所述第一晶體管(Tl)的集電極相連接，負(fù)極與所述第二晶 體管0 的發(fā)射極相連接；其特征在于還包括一信號互鎖電路(3)；所述信號互鎖電路 (3)包括一信號輸入端子(Pin)、第一信號輸出端子(Poutl)、第二信號輸出端子(Pout2)； 所述第一信號輸出端子(Poutl)連接所述第二驅(qū)動電路( 的輸入端(Sin)，所述第二信號 輸出端子(PouU)連接所述第一驅(qū)動電路(1)的輸入端(Sin)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，其特征 在于所述信號互鎖電路⑶還包括第一與非門電路(Ml)、第二與非門電路(M2)、第三與非 門電路_)、觸發(fā)器(M4)；所述信號輸入端子(Pin)分別連接所述觸發(fā)器(M4)的時鐘輸入 端(CK)、第一與非門電路(Ml)的兩個輸入端，所述觸發(fā)器(M4)的時鐘輸入端(CK)和負(fù)狀 態(tài)輸出端(-Q)連接，并連接到所述第三與非門電路(Μ； )的一輸入端，第一與非門電路(Ml) 的輸出端分連接到第三與非門電路(Μ； )的另一輸入端、第二與非門電路(Μ》的一輸入端， 第二與非門電路(M》的另一輸入端連接所述觸發(fā)器(M4)的正狀態(tài)輸出端(Q)；第二與非 門電路(M2)的輸出端即為第一信號輸出端子(Poutl)，第三與非門電路(M3)的輸出端即為 第二信號輸出端子(Pout2)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，其特征 在于所述信號互鎖電路C3)還包括微處理器MCU ；所述微處理器MCU相應(yīng)端子分別作為所 述信號輸入端子(Pin)、第一信號輸出端子(Poutl)、第二信號輸出端子(Pout2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3任一所述的改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電 路，其特征在于所述第一晶體管(Tl)、第二晶體管(1 均為大電流IGBT絕緣珊門極雙極 型晶體管；所述第一二極管(Dl)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4)均 為FWD快恢復(fù)二極管；所述電解電容(C)為鋁電解電容；所述第一驅(qū)動電路(1)、第二驅(qū)動 電路(2)均為IGBT模塊專用驅(qū)動電路模塊；所述第一與非門電路(Ml)、第二與非門電路 (M2)、第三與非門電路(M3)采用集成電路CD4011、74HC11或74LS11 ；所述觸發(fā)器(M4)為D 型觸發(fā)器，采用集成電路CD4013、74HC13或74LS13。
專利摘要改善開關(guān)磁阻電機(jī)及直流電機(jī)工作電流的控制電路，包括第一晶體管T1、第二晶體管T2、第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、電解電容C、第一驅(qū)動電路、第二驅(qū)動電路、電感L；其特征在于還包括一信號互鎖電路；信號互鎖電路包括信號輸入端子Pin、第一、二信號輸出端子Pout1、Pout2。其優(yōu)點(diǎn)是它對輸出電流的交流成分進(jìn)行了有效地減小，將其有效的直流成分大幅度提高，解決了工作電機(jī)的發(fā)熱問題，提高了電機(jī)轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M3/155GK201918896SQ201020598389
公開日2011年8月3日 申請日期2010年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月3日
發(fā)明者馮建軍, 徐傳來, 王松金, 石光峰 申請人:淄博安培電氣有限公司