專利名稱：開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路和方法，解決開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動過程中需要對電流控制精確控制的要求，并且結(jié)合了軟硬件協(xié)同斬波控制，發(fā)揮了各自的優(yōu)勢。屬于電機(jī)控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單堅(jiān)固，工作可靠，效率高，由其構(gòu)成的開關(guān)磁阻電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與傳統(tǒng)交直流調(diào)速系統(tǒng)相比，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制靈活， 可方便實(shí)現(xiàn)四象限運(yùn)行，具有較強(qiáng)的再生制動能力，在寬廣的轉(zhuǎn)速和功率范圍內(nèi)都具有高效率，有利于節(jié)能降耗；可工作于極高轉(zhuǎn)速；可缺相運(yùn)行，容錯能力強(qiáng)等。開關(guān)磁阻電機(jī)由于在啟動時(shí)旋轉(zhuǎn)電勢為0，因此相電流上升非?？?，需要控制器在啟動過程中對電流進(jìn)行控制。傳統(tǒng)的電流控制方法通常都是利用專用硬斬波電路實(shí)現(xiàn)斬波控制，即在控制器的功率變換器中串聯(lián)電流傳感器后進(jìn)行相電流信號的采樣和放大，并利用遲滯放大電路實(shí)現(xiàn)相電流斬波上限和下限控制?；谟布臄夭娐肪哂懈邔?shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，在重載啟動和運(yùn)行的時(shí)候能夠精確的控制電流的斬波限。但是硬斬波動作會受到前級采樣放大信號中毛刺的影響，可能會發(fā)生誤斬波的現(xiàn)象，即在電機(jī)相電流未達(dá)到斬波上限而開關(guān)管誤關(guān)閉，或者電流達(dá)到斬波上限后而開關(guān)管拒絕關(guān)閉，前者會導(dǎo)致開關(guān)管開關(guān)頻率比正常增加，并減小輸出力矩，后者會導(dǎo)致電機(jī)相電流超出開關(guān)管的承受范圍，從而對開關(guān)管的壽命和系統(tǒng)的功耗造成影響。軟斬波方法可以避免誤斬波現(xiàn)象，即通過內(nèi)置在微處理器中的軟斬波判別方法濾除前級采樣放大信號中的毛刺，更加準(zhǔn)確判斷相電流值，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的斬波控制。本發(fā)明在現(xiàn)有硬斬波基礎(chǔ)上，結(jié)合軟斬波方法對電機(jī)啟動瞬間進(jìn)行精確斬波控制，在啟動瞬間先短時(shí)間實(shí)施硬斬波，繼而迅速轉(zhuǎn)換成軟斬波方式，可減少啟動瞬間后的開關(guān)管誤關(guān)和誤開現(xiàn)象，并降低開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有電機(jī)啟動過程中對電流的精確控制問題。提供了一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路和方法，能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)相電流的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確控制?？蓽p少啟動瞬間后的開關(guān)管誤關(guān)和誤開現(xiàn)象，并降低開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電路原理和結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，易于實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，該電路包括微處理器、三輸入與門、功率變換器、電流采樣電路、放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路、遲滯比較電路，其中，
功率變換器的一個(gè)輸出端與開關(guān)磁阻電機(jī)相連，另一個(gè)輸出端與電流采樣電路的輸入端相連，并輸出相電流采樣信號給電流采樣電路；電流采樣電路的輸出端與放大電路的輸入端相連，電流采樣電路將所述相電流采樣信號通過放大電路放大；放大電路的輸出端分別與微處理器的輸入端和遲滯比較電路的輸入端相連，微處理器的一個(gè)輸出端與三輸入與門的一個(gè)輸入端相連，并輸出軟斬波信號給三輸入與門，遲滯比較電路的一個(gè)輸出端與三輸入與門的另一個(gè)輸入端相連，并輸出硬斬波信號給三輸入與門；三輸入與門的輸出端與功率變換器的輸入端相連，并輸出上管控制信號給功率變換器；
微處理器的另一個(gè)輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸出端與遲滯比較電路的另一個(gè)輸入端相連。優(yōu)選的，微處理器包括脈寬調(diào)制模塊、輸入輸出模塊和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，
脈寬調(diào)制模塊分別向三輸入與門輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，向數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸入輸出模塊分別向三輸入與門輸出軟斬波信號和向功率變換器輸出下管換相信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接受來自放大電路的采樣放大信號；三輸入與門接受來自微處理器的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和軟斬波信號，并接受來自遲滯比較電路的硬斬波信號，向功率變換器輸出上管控制信號；
功率變換器包括上開關(guān)管和下開關(guān)管，上開關(guān)管接入由三輸入與門輸出的上管控制信號，下開關(guān)管接入由微處理器輸出的下管換相信號；
電流采樣電路包括第一電阻，并與由功率變換器中的下開關(guān)管的源極和地分別連
接；
放大電路包括第二電阻、第三電阻以及第一運(yùn)算放大器，第一運(yùn)算放大器的正端與電流采樣電路中的第一電阻的一端及下開關(guān)管的源端相連，第一運(yùn)算放大器的負(fù)端與第二電阻和第三電阻的連接點(diǎn)相連，第二電阻的另一端與地相連，第一運(yùn)算放大器的輸出端與第三電阻的另一端相連后形成采樣放大信號，并向遲滯比較電路和微處理器輸出；
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括第四電阻、第一電容及第二運(yùn)算放大器，第二運(yùn)算放大器的正端與第四電阻與第第一電容的連接處相連，第一電容的另一端與地相連，第四電阻的另一端連接從微處理器的脈寬調(diào)制模塊輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，第二運(yùn)算放大器的負(fù)端與其自身輸出端相連后形成基準(zhǔn)電壓，并向遲滯比較電路輸出；
遲滯比較電路由第五電阻、第六電阻及比較器組成，比較器的正端與第五電阻與第六電阻的連接處相連，比較器的負(fù)端連接采樣放大信號，第五電阻的另一端與基準(zhǔn)電壓相連接，比較器的輸出端與第六電阻的另一端相連后，形成硬斬波信號，并向三輸入與門輸出。優(yōu)選的，微處理器為32位單片機(jī)。優(yōu)選的，功率變換器中上開關(guān)管和下開關(guān)管均為金屬_氧化物_半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。優(yōu)選的，第一電阻采用高精度低溫度系數(shù)康銅絲。本發(fā)明還提供了一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動方法，該方法包括如下步驟利用開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動及低速運(yùn)行工況下，需要對相繞組電流實(shí)施電流斬波控制時(shí)，在電機(jī)啟動瞬間需要大電流以產(chǎn)生大啟動力矩時(shí)，利用比較遲滯比較電路對放大電路輸出的采樣放大信號和基準(zhǔn)電壓的大小，然后產(chǎn)生硬斬波控制信號，通過三輸入與門后產(chǎn)生對功率變換器中上開關(guān)管的控制信號，從而控制相電流的大?。欢?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高至低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，微處理器內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊通過由電流采樣電路對電機(jī)相電流的瞬時(shí)值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，此時(shí)采用微處理器內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法判斷是否需要開、關(guān)相繞組，減少電路開、關(guān)過程產(chǎn)生的毛刺對硬斬波電路的固有影響，從而提高電路工作的穩(wěn)定性；其中，基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生是由微處理器利用其脈寬調(diào)制模塊所輸出的脈寬調(diào)制信號，再結(jié)合一個(gè)低成本數(shù)模轉(zhuǎn)換電路完成；采樣放大信號的產(chǎn)生由放大電路對電流采樣電路采集的相電流信號進(jìn)行放大完成。優(yōu)選的，微處理器內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法是當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊接受到來自放大電路的采樣放大信號后開始運(yùn)行該方法，如果采樣放大信號大于軟斬波電流上限，則將微處理器輸出的軟斬波信號置為低電平；如果采樣放大信號低于軟斬波電流下限，則將軟斬波信號置為高電平。

有益效果本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)相電流的實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確控制，可減少啟動瞬間后的開關(guān)管誤關(guān)和誤開現(xiàn)象，并降低開關(guān)磁阻電機(jī)運(yùn)行過程中的轉(zhuǎn)矩脈動，從而提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。電路原理和結(jié)構(gòu)簡單實(shí)用，電流控制靈活準(zhǔn)確，且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。


圖1是開關(guān)磁阻電機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。圖2是開關(guān)磁阻電機(jī)軟硬斬波協(xié)同控制電路圖。圖3是開關(guān)磁阻電機(jī)電流硬斬波控制信號流程圖。圖4是開關(guān)磁阻電機(jī)電流軟斬波控制信號流程圖。圖5是開關(guān)磁阻電機(jī)軟硬件協(xié)同斬波工作進(jìn)程。圖6是開關(guān)磁阻電機(jī)軟硬件協(xié)同斬波的相電流波形。其中，微處理器1、三輸入與門2、功率變換器3、電流采樣電路4、放大電路5、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6、遲滯比較電路7、脈寬調(diào)制模塊11、輸入輸出模塊12、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13、上開關(guān)管Tl、下開關(guān)管T2、第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3、第一運(yùn)算放大器51、第四電阻 R4、第一電容Cl、第二運(yùn)算放大器52、第五電阻R5、第六電阻R6及比較器71。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明公開了一種開關(guān)磁阻電機(jī)軟硬件協(xié)同斬波啟動的方法和電路，能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動瞬時(shí)和低速運(yùn)行時(shí)候電流的控制，從而為磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供重要的效率和安全保障。具有方法和電路簡單，易于實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定，且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。參見圖1，開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路包括微處理器1、三輸入與門2、功率變換器3、電流采樣電路4、放大電路5、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6、遲滯比較電路7。如圖1所示為本發(fā)明電路結(jié)合了外部電源和開關(guān)磁阻電機(jī)等部件后的應(yīng)用系統(tǒng)框圖，其中虛線部分所包含為本發(fā)明。其工作原理是，在啟動過程中，當(dāng)采用硬斬波方法時(shí)， 相電流采樣信號經(jīng)放大后進(jìn)入硬斬波電路，與其基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較后，產(chǎn)生硬斬波信號控制功率變換器，從而實(shí)現(xiàn)對相電流的斬波控制；當(dāng)采用軟斬波方法時(shí)，相電流采樣信號經(jīng)放大后，通過微處理器內(nèi)置軟斬波判別方法處理，與軟斬波電流上、下限進(jìn)行比較后，產(chǎn)生軟斬波信號控制功率變換器，從而實(shí)現(xiàn)對相電流的斬波控制。參見圖1 一 6，開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，該電路包括微處理器1、三輸入與門2、功率變換器3、電流采樣電路4、放大電路5、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6、遲滯比較電路7，其中電流采樣電路4測量電機(jī)各相電流后通過放大電路5放大，并分別根據(jù)遲滯比較電路7和微處理器1內(nèi)置軟斬波判 別方法，控制三輸入與門2的輸出信號，繼而控制功率變換器3的狀態(tài)，對啟動和低速運(yùn)行中的開關(guān)磁阻電機(jī)實(shí)施分時(shí)硬斬波和軟斬波，從而實(shí)現(xiàn)軟硬件斬波協(xié)同控制。微處理器1內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法是當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13接受到來自放大電路 5的采樣放大信號后開始運(yùn)行該方法，如果采樣放大信號大于軟斬波電流上限，則將微處理器1輸出的軟斬波信號置為低電平；如果采樣放大信號低于軟斬波電流下限，則將軟斬波信號置為高電平。功率變換器3的一個(gè)輸出端與開關(guān)磁阻電機(jī)相連，另一個(gè)輸出端與電流采樣電路 4的輸入端相連，并輸出相電流采樣信號給電流采樣電路4 ；電流采樣電路4的輸出端與放大電路5的輸入端相連，電流采樣電路4將所述相電流采樣信號通過放大電路5放大；放大電路5的輸出端分別與微處理器1的輸入端和遲滯比較電路7的輸入端相連，微處理器1 的一個(gè)輸出端與三輸入與門2的一個(gè)輸入端相連，并輸出軟斬波信號給三輸入與門2，遲滯比較電路7的一個(gè)輸出端與三輸入與門2的另一個(gè)輸入端相連，并輸出硬斬波信號給三輸入與門2 ；三輸入與門2的輸出端與功率變換器3的輸入端相連，并輸出上管控制信號給功率變換器3 ；
微處理器1的另一個(gè)輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6的輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6的輸出端與遲滯比較電路7的另一個(gè)輸入端相連。微處理器1包括脈寬調(diào)制模塊11、輸入輸出模塊12和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13， 脈寬調(diào)制模塊11分別向三輸入與門2輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，向數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6輸出
脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸入輸出模塊12分別向三輸入與門2輸出軟斬波信號和向功率變換器 3輸出下管換相信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13接受來自放大電路5的采樣放大信號；三輸入與門2 接受來自微處理器1的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和軟斬波信號，并接受來自遲滯比較電路7的硬斬波信號，向功率變換器3輸出上管控制信號；
功率變換器3包括上開關(guān)管Tl和下開關(guān)管T2，上開關(guān)管Tl接入由三輸入與門2輸出的上管控制信號，下開關(guān)管T2接入由微處理器1輸出的下管換相信號；
電流采樣電路4包括第一電阻Rl，并與由功率變換器3中的下開關(guān)管T2的源極和地分別連接；
放大電路5包括第二電阻R2、第三電阻R3以及第一運(yùn)算放大器51，第一運(yùn)算放大器51 的正端+與電流采樣電路4中的第一電阻Rl的一端及下開關(guān)管T2的源端相連，第一運(yùn)算放大器51的負(fù)端-與第二電阻R2和第三電阻R3的連接點(diǎn)相連，第二電阻R2的另一端與地相連，第一運(yùn)算放大器51的輸出端與第三電阻R3的另一端相連后形成采樣放大信號，并向遲滯比較電路7和微處理器1輸出；
數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6包括第四電阻R4、第一電容Cl及第二運(yùn)算放大器52，第二運(yùn)算放大器 52的正端+與第四電阻R4與第第一電容Cl的連接處相連，第一電容Cl的另一端與地相連，第四電阻R4的另一端連接從微處理器1的脈寬調(diào)制模塊11輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號， 第二運(yùn)算放大器52的負(fù)端-與其自身輸出端相連后形成基準(zhǔn)電壓，并向遲滯比較電路7 輸出；
遲滯比較電路7由第五電阻R5、第六電阻R6及比較器71組成，比較器71的正端+與第五電阻R5與第六電阻R6的連接處相連，比較器71的負(fù)端-連接采樣放大信號，第五電阻R5的另一端與基準(zhǔn)電壓相連接，比較器71的輸出端與第六電阻R6的另一端相連后，形成硬斬波信號，并向三輸入與門2輸出。微處理器1為32位單片機(jī)。功率變換器3中上開關(guān)管Tl和下開關(guān)管T2均為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。第一電阻Rl采用高精度低溫度系數(shù)康銅絲。本發(fā)明提供的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動方法，該方法包括如下步驟利用開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動及低速運(yùn)行工況下，需要對相繞組電流實(shí)施電流斬波控制時(shí)，在電機(jī)啟動瞬間需要大電流以產(chǎn)生大啟動力矩時(shí)，利用比較遲滯比較電路7對放大電路5輸出的采樣放大信號和基準(zhǔn)電壓的大小，然后產(chǎn)生硬斬波控制信號，通過三輸入與門2后產(chǎn)生對功率變換器3中上開關(guān)管Tl的控制信號，從而控制相電流的大?。欢?dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高至低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，微處理器1內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13通過由電流采樣電路3對電機(jī)相電流的瞬時(shí)值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，此時(shí)采用微處理器1內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法判斷是否需要開、關(guān)相繞組，減少電路開、關(guān)過程產(chǎn)生的毛刺對硬斬波電路的固有影響，從而提高電路工作的穩(wěn)定性；其中，基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生是由微處理器1利用其脈寬調(diào)制模塊11所輸出的脈寬調(diào)制信號， 再結(jié)合一個(gè)低成本數(shù)模轉(zhuǎn)換電路13完成；采樣放大信號的產(chǎn)生由放大電路5對電流采樣電路4采集的相電流信號進(jìn)行放大完成。微處理器1內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法是當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13接受到來自放大電路 5的采樣放大信號后開始運(yùn)行該方法，如果采樣放大信號大于軟斬波電流上限，則將微處理器1輸出的軟斬波信號置為低電平；如果采樣放大信號低于軟斬波電流下限，則將軟斬波信號置為高電平。本發(fā)明內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)由如圖2所示，相電流采樣信號經(jīng)過放大電路5放大后輸出至硬斬波電路，硬斬波電路包括圖中的數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC) 6和遲滯比較電路7，內(nèi)部遲滯比較器71產(chǎn)生硬斬波信號，輸出到功率變換器3，遲滯比較電路7中的基準(zhǔn)電壓由微處理器(CPU)I輸出的PWM信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC)6產(chǎn)生，控制電路中第五電阻R5和第六電阻R6的比值，可以得到調(diào)節(jié)硬斬波電流上、下限參數(shù)；微處理器內(nèi)置軟斬波判別方法，當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊13接受到來自放大電路5的采樣放大信號后開始運(yùn)行該算法，如果采樣放大信號大于軟斬波電流上限，則將微處理器1輸出的軟斬波信號置為低電平；如果采樣放大信號低于軟斬波電流下限，則將軟斬波信號置為高電平。軟斬波信號和硬斬波信號同時(shí)作為三輸入與門2的輸入端，三輸入與門2的輸出端作為功率變換器3的輸入，控制開關(guān)磁阻電機(jī)。硬斬波工作過程和軟斬波工作過程分別如圖3和圖4所示。下面介紹本發(fā)明的具體實(shí)施應(yīng)用方案。 軟斬波電路和硬斬波電路同時(shí)控制三輸入與門的輸入，在電機(jī)剛剛啟動的時(shí)候， 需要較大的電流提供較高的力矩，但是考慮到開關(guān)管的安全性，需要對電流進(jìn)行斬波，利用硬斬波的高實(shí)時(shí)性，可以在開始啟動的時(shí)候開通硬斬波電路對電機(jī)進(jìn)行控制，當(dāng)電機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行的時(shí)候，不需要實(shí)時(shí)對電流進(jìn)行斬波，同時(shí)為了減少硬斬波電路帶來開關(guān)電路的頻率， 這時(shí)候采用軟斬波控制電機(jī)。此時(shí)把PWM產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓調(diào)為OV即可。圖5為開關(guān)磁阻電機(jī)軟硬斬波協(xié)同控制電路的工作流程。軟硬斬波的結(jié)合的模塊的運(yùn)行過程為，上電初始化電機(jī)的各項(xiàng)參數(shù)，配置PWM參數(shù)，以確定初始硬斬波電流上限和下限/—，當(dāng)檢測到開始啟動時(shí)刻，使能輸出PWM信號產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓Vkef，此時(shí)為硬斬波控制。當(dāng)計(jì)數(shù)20個(gè)50毫秒中斷過后，即1秒之后，電機(jī)進(jìn)入低速運(yùn)行階段，則關(guān)閉PWM， 此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入軟斬波啟動方式，直至電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)一步上升，啟動完成。圖6所示為軟硬件協(xié)同斬波啟動時(shí)刻的相電流波形。剛啟動瞬間，為硬斬波方式， 此時(shí)由于硬件的實(shí)時(shí)性和靈敏度較高，前級的毛刺信號將通過硬斬波電路造成誤斬波現(xiàn)象，當(dāng)遲滯比較器捕獲到的相電流值為較小的毛刺信號，則發(fā)生誤開通，反之，當(dāng)遲滯比較器捕獲到的相電流值為較大的毛刺信號，則發(fā)生誤關(guān)斷。當(dāng)1秒之后，進(jìn)入軟斬波方式，此時(shí)由于微處理器在采樣上的離散化濾波特性，可極大降低受毛刺信號的影響程度，從而消除誤斬波現(xiàn)象，且此時(shí)可以通過更改微處理器內(nèi)置基準(zhǔn)數(shù)據(jù)，改變相電流斬波的上下限為軟斬波電流上限I2up和下限I2臓,能更準(zhǔn)確控制電機(jī)的轉(zhuǎn)矩脈動等性能參數(shù)本發(fā)明裝置包括下列組成部分
開關(guān)磁阻電機(jī)波協(xié)同控制電路，如圖2所示，微處理器1內(nèi)部包含脈寬調(diào)制模塊(PWM) 11、輸入輸出模塊(10) 12和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(ADC) 13，PWM模塊11分別向三輸入與門2輸出 PWM驅(qū)動信號，及向數(shù)模轉(zhuǎn)換電路6輸出PWM基準(zhǔn)信號，IO模塊12分別向三輸入與門2輸出軟斬波信號和向功率變換器3輸出下管換相信號，ADC模塊13接受來自放大電路5的采樣放大信號。三輸入與門2接受來自微處理器(CPU) 1的PWM驅(qū)動信號、軟斬波信號，以及來自遲滯比較電路7的硬斬波信號，并向功率變換器3輸出上管控制信號。功率變換器3由上開關(guān)管Tl和下開關(guān)管T2構(gòu)成，上開關(guān)管Tl接入由三輸入與門2輸出的上管控制信號，下開關(guān)管T2接入由微處理器CPU輸出的下管換相信號。電流采樣電路4主要由高精度低溫度系數(shù)康銅絲采樣電阻Rl構(gòu)成，并與由功率變換器3中的下開關(guān)管T2的源極和地GND分別連接。放大電路5由第二電阻R2、第三電阻R3以及運(yùn)算放大器51組成，運(yùn)算放大器51 的正端+與電流采樣電路4中的第一電阻Rl的一端及下開關(guān)管T2的源端相連，運(yùn)算放大器51的負(fù)端-與第二電阻R2和第三電阻R3的連接點(diǎn)相連，第二電阻R2的另一端與地GND 相連，運(yùn)算放大器51的輸出端與第三電阻R3的另一端相連后形成采樣放大信號，并向遲滯比較電路7和微處理器1輸出。數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC)6由第四電阻R4、第一電容Cl及運(yùn)算放大器52組成，運(yùn)算放大器52的正端+與第四電阻R4與第一電容Cl的連接處相連，第一電容Cl的另一端與地GND相連，第四電阻R4的另一端連接從微處理器(CPU)I的PWM模塊輸出的PWM基準(zhǔn)信號，運(yùn)算放大器52的負(fù)端-與其自身輸出端相連后形成基準(zhǔn)電壓VREF， 并向遲滯比較電路7輸出。遲滯比較電路7由第五電阻R5、第六電阻R6及比較器71組成， 比較器71的正端+與第五電阻R5與第六電阻R6的連接處相連，比較器71的負(fù)端-連接采樣放大信號，第五電阻R5的另一端與VREF相連接，比較器71的輸出端與第六電阻R6的另一端相連后，形成硬斬波信號，并向三輸入與門2輸出。微處理器1為32位單片機(jī)，功率變換器3中的上、下開關(guān)管均為金屬_氧化物_半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0S管)。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不以上述實(shí)施方式為限，但凡本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明所揭示內(nèi)容所作的等效修飾或變化，皆應(yīng)納入權(quán)利要求書中記載的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，其特征在于該電路包括微處理器(1)、三輸入與門(2)、功率變換器(3)、電流采樣電路(4)、放大電路(5)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(6)、遲滯比較電路(7)，其中，功率變換器(3)的一個(gè)輸出端與開關(guān)磁阻電機(jī)相連，另一個(gè)輸出端與電流采樣電路(4)的輸入端相連，并輸出相電流采樣信號給電流采樣電路(4)；電流采樣電路(4)的輸出端與放大電路(5)的輸入端相連，電流采樣電路(4)將所述相電流采樣信號通過放大電路(5)放大；放大電路(5)的輸出端分別與微處理器(1)的輸入端和遲滯比較電路(7)的輸入端相連，微處理器(1)的一個(gè)輸出端與三輸入與門(2)的一個(gè)輸入端相連，并輸出軟斬波信號給三輸入與門(2)，遲滯比較電路(7)的一個(gè)輸出端與三輸入與門(2)的另一個(gè)輸入端相連，并輸出硬斬波信號給三輸入與門(2)；三輸入與門(2)的輸出端與功率變換器(3)的輸入端相連，并輸出上管控制信號給功率變換器(3)；微處理器(1)的另一個(gè)輸出端與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(6)的輸入端相連，數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(6)的輸出端與遲滯比較電路(7)的另一個(gè)輸入端相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，其特征在于微處理器(1)包括脈寬調(diào)制模塊(11)、輸入輸出模塊(12)和模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(13)，脈寬調(diào)制模塊(11)分別向三輸入與門(2)輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，向數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(6)輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸入輸出模塊(12)分別向三輸入與門(2)輸出軟斬波信號和向功率變換器(3)輸出下管換相信號，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(13)接受來自放大電路(5)的采樣放大信號；三輸入與門(2)接受來自微處理器(1)的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和軟斬波信號，并接受來自遲滯比較電路(7)的硬斬波信號，向功率變換器(3)輸出上管控制信號；功率變換器(3)包括上開關(guān)管(Tl)和下開關(guān)管(T2)，上開關(guān)管(Tl)接入由三輸入與門(2)輸出的上管控制信號，下開關(guān)管(T2)接入由微處理器(1)輸出的下管換相信號； 電流采樣電路(4)包括第一電阻(R1)，并與由功率變換器(3)中的下開關(guān)管(T2)的源極和地分別連接；放大電路(5)包括第二電阻(R2)、第三電阻(R3)以及第一運(yùn)算放大器(51)，第一運(yùn)算放大器(51)的正端(+ )與電流采樣電路(4)中的第一電阻(Rl)的一端及下開關(guān)管(T2)的源端相連，第一運(yùn)算放大器(51)的負(fù)端(_)與第二電阻(R2)和第三電阻(R3)的連接點(diǎn)相連，第二電阻(R2)的另一端與地相連，第一運(yùn)算放大器(51)的輸出端與第三電阻(R3)的另一端相連后形成采樣放大信號，并向遲滯比較電路(7)和微處理器(1)輸出；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(6)包括第四電阻(R4)、第一電容(Cl)及第二運(yùn)算放大器(52)，第二運(yùn)算放大器(52)的正端(+ )與第四電阻(R4)與第第一電容(Cl)的連接處相連，第一電容(Cl) 的另一端與地相連，第四電阻(R4)的另一端連接從微處理器(1)的脈寬調(diào)制模塊(11)輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，第二運(yùn)算放大器(52)的負(fù)端(_)與其自身輸出端相連后形成基準(zhǔn)電壓，并向遲滯比較電路(7)輸出；遲滯比較電路(7)由第五電阻(R5)、第六電阻(R6)及比較器(71)組成，比較器(71)的正端(+ )與第五電阻(R5)與第六電阻(R6)的連接處相連，比較器(71)的負(fù)端(_)連接采樣放大信號，第五電阻(R5)的另一端與基準(zhǔn)電壓相連接，比較器(71)的輸出端與第六電阻 (R6 )的另一端相連后，形成硬斬波信號，并向三輸入與門(2 )輸出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，其特征在于微處理器(1)為32位單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，其特征在于功率變換器 (3)中上開關(guān)管(Tl)和下開關(guān)管(T2)均為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，其特征在于第一電阻 (Rl)采用高精度低溫度系數(shù)康銅絲。
6.一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動方法，其特征在于該方法包括如下步驟利用開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動及低速運(yùn)行工況下，需要對相繞組電流實(shí)施電流斬波控制時(shí)，在電機(jī)啟動瞬間需要大電流以產(chǎn)生大啟動力矩時(shí)，利用比較遲滯比較電路(7)對放大電路(5)輸出的采樣放大信號和基準(zhǔn)電壓的大小，然后產(chǎn)生硬斬波控制信號，通過三輸入與門(2)后產(chǎn)生對功率變換器(3)中上開關(guān)管(Tl)的控制信號，從而控制相電流的大??；而當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速提高至低速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，微處理器(1)內(nèi)部的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(13 )通過由電流采樣電路(3 )對電機(jī)相電流的瞬時(shí)值進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，此時(shí)采用微處理器(1)內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法判斷是否需要開、關(guān)相繞組，減少電路開、關(guān)過程產(chǎn)生的毛刺對硬斬波電路的固有影響，從而提高電路工作的穩(wěn)定性；其中，基準(zhǔn)電壓的產(chǎn)生是由微處理器(1)利用其脈寬調(diào)制模塊(11) 所輸出的脈寬調(diào)制信號，再結(jié)合一個(gè)低成本數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(13)完成；采樣放大信號的產(chǎn)生由放大電路(5 )對電流采樣電路(4 )采集的相電流信號進(jìn)行放大完成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動方法，其特征在于微處理器(1) 內(nèi)部內(nèi)置軟斬波判別方法是當(dāng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊(13 )接受到來自放大電路(5 )的采樣放大信號后開始運(yùn)行該方法，如果采樣放大信號大于軟斬波電流上限，則將微處理器(1)輸出的軟斬波信號置為低電平；如果采樣放大信號低于軟斬波電流下限，則將軟斬波信號置為高電平。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種開關(guān)磁阻電機(jī)協(xié)同斬波啟動電路，功率變換器(3)的一個(gè)輸出端與開關(guān)磁阻電機(jī)相連，另一個(gè)輸出端與電流采樣電路(4)的輸入端相連，并輸出相電流采樣信號給電流采樣電路(4)；電流采樣電路(4)的輸出端與放大電路(5)的輸入端相連，電流采樣電路(4)將所述相電流采樣信號通過放大電路(5)放大；放大電路(5)的輸出端分別與微處理器(1)的輸入端和遲滯比較電路(7)的輸入端相連。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)在啟動瞬時(shí)和低速運(yùn)行時(shí)候電流的控制，從而為磁阻電機(jī)調(diào)速控制系統(tǒng)提供重要的效率和安全保障。具有方法和電路簡單，電流控制靈活準(zhǔn)確，且成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號H02P6/20GK102299673SQ201110254238
公開日2011年12月28日 申請日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者刁龍, 劉海龍, 孫偉鋒, 時(shí)龍興, 秦明亮, 鐘銳, 陸生禮 申請人:東南大學(xué)