專利名稱：雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電機(jī)控制領(lǐng)域，特別涉及一種開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路。
背景技術(shù)：
開關(guān)磁阻電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單堅固，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，如起動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制靈活， 可方便實現(xiàn)四象限運行，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；可缺相運行，容錯能力強(qiáng)等。開關(guān)磁阻電機(jī)由于在啟動時旋轉(zhuǎn)電勢為零，因此相電流上升非?？欤枰刂破髟趩舆^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件斬波電路實現(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現(xiàn)相電流斬波上限和下限控制?；谟布臄夭娐肪哂懈邔崟r性的優(yōu)點，在重載啟動和運行的時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。另一種常用的斬波方式是軟件斬波，即通過軟件濾波算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，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確的斬波控制。但是由于軟件運行需要一定的時間，因此實時性較差，當(dāng)啟動電流急速上升的時候， 軟斬波來不及發(fā)送關(guān)閉開關(guān)管信號而導(dǎo)致電流過大損壞開關(guān)管。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，解決開關(guān)磁阻電機(jī)在雙相啟動時因為電流在雙相開通區(qū)間上升速度過快而出現(xiàn)電流超過斬波上限的問題。技術(shù)方案為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，包括微處理器(CPU)、雙相開通區(qū)間判別電路、2選1數(shù)據(jù)選擇器、位置信號檢測電路、二輸入與門、功率變換器、電流采樣電路、放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路(DAC)和遲滯比較電路，其中位置信號檢測電路檢測電機(jī)的各相位置信號信息并將各相位置信號信息輸送給雙相開通區(qū)間判別電路，根據(jù)判別結(jié)果輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給2選1數(shù)據(jù)選擇器來選擇由微處理器輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號中的一路來輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端；電流采樣電路測量電機(jī)的各相電流，通過放大電路放大后輸出給遲滯比較電路的輸入端，與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出斬波信號，斬波信號與由微處理器輸出的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號作為二輸入與門的輸入，二輸入與門的輸出給功率變換器的上開關(guān)管，作為上開關(guān)管控制信號，從而實現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)的雙斬波限控制。
所述微處理器可包括脈寬調(diào)制(PWM)模塊和輸入輸出(IO)模塊，其中輸入輸出模塊向功率變換器輸出下開關(guān)管換相信號，脈寬調(diào)制模塊向二輸入與門輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，并且向2選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端輸出高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號；所述位置信號檢測電路可包括第一位置信號傳感器、第二位置信號傳感器和第三位置信號傳感器，檢測電機(jī)的三相位置信號信息并將三相位置信號輸出給雙相開通區(qū)間判別電路；所述雙相開通區(qū)間判別電路可包括第一異或門和第二異或門，其中第一異或門的輸入為A相位置信號和B相位置信號，第一異或門的輸出與C相位置信號作為第二異或門的輸入，第二異或門輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給2選1數(shù)據(jù)選擇器的通道選擇端；所述2選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端可接入由微處理器的脈寬調(diào)制模塊輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，通道選擇端接雙相開通區(qū)間判別電路輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號，輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端；所述功率變換器可包括上開關(guān)管(簡稱“上管”)和下開關(guān)管(簡稱“下管”)，上開關(guān)管的柵極接入由二輸入與門輸出的上開關(guān)管控制信號，下開關(guān)管的柵極接入由微處理器輸出的下開關(guān)管換相信號；所述二輸入與門可輸入來自微處理器的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和來自遲滯比較電路的斬波信號，向功率變換器輸出上開關(guān)管控制信號；所述電流采樣電路可包括第一電阻，所述第一電阻的一端連接功率變換器中的下開關(guān)管的源極，另一端接地(GND)；所述放大電路可包括第二電阻、第三電阻和第一運算放大器，其中第一運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)管的源極相連，第一運算放大器的負(fù)端與第二電阻和第三電阻的連接點相連，第二電阻的另一端接地，第一運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，并向遲滯比較電路輸出；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路可包括第四電阻、第一電容和第二運算放大器，其中第二運算放大器的正端與第四電阻和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2選1數(shù)據(jù)選擇器輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，第二運算放大器的負(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；所述遲滯比較電路可包括第五電阻、第六電阻和比較器，所述比較器的正端與第五電阻和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，形成斬波信號，并向二輸入與門輸出。所述第一電阻可為采樣電阻。所述采樣電阻優(yōu)選采用高精度低溫度系數(shù)導(dǎo)電金屬材料制備的康銅絲。有益效果本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)當(dāng)開關(guān)磁阻電機(jī)在雙相啟動的時候使用硬件斬波來實現(xiàn)雙斬波限，在單相開通區(qū)間使用高斬波限，而在雙相開通區(qū)間使用低斬波限來降低脈寬調(diào)制配置的延遲，并且提高了電流利用效率。既為開關(guān)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，又能夠在啟動時刻提供較大的啟動轉(zhuǎn)矩。具有原理和電路簡單，易于實現(xiàn)，工作穩(wěn)定，且成本低廉等優(yōu)點。


圖1為雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖；圖3為雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路的電流控制波形示意圖，圖中A、B、C表示雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)的A相、B相、C相；圖4為雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)在工作時的A相電流波形。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各種等價形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。如圖1所示，位置信號檢測電路輸出位置信號給雙相開通區(qū)間判別電路，并根據(jù)判別結(jié)果選擇高、低斬波限的基準(zhǔn)電壓，同時，電流采樣電路測量電機(jī)各相電流后通過放大電路放大后輸出給遲滯比較電路的輸入端，與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出斬波信號，斬波信號同由微處理器輸出的脈寬調(diào)制信號作為二輸入與門的輸入，二輸入與門的輸出給功率變換器的上管，作為上管控制信號，從而實現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)的雙斬波限控制。如圖2所示，位置信號檢測電路4檢測電機(jī)的各相位置信號信息并將各相位置信號信息輸送給雙相開通區(qū)間判別電路2，根據(jù)判別結(jié)果輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給 2選1數(shù)據(jù)選擇器3來選擇由微處理器1輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號中的一路來輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路9的輸入端；同時，電流采樣電路7測量電機(jī)的各相電流，通過放大電路8放大后輸出給遲滯比較電路10的輸入端，與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路 9輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出斬波信號，斬波信號與由微處理器1輸出的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號作為二輸入與門5的輸入，二輸入與門5的輸出給功率變換器6的上開關(guān)管，作為上開關(guān)管控制信號，從而實現(xiàn)對開關(guān)磁阻電機(jī)的雙斬波限控制。下面介紹本發(fā)明的具體實施應(yīng)用方案。為解決三相開關(guān)磁阻電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩不足的問題，在電機(jī)啟動過程中需要進(jìn)行雙相開通，由于在雙相開通區(qū)間，電流提供的力矩較小，因此，可以通過降低電流斬波限來提高效率。雙相啟動的具體開通方式如圖3所示。圖中的低電平為各相的開通區(qū)間，則在A、B、 C三相位置信號為011、101、110時為單相開通區(qū)間，在001、010、100時為雙相開通區(qū)間，其中0代表位置信號為低電平，1代表位置信號為高電平。圖4所示為雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)在工作時的相電流波形。以A相為例，啟動時， A相剛開通時A、B、C三相位置信號處在001狀態(tài)，為雙相開通區(qū)間，雙相開通區(qū)間判別電路輸出判別信號，選擇低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；當(dāng)A 相剛開通時A、B、C三相位置信號處在011狀態(tài)，為雙相開通區(qū)間，雙相開通區(qū)間判別電路輸出判別信號，選擇高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓；A相剛開通時A、B、C三相位置信號處在010狀態(tài)，為雙相開通區(qū)間，雙相開通區(qū)間判別電路輸出判別信號，選擇低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生基準(zhǔn)電壓。下面介紹雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路的詳細(xì)組成。
如圖2所示，微處理器包括脈寬調(diào)制模塊11和輸入輸出模塊12，其中輸入輸出模塊向功率變換器輸出下開關(guān)管換相信號，脈寬調(diào)制模塊向二輸入與門輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，并且向2選1數(shù)據(jù)選擇器的第一數(shù)據(jù)輸入端Il和第二數(shù)據(jù)輸入端12分別輸出高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號；位置信號檢測電路包括第一位置信號傳感器41、第二位置信號傳感器42和第三位置信號傳感器43，檢測電機(jī)的三相位置信號信息并將三相位置信號輸出給雙相開通區(qū)間判別電路；雙相開通區(qū)間判別電路包括第一異或門21和第二異或門22，其中第一異或門的輸入為A相位置信號和B相位置信號，第一異或門的輸出與C相位置信號作為第二異或門的輸入，第二異或門輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給2選1數(shù)據(jù)選擇器的通道選擇端S ；2選1數(shù)據(jù)選擇器的第一數(shù)據(jù)輸入端Il和第二數(shù)據(jù)輸入端12分別接入由微處理器的脈寬調(diào)制模塊輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，通道選擇端S接雙相開通區(qū)間判別電路輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號，輸出端Y接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端；硬件斬波電路包括二輸入與門5、功率變換器6、電流采樣電路7、放大電路8、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路9和遲滯比較電路10 ；功率變換器包括上開關(guān)管Tl和下開關(guān)管T2，上開關(guān)管的柵極接入由二輸入與門輸出的上開關(guān)管控制信號，下開關(guān)管的柵極接入由微處理器輸出的下開關(guān)管換相信號；上開關(guān)管的源極接+48V功率電源，漏極串聯(lián)某相電機(jī)繞組后連接下開關(guān)管的源極；下開關(guān)管的漏極接地GND ；二輸入與門輸入來自微處理器的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和來自遲滯比較電路的斬波信號，向功率變換器輸出上開關(guān)管控制信號；電流采樣電路包括康銅絲材料的第一電阻Rl，第一電阻的一端連接功率變換器中的下開關(guān)管的源極，另一端接地GND ；放大電路包括第二電阻R2、第三電阻R3和第一運算放大器81，其中第一運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)管的源極相連，第一運算放大器的負(fù)端與第二電阻和第三電阻的連接點相連，第二電阻的另一端接地，第一運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，并向遲滯比較電路輸出；數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括第四電阻R4、第一電容Cl和第二運算放大器91，其中第二運算放大器的正端與第四電阻和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2選1數(shù)據(jù)選擇器輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，第二運算放大器的負(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；遲滯比較電路包括第五電阻R5、第六電阻R6和比較器101，比較器的正端與第五電阻和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，形成斬波信號，并向二輸入與門輸出。
權(quán)利要求
1.一種雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，其特征在于包括微處理器、雙相開通區(qū)間判別電路、2選1數(shù)據(jù)選擇器、位置信號檢測電路、二輸入與門、功率變換器、電流采樣電路、 放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和遲滯比較電路，其中位置信號檢測電路檢測電機(jī)的各相位置信號信息并將各相位置信號信息輸送給雙相開通區(qū)間判別電路，根據(jù)判別結(jié)果輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給2選1數(shù)據(jù)選擇器來選擇由微處理器輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號中的一路來輸出給數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端；電流采樣電路測量電機(jī)的各相電流，通過放大電路放大后輸出給遲滯比較電路的輸入端，與數(shù)模轉(zhuǎn)換電路輸出的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，輸出斬波信號，斬波信號與由微處理器輸出的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號作為二輸入與門的輸入，二輸入與門的輸出給功率變換器的上開關(guān)管，作為上開關(guān)管控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，其特征在于所述微處理器包括脈寬調(diào)制模塊和輸入輸出模塊，其中輸入輸出模塊向功率變換器輸出下開關(guān)管換相信號，脈寬調(diào)制模塊向二輸入與門輸出脈寬調(diào)制驅(qū)動信號，并且向2選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端輸出高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號；所述位置信號檢測電路包括第一位置信號傳感器、第二位置信號傳感器和第三位置信號傳感器，檢測電機(jī)的三相位置信號信息并將三相位置信號輸出給雙相開通區(qū)間判別電路；所述雙相開通區(qū)間判別電路包括第一異或門和第二異或門，其中第一異或門的輸入為 A相位置信號和B相位置信號，第一異或門的輸出與C相位置信號作為第二異或門的輸入， 第二異或門輸出脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號給2選1數(shù)據(jù)選擇器的通道選擇端；所述2選1數(shù)據(jù)選擇器的數(shù)據(jù)輸入端接入由微處理器的脈寬調(diào)制模塊輸出的高斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號和低斬波限脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，通道選擇端接雙相開通區(qū)間判別電路輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號選通信號，輸出端接數(shù)模轉(zhuǎn)換電路的輸入端；所述功率變換器包括上開關(guān)管和下開關(guān)管，上開關(guān)管的柵極接入由二輸入與門輸出的上開關(guān)管控制信號，下開關(guān)管的柵極接入由微處理器輸出的下開關(guān)管換相信號；所述二輸入與門輸入來自微處理器的脈寬調(diào)制驅(qū)動信號和來自遲滯比較電路的斬波信號，向功率變換器輸出上開關(guān)管控制信號；所述電流采樣電路包括第一電阻，所述第一電阻的一端連接功率變換器中的下開關(guān)管的源極，另一端接地；所述放大電路包括第二電阻、第三電阻和第一運算放大器，其中第一運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)管的源極相連，第一運算放大器的負(fù)端與第二電阻和第三電阻的連接點相連，第二電阻的另一端接地，第一運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，并向遲滯比較電路輸出；所述數(shù)模轉(zhuǎn)換電路包括第四電阻、第一電容和第二運算放大器，其中第二運算放大器的正端與第四電阻和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2選1數(shù)據(jù)選擇器輸出的脈寬調(diào)制基準(zhǔn)信號，第二運算放大器的負(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；所述遲滯比較電路包括第五電阻、第六電阻和比較器，所述比較器的正端與第五電阻和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，形成斬波信號，并向二輸入與門輸出ο
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，其特征在于所述第一電阻為采樣電阻。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，其特征在于所述采樣電阻的材料為康銅絲。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙斬波限開關(guān)磁阻電機(jī)控制電路，包括微處理器、雙相開通區(qū)間判別電路、2選1數(shù)據(jù)選擇器、位置信號檢測電路、二輸入與門、功率變換器、電流采樣電路、放大電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和遲滯比較電路。本發(fā)明解決開關(guān)磁阻電機(jī)在雙相啟動時因為電流在雙相開通區(qū)間上升速度過快而出現(xiàn)電流超過斬波上限的問題。
文檔編號H02P6/08GK102412773SQ201110436769
公開日2012年4月11日 申請日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月23日
發(fā)明者刁龍, 劉海龍, 孫偉鋒, 時龍興, 鐘銳, 陸生禮, 陳磊 申請人:東南大學(xué)