一种新型驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路及应用的制作方法

本发明涉及一种新型驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路，特别是一种用于二次电源(可多次重复充放电的电源)与电机构成的驱动系统中的驱动电路。

背景技术：

为了解决传统内燃机车辆带来的能源危机、环境污染等问题，各国都在努力发展带有二次电源与电机的驱动系统的新能源车辆。

现阶段，在拥有二次电源与电机的驱动系统的车辆中，普遍使用功率器件(如igbt或mosfet。igbt：绝缘栅双极晶体管的英文首字母，insulatedgatebipolartransistor；mosfet：金属-氧化物半导体场效应晶体管的英文首字母，metal-oxide-semiconductorfield-effecttransistor)作为功率开关管，实现二次电源的电能与电机所需的能量之间的相互转换。能量之间转换的主要表征参数为电流的大小，但是当车辆电机处于制动能量回收状态时功率器件上所通过的电流，比当车辆电机处于驱动状态时功率器件上所通过的电流要大很多，如果制动能量回收率较大，就需要使用大容量的功率器件，而功率器件的成本价格随着容量的增加成指数式增加，继而增加车辆成本，否则就会造成制动能量回收率较小。

为了解决大容量的功率器件成本很高的问题，当车辆电机处于制动能量回收状态时，可以使所产生的大电流不经过驱动电机的功率器件，而是经过另外的控制电路，使能量回收到储能元件或其它可消耗电能的电路及装置连接，从而降低成本。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种新型驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路。

本发明采用以下技术方案：

一种新型驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路，包括驱动电路和制动能量回收反馈电路。

所述的驱动电路的输入端与电源连接，输出端与电机连接；所述的驱动电路为多个功率器件组成的桥式拓扑电路，具有逆变的功能；在控制电路的控制下，把直流电电能转换成驱动电机需要的电能；所述的功率器件为绝缘栅双极型晶体管、mosfet、碳化硅、锗化硅。驱动电路通过控制电路控制功率器件的开关状态，实现逆变功能。

所述的驱动电路还可以包括一个具有单向导通的功能的器件，实现电机制动产生的电能回收到二次电源时电流不经过驱动电路，控制电路控制各个功率器件的开关状态，实现逆变功能；所述的具有单向导通的功能的器件为二极管、单向可控硅。

所述的制动能量回收反馈电路的输入端与电机连接，输出端与储能元件(如二次电源等等)或其它可消耗电能的电路及装置(如制动电阻等等)连接；所述的制动能量回收反馈电路为一个带有控制的桥式整流电路，具有单向导通的功能，把电机制动产生的电能回收到储能元件或其它可消耗电能的电路及装置；所述的制动能量回收反馈电路包括两种方式：

第一种制动能量回收反馈电路为多个单向可控硅构成的桥式拓扑电路，单向可控硅具有单向导通的功能，实现电源驱动电机时电流不经过制动能量回收反馈电路，控制电路控制每个单向可控硅的导通角，把电机制动时产生的电能回收到储能元件或其它可消耗电能的电路及装置；

第二种制动能量回收反馈电路为多个二极管和一个功率开关管组成的桥式拓扑电路，二极管具有单向导通的功能，实现电源驱动电机时电流不经过制动能量回收反馈电路，控制电路控制功率开关管的开关状态，把电机制动产生的电能回收到储能元件或其它可消耗电能的电路及装置。上述的一种新型驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路，应用于双源电机驱动系统或普通非双源电机驱动系统；所述的双源电机为一个电机由两套或两套以上绕组进行驱动，两套绕组可以在空间中成任意夹角布置。双源电机的动力源可以为动力蓄电池加超级电容、动力蓄电池加动力蓄电池、动力蓄电池加燃料电池等；普通非双源电机的动力源可以为动力蓄电池、超级电容等。

当应用于动力源为动力蓄电池的普通非双源电机驱动系统中时，如图5所示，包括一个动力蓄电池组、一个三相单绕组电机m1、一个驱动电路、一个制动能量回收反馈电路。所述的驱动电路中的二极管实现电机制动产生的电能回收到二次电源时电流不经过驱动电路，控制电路控制各个igbt的开关状态，实现逆变功能，把动力蓄电池组产生的直流电电能转换成驱动三相单绕组电机m1需要的电能；所述的制动能量回收反馈电路具有单向导通和整流的功能，实现动力蓄电池组驱动三相单绕组电机m1时电流不经过制动能量回收反馈电路，把三相单绕组电机m1制动产生的电能回收到动力蓄电池组。

当应用于动力源为动力蓄电池+燃料电池的双源电机驱动系统中时，如图6，包括一个动力蓄电池组、一个三相双绕组电机m2、一个燃料电池组fc、一个用于动力蓄电池与电机的驱动电路、一个制动能量回收反馈电路、一个用于燃料电池与电机的驱动电路。所述的用于动力蓄电池与电机的驱动电路中的二极管实现电机制动产生的电能回收到二次电源时电流不经过驱动电路，控制电路控制各个igbt的开关状态，实现逆变功能，把动力蓄电池组产生的直流电电能转换成三相双绕组电机m2需要的电能；所述的制动能量回收反馈电路具有单向导通和整流的功能，实现动力蓄电池组驱动三相双绕组电机m2时电流不经过制动能量回收反馈电路，把三相双绕组电机m2制动产生的电能回收到动力蓄电池组；所述的用于燃料电池与电机的驱动电路中的二极管实现电机制动产生的电能不会回收到燃料电池组fc，控制各个igbt的开关状态，实现逆变的功能，把燃料电池组fc产生的直流电电能转换成三相双绕组电机m2需要的电能。

本发明的有益效果为：本发明提供的驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路能够应用于车辆的驱动系统中，在车辆的驱动系统中可以使用容量较小的功率器件，当车辆电机处于制动能量回收状态时，可以使所产生的大电流不经过驱动电机的功率器件，而是经过整流电路的功率器件，使能量回收到储能元件或其它可消耗电能的电路及装置连接，而整流电路可以使用成本相对较低的功率器件，从而降低车辆成本。

附图说明

图1是本发明用于制动能量回收反馈电路的输出端为电源的普通非双源电机驱动系统的结构示意图。(a)中制动能量回收反馈电路为第一种方式，(b)为中制动能量回收反馈电路为第二种方式。

图2是本发明用于制动能量回收反馈电路的输出端为可消耗电能的装置的非双源电机驱动系统的结构示意图。(a)中制动能量回收反馈电路为第一种方式，(b)为中制动能量回收反馈电路为第二种方式。

图3是本发明用于制动能量回收反馈电路的输出端为电源的双源电机驱动系统的结构示意图。(a)中制动能量回收反馈电路为第一种方式，(b)为中制动能量回收反馈电路为第二种方式。

图4是本发明用于制动能量回收反馈电路的输出端为可消耗电能的装置的双源电机驱动系统的结构示意图。(a)中制动能量回收反馈电路为第一种方式，(b)为中制动能量回收反馈电路为第二种方式。

图5是本发明用于动力源为动力蓄电池的普通非双源电机驱动系统的结构示意图。

图6是本发明用于动力源为动力蓄电池+燃料电池的双源电机驱动系统的结构示意图。

图中：1单向可控硅a；2单向可控硅b；3单向可控硅c；4单向可控硅d；5单向可控硅e；6单向可控硅f；7功率器件a；8功率器件b；9功率器件c；10功率器件d；11功率器件e；12功率器件f；13绝缘栅双极型晶体管a；14二极管a；15二极管b；16二极管c；17二极管d；18二极管e；19二极管f；20二极管g；21绝缘栅双极型晶体管b；22绝缘栅双极型晶体管c；23绝缘栅双极型晶体管d；24绝缘栅双极型晶体管e；25绝缘栅双极型晶体管f；26绝缘栅双极型晶体管g；27动力蓄电池b；28三相单绕组电机m1；29三相单绕组电机m2；30燃料电池组fc；31二极管h；32绝缘栅双极型晶体管h；33绝缘栅双极型晶体管i；34绝缘栅双极型晶体管j；35绝缘栅双极型晶体管k；36绝缘栅双极型晶体管l；37绝缘栅双极型晶体管m。

具体实施方式

本发明提出的一种驱动与反馈电流不对称的电机驱动电路，可以用于双源电机(一个电机由两套或两套以上绕组进行驱动，两套绕组可以在空间中成任意夹角布置)驱动系统，所述的双源电机驱动的动力源可以为动力蓄电池+超级电容、动力蓄电池+动力蓄电池、动力蓄电池+燃料电池等等；也可以用于普通非双源电机驱动系统，所述的普通非双源电机的动力源可以为动力蓄电池、超级电容等等。

本发明可以用于动力源为动力蓄电池的普通非双源电机驱动系统中，如图5，所述的普通非双源电机驱动系统包括一个动力蓄电池组b27、一个三相单绕组电机m128、一个驱动电路a、一个制动能量回收反馈电路a。

所述的驱动电路a为绝缘栅双极型晶体管b21、绝缘栅双极型晶体管c22、绝缘栅双极型晶体管d23、绝缘栅双极型晶体管e24、绝缘栅双极型晶体管f25、绝缘栅双极型晶体管g26和二极管g20构成的桥式拓扑电路，二极管g20具有单向导通的功能，实现电机制动产生的电能回收到二次电源时电流不经过所述的驱动电路a，控制电路控制各个igbt的开关状态，实现逆变的功能，把动力蓄电池组b27产生的直流电电能转换成驱动三相单绕组电机m128需要的电能。

所述的制动能量回收反馈电路a由单向可控硅a1、单向可控硅b2、单向可控硅c3、单向可控硅d4、单向可控硅e5、单向可控硅f6，控制电路控制每个单向可控硅的导通角，把三相单绕组电机m128制动产生的电能回收到动力蓄电池组b27。

当三相单绕组电机m128处于驱动状态时，所述的驱动电路a导通，所述的制动能量回收反馈电路a不导通，控制电路利用脉宽调制技术控制驱动电路a中六个绝缘栅双极型晶体管的开关状态，使动力蓄电池组b27产生的直流电流通过驱动电路a转换成三相单绕组电机m128所需的三相交流电，这时的电流比较小，所需的绝缘栅双极型晶体管的容量比较小，因此所需的绝缘栅双极型晶体管的成本比较低。

当三相单绕组电机m128处于制动能量回收状态时，所述的制动能量回收反馈电路a导通，所述的驱动电路a不导通，控制电路控制制动能量回收反馈电路a中六个单向可控硅的开关状态，使三相单绕组电机m128产生的三相交流电通过制动能量回收反馈电路a转换成动力蓄电池组b27充电所需的直流电流。

本发明也可以用于动力源为动力蓄电池+燃料电池的双源电机驱动系统中，如图6，所述的双源电机驱动系统包括一个动力蓄电池组b27、一个三相双绕组电机m229、一个燃料电池组fc30、一个用于动力蓄电池与电机的驱动电路b、一个制动能量回收反馈电路b、一个用于燃料电池与电机的驱动电路c。

所述的驱动电路b为绝缘栅双极型晶体管b21、绝缘栅双极型晶体管c22、绝缘栅双极型晶体管d23、绝缘栅双极型晶体管e24、绝缘栅双极型晶体管f25、绝缘栅双极型晶体管g26和二极管g20构成的桥式拓扑电路，二极管g20具有单向导通的功能，实现电机制动产生的电能回收到二次电源时电流不经过所述的驱动电路b，控制电路控制各个igbt的开关状态，实现逆变的功能，把动力蓄电池组b21产生的直流电电能转换成三相双绕组电机m229需要的电能。

所述的制动能量回收反馈电路b由二极管a14、二极管b15、二极管c16、二极管d17、二极管e18、二极管f19、绝缘栅双极型晶体管a13构成的桥式拓扑电路，二极管具有单向导通的功能，控制电路控制绝缘栅双极型晶体管a13的开关状态，把三相双绕组电机m229制动产生的电能回收到动力蓄电池组b21。

所述的驱动电路c由绝缘栅双极型晶体管h32、绝缘栅双极型晶体管i33、绝缘栅双极型晶体管j34、绝缘栅双极型晶体管k35、绝缘栅双极型晶体管l36、绝缘栅双极型晶体管m37、和二极管h31构成的桥式拓扑电路，二极管h31具有单向导通的功能，实现电机制动产生的电能不会回收到燃料电池组fc30，控制各个igbt的开关状态，实现逆变的功能，把燃料电池组fc30产生的直流电电能转换成三相双绕组电机m229需要的电能。

当三相双绕组电机m229处于驱动状态时，所述的驱动电路b导通，所述的制动能量回收反馈电路b不导通，控制电路利用脉宽调制技术控制驱动电路b中六个绝缘栅双极型晶体管的开关状态，使动力蓄电池组b21产生的直流电流通过驱动电路b转换成三相双绕组电机m229所需的三相交流电，这时的电流比较小，所需的绝缘栅双极型晶体管的容量比较小，因此所需的绝缘栅双极型晶体管的成本比较低。

当三相双绕组电机m229处于制动能量回收状态时，所述的制动能量回收反馈电路b导通，所述的驱动电路b不导通，控制电路控制制动能量回收反馈电路b中绝缘栅双极型晶体管a13的开关状态，使三相双绕组电机m229产生的三相交流电通过制动能量回收反馈电路b转换成动力蓄电池组b21充电所需的直流电流。

控制电路利用脉宽调制技术控制驱动电路c中六个igbt的开关状态，燃料电池组fc30能够通过驱动电路c向三相双绕组电机m229供电，但是由于单向二极管h31具有单向导通的作用，所以三相双绕组电机m229不能通过驱动电路c向燃料电池组fc30充电。