专利名称：无刷直流电机驱动电路拓扑结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷直流电机驱动电路拓扑结构，属于电子功率变换器技术领域。
背景技术：
由于绕组电感的存在，无刷直流电机驱动电路的一个显著特点是存在反向续流通路。当大电气时间常数的无刷直流电机工作在电流值较大或电机转速很高的工况时，现有驱动电路采用的三相桥式电路的续流时间很长，即续流二极管导通电角度接近或超过30°。而基于反电势过零点检测的无位置传感器控制技术只适用于续流二极管导通角明显小于30°的无刷直流电机系统。为了实现全工况无位置传感器控制，必须设法减小反向续流通路的续流时间，即减小续流导通角。现有的三相桥式电路拓扑结构中，由于正向馈能通路和反向续流通路并接在同一直流母线上，如图3和图4所示，这导致续流导通角的大小无法控制。·
发明内容
本发明是为了解决现有驱动电路采用的三相桥式电路拓扑中续流导通角的大小无法控制的问题，提供一种无刷直流电机驱动电路拓扑结构。本发明所述无刷直流电机驱动电路拓扑结构，它包括正向馈能通路和反向续流通路，它还包括DC/DC变换电路，正向馈能通路连接在两个直流母线之间，DC/DC变换电路的两个输入端分别连接在两个直流母线上，反向续流通路并联在DC/DC变换电路的两个输出端之间，DC/DC变换电路的三个输出端分别与正向馈能通路的三个输出端连接后作为无刷直流电机驱动电路的输出端；DC/DC变换电路由第电容C11、第一二电容C12、第二一电容C21、第二二电容C22、第一电感Lltl、第二电感L2tl、第一二极管Dltl、第二二极管D2tl、第一开关管Qltl和第二开关管Qm组成，第一一电容C11和第二一电容C21串联后连接在DC/DC变换电路的两个输出端之间，第一二电容C12和第二二电容C22串联后连接在两个直流母线之间，在第一一电容C11和第一二电容C12之间由第一开关管Q1(l、第一二极管Dltl和第一电感Lltl构成降压斩波buck电路；在第二一电容C21和第二二电容C22之间由第二开关管Q2tl、第二二极管D2tl和第二电感L20构成升压斩波电路；四个电容分别有一端短接至同一点，两个二极管也分别有一端短接至该同一点。第一开关管Qltl和第二开关管Q2tl均为含寄生二极管的IGBT或均为含寄生二极管的 MOSFET。或者第一开关管Qltl和第二开关管Q2tl均为IGBT与反并联二极管的组合，或者均为MOSFET与反并联二极管的组合。
正向馈能通路为由六个不含寄生二极管的逆向阻断式绝缘栅极双极性晶体管组成的桥式拓扑结构。反向续流通路为由六个续流二极管组成的桥式拓扑结构。本发明的优点是本发明改进了现有的三相桥式电路拓扑，将正向馈能通路的直流母线与反向续流通路的直流母线分开，即反向续流通路在串联DC/DC变换电路后，再并接至正向馈能通路的直流母线。DC/DC变换电路使反向续流通路的直流母线电压高于正向馈能通路的直流母线电压，从而加快续流过程。本发明在单个直流供电电源时，解决续流时间过长引起的反电势过零点淹没问题，能够实现无位置传感器控制全工况可靠运行，拓宽了基于反电势过零检测的无位置传感器控制技术在高速电机中的应用。
图I为本发明的电路拓扑结构示意图；图2为采用本发明的无刷直流电机驱动电路拓扑结构前后电流波形图，图中Θ为电角度，ω为电角速度；图3为现有驱动电路的三相桥式电路拓扑结构的原理图；图4为图3的等效电路图。
具体实施例方式具体实施方式
一下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式所述无刷直流电机驱动电路拓扑结构，它包括正向馈能通路I和反向续流通路2，它还包括DC/DC变换电路3，正向馈能通路I连接在两个直流母线之间，DC/DC变换电路3的两个输入端分别连接在两个直流母线上，反向续流通路2并联在DC/DC变换电路3的两个输出端之间，DC/DC变换电路3的三个输出端分别与正向馈能通路I的三个输出端连接后作为无刷直流电机驱动电路的输出端；DC/DC变换电路3由第电容Cn、第一二电容C12、第二一电容C21、第二二电容C22、第一电感Lltl、第二电感L2tl、第一二极管Dltl、第二二极管D2tl、第一开关管Qltl和第二开关管Q2tl组成，第一一电容C11和第二一电容C21串联后连接在DC/DC变换电路3的两个输出端之间，第一二电容C12和第二二电容C22串联后连接在两个直流母线之间，在第一一电容C11和第一二电容C12之间由第一开关管Q1(l、第一二极管Dltl和第一电感Lltl构成降压斩波buck电路；在第二一电容C21和第二二电容C22之间由第二开关管Q2tl、第二二极管D2tl和第二电感L20构成升压斩波电路；四个电容分别有一端短接至同一点，两个二极管也分别有一端短接至该同一点。
具体实施方式
二 本实施方式为对实施方式一的进一步说明，第一开关管Qltl和第二开关管Q2tl均为含寄生二极管的IGBT或均为含寄生二极管的M0SFET。
具体实施方式
三本实施方式为对实施方式一的进一步说明，第一开关管Qltl和第二开关管Q2tl均为IGBT与反并联二极管的组合，或者均为MOSFET与反并联二极管的组合。
具体实施方式
四下面结合图I说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，正向馈能通路I为由六个不含寄生二极管的逆向阻断式绝缘栅极双极性晶体管组成的桥式拓扑结构。图I所示，正向馈能通路I由逆向阻断式绝缘栅极双极性晶体管IGBTQ1 Q6组成。
具体实施方式
五下面结合图I和图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，反向续流通路2为由六个续流二极管组成的桥式拓扑结构。图I所示,反向续流通路2由续流二极管D1 D6组成。工作原理正向馈能通路I提供且只提供电能从直流供电电源流向无刷直流电机的通路，反向续流通路2串联DC/DC变换电路3作为一个整体，提供且只提供电能从无刷直流电机流向直流供电电源的通路。·
从能量的角度看，续流是电机内磁场储能与直流电源之间的能量交换过程。续流时间的长短由续流能量的大小和续流能量释放的速度决定。续流能量大小W由无刷直流电机的工作状态决定，而能量释放的速度由续流电流i的大小和施加在续流通路两端的电压u决定，即W = u*i*t。其中，t为续流时间。显然，当续流能量一定时,若提高施加在续流通路两端的电压U，续流时间t将减小。本发明所述驱动电路拓扑结构中，正向馈能通路I的直流母线接至直流供电电源，其电压等于直流供电电源的电压。而反向续流通路2的直流母线接至DC/DC变换电路3的一端，DC/DC变换电路3的另一端接至直流供电电源，其电压高于直流供电电源的电压。为了保证能量的单向流动正向馈能通路I由6个不含寄生二极管的逆向阻断式绝缘栅极双极性晶体管IGBTQ1 Q6组成桥式拓扑；反向续流通路2由6个续流二极管D1 D6组成桥式拓扑。图I所示，开关管Qltl、二极管Dltl和电感Lltl构成降压斩波buck电路；电感L2tl、二极管D2tl和开关管Q2tl构成升压斩波boost电路。如图2为采用本发明的无刷直流电机驱动电路拓扑结构前后电流波形图，验证了采用本发明的无刷直流电机驱动电路拓扑可以使续流导通角减小。
权利要求
1.一种无刷直流电机驱动电路拓扑结构，它包括正向馈能通路(I)和反向续流通路(2)，其特征在于它还包括DC/DC变换电路(3)， 正向馈能通路(I)连接在两个直流母线之间，DC/DC变换电路(3)的两个输入端分别连接在两个直流母线上，反向续流通路(2)并联在DC/DC变换电路(3)的两个输出端之间，DC/DC变换电路(3)的三个输出端分别与正向馈能通路(I)的三个输出端连接后作为无刷直流电机驱动电路的输出端； DC/DC变换电路(3)由第电容Cn、第一二电容C12、第二一电容C21、第二二电容C22、第一电感Lltl、第二电感L2tl、第一二极管Dltl、第二二极管D2tl、第一开关管Qltl和第二开关管Qm组成， 第一一电容C11和第二一电容C21串联后连接在DC/DC变换电路(3)的两个输出端之间，第一二电容C12和第二二电容C22串联后连接在两个直流母线之间，在第一一电容C11和第一二电容C12之间由第一开关管Q1(l、第一二极管Dltl和第一电感Lltl构成降压斩波buck电路；在第二一电容C21和第二二电容C22之间由第二开关管Q2tl、第二二极管D2tl和第二电感L20构成升压斩波电路；四个电容分别有一端短接至同一点，两个二极管也分别有一端短接至该同一点。
2.根据权利要求I所述的无刷直流电机驱动电路拓扑结构，其特征在于第一开关管Q10和第二开关管Q2tl均为含寄生二极管的IGBT或均为含寄生二极管的MOSFET。
3.根据权利要求I所述的无刷直流电机驱动电路拓扑结构，其特征在于第一开关管Q10和第二开关管Q2tl均为IGBT与反并联二极管的组合，或者均为MOSFET与反并联二极管的组合。
4.根据权利要求1、2或3所述的无刷直流电机驱动电路拓扑结构，其特征在于正向馈能通路(I)为由六个不含寄生二极管的逆向阻断式绝缘栅极双极性晶体管组成的桥式拓扑结构。
5.根据权利要求1、2或3所述的无刷直流电机驱动电路拓扑结构，其特征在于反向续流通路(2)为由六个续流二极管组成的桥式拓扑结构。
全文摘要
无刷直流电机驱动电路拓扑结构，属于电子功率变换器技术领域。它解决了现有驱动电路采用的三相桥式电路拓扑中续流导通角的大小无法控制的问题。它包括正向馈能通路和反向续流通路，它还包括DC/DC变换电路，正向馈能通路连接在两个直流母线之间，DC/DC变换电路的两个输入端分别连接在两个直流母线上，反向续流通路并联在DC/DC变换电路的两个输出端之间，DC/DC变换电路的三个输出端分别与正向馈能通路的三个输出端连接后作为无刷直流电机驱动电路的输出端。本发明作为无刷直流电机的驱动电路。
文档编号H02P6/00GK102882446SQ20121041775
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者徐永向, 魏延羽, 邹继斌, 江善林, 胡建辉, 刘承军 申请人:哈尔滨工业大学