基于双pwm功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法
【专利摘要】一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，属于超声电机功率驱动电源领域。其特征在于令恒流供电PWM_POWER的栅极驱动信号G01=‘0’、G02=‘1’。令功率耦合PWM_DRIVE的栅极驱动信号G03、G04按照一定的逻辑关系加以驱动。本发明能够对超声电机驱动控制器的输出残留能量实现有效的关断控制，使超声电机具有更好的作动和控制特性。该发明对于实现超声电机亚角秒级角位移以及角速度的精确控制起着关键作用。
【专利说明】基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种超声电机控制方法，尤其是一种超声电机功率驱动电源技术，具体地说是一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]与传统电机相比，超声电机具有低转速、力矩/质量比大、响应速度快、断电自锁、纳米级分辨率、无电磁干扰等特点。
[0004]超声电机需要由超声电机驱动控制器提供两路正交相位的超声频率来驱动工作。例如:发明专利“一种超声电机双PWM功率驱动拓扑结构(申请日2012年11月13日，申请号201210451717.9 ) ”所公开了一种超声电机的输出级，采用的是恒流供电PWM_P0WER和功率耦合PWM_DRIVE两个PWM组件的双PWM功率驱动拓扑结构，实现了输出电压与输出频率相互不影响的正交调节。但是，没有涉及到对输出信号的有效关断控制的方法。在超声电机驱动控制器将输出信号关断以后，其输出谐振匹配网络保留有残留的能量，仍然会对超声电机的作动产生不良的影响。所以，本发明所提出的基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，输出信号的残留能量进行了有效的控制，彻底的消除了残留能量对超声电机的不良影响。
[0005]
【发明内容】
[0006]本发明的目的是针对现有的拓扑控制结构的超声电机关断控制信号存在残余能量而影响动作精度的问题，发明一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法。
[0007]本发明的技术方案是:
一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征是它包括以下步
骤:
首先，设置一个恒流供电PWM组件PWM_P0WER和一个功率耦合PWM组件PWM_DRIVE ；其次，令恒流供电PWM组件中的第一功率管的栅极驱动信号GOl= ‘0’，第二功率管的栅极驱动信号G02=‘l’，即令第一功率管QOl关断，第二功率管Q02导通，从而通过电感器LO和第二功率管Q02为关断泄放变量器TO的残留能量提供泄放通路；
第三，令功率耦合PWM组件中的第三功率管的栅极驱动信号G03及第四功率管的栅极驱动信号G04按照设定的逻辑关系加以驱动，以实现输出信号关断的控制，达到对超声电机亚角秒级的角位移、角速度的控制。
[0008]令第三功率管的栅极驱动信号G03和第四功率管的栅极驱动信号G04上原有的信号频率不变，使变量器TO上残留的能量按设定的时间得以泄放。
[0009]令第三功率管的栅极驱动信号G03和第四功率管的栅极驱动信号G04均为‘0’电平，让变量器TO上残留的能量立刻得以完全的泄放。
[0010]所述的恒流供电PWM组件由第一功率管QOl、第二功率管Q02和电感器LO组成，第一功率管QOl的漏极接直流电源正极VDD，第二功率管Q02的源极接直流电源负极GND，第一功率管QOl的源极与第二功率管Q02的漏极连接成测试A点，第一功率管QOl接受来自其栅极的PWM驱动信号GOl的控制，第二功率管Q02接受来自其栅极的PWM驱动信号G02的控制，使第一功率管QOl的栅极驱动信号GOl和第二功率管Q02的栅极驱动信号G02成一对互补的栅极驱动信号。
[0011]所述的功率耦合PWM组件由第三功率管Q03、第四功率管Q04、第一电容CO、第二电容Cl和变量器TO组成，第三功率管Q03、第四功率管Q04和变量器TO组成变压器耦合式推挽电路；第三功率管Q03、第四功率Q04的源极均连接到直流电源负极GND ;第三功率管Q03的漏极接变量器TO初级的始端，第四功率管Q04的漏极接变量器TO初级的尾端，变量器TO初级的中心端接收来自恒流供电PWM组件的供电电流；第三功率管Q03接受来自其栅极的PWM驱动信号G03的控制，第四功率管Q04接受来自栅极其的PWM驱动信号G04的控制，令第三功率管的栅极驱动信号G03和第四功率管的栅极驱动信号G04成一对互补的栅极驱动信号并按照设定的逻辑关系加以驱动，即可实现不同的关断特性；
所述变量器TO初级的用于接收恒流供电PWM组件的供电电流的中心端点B既是恒流供电PWM组件的电流输出端，也是功率耦合PWM组件的电流输入端。
[0012]本发明的有益效果是:
本发明能够对超声电机驱动控制器的输出残留能量实现有效的关断控制，使超声电机具有更好的作动和控制特性。
[0013]发明能实现超声电机亚角秒级角位移以及角速度的精确控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的双PWM功率驱动拓扑结构的电原理框图。
[0015]图2是本发明的恒流供电PWM_P0WER电原理框图。
[0016]图3是本发明的功率耦合PWM_DRIVE电原理框图。
[0017]图中:
A为恒流供电PWM_P0WER电源测试点。
[0018]B为恒流供电PWM_P0WER电流输出端，也是功率耦合PWM_DRIVE的电流输入端。
[0019]Q01、Q02、Q03、Q04 为 MOSFET 功率管；G01、G02、G03、G04 为 MOSFET 功率管栅极的PWM驱动信号；L0为电感器；C0、Cl为电容器；T0为变量器；VDD为直流供电电源的正极；GND为直流供电电源的负极；0UT为功率耦合组件的输出驱动端；C0M为功率耦合组件的输出参考端。
【具体实施方式】
[0020]以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]如图1-3所示。
[0022]一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其关键是先令恒流供电组件PWM_P0WER的栅极驱动信号GOl= ‘0’、G02= ‘ I’，再令功率耦合组件PWM_DRIVE的栅极驱动信号G03、G04按照一定的逻辑关系加以驱动。如图1所示。当保持G03、G04上原有的信号频率不变时可使TO变量器上残留的能量按设定的时间得以泄放，而当令G03、G04均为‘0’电平时能让TO变量器上残留的能量立刻得以完全的泄放。
[0023]详述如下:
本发明的双PWM功率驱动拓扑结构包括恒流供电组件PWM_P0WER和功率耦合组件PWM_DRIVE两个PWM组件，如图1所示。恒流供电PWM_P0WER由图2所示的功率管Q01、Q02和电感器LO组成。功率耦合PWM_DRIVE由图3所示的功率管Q03、Q04、CO、Cl和变量器TO组成。
[0024]恒流供电组件PWM_P0WER中，功率管QOl的漏极接直流电源正极VDD，功率管Q02的源极接直流电源负极GND。功率管QOl源极与功率管Q02漏极连接成测试点A点。功率管QOl接受来自栅极GOl的PWM驱动信号的控制，功率管Q02接受来自栅极G02的PWM驱动信号的控制。GOl和G02是一对互补的栅极驱动信号，令GOl= ‘0，、G02= ‘1’，即功率管QOl关断、功率管Q02导通。LO电感器和功率管Q02为关断泄放TO变量器的残留能量，提供了泄放的通路。如图2所示。
[0025]功率耦合组件PWM_DRIVE中，功率管Q03、Q04和变量器TO组成变压器耦合式推挽电路。功率管Q03、Q04的源极均连接到直流电源负极GND。功率管Q03漏极接变量器TO初级的始端、功率管Q04漏极接变量器TO初级的尾端，变量器TO初级的中心端接收来自B点输入的恒流供电PWM_P0WER的供电电流。B点既是恒流供电PWM_P0WER电流输出端，也是功率耦合PWM_DRIVE的电流输入端。功率管Q03接受来自栅极G03的PWM驱动信号的控制，功率管Q04接受来自栅极G04的PWM驱动信号的控制。G03和G04也是一对互补的栅极驱动信号，令G03、G04按照一定的逻辑关系加以驱动，实现不同的关断特性。如图3所示。
[0026]本发明能实现软关断和硬关断:
1、软关断:保持G03、G04上原有的信号频率不变，让TO变量器上残留的能量，经B —LO电感器一A点一功率管Q02 — GND,再按照原有的信号频率的节奏，分别由Q03或Q04返回TO，按一定的时间得以泄放。
[0027]2、硬关断:令G03、G04均为‘0’电平，让TO变量器上残留的能量，经B点一LO电感器一A点一功率管Q02 — GND，再经由Q03和Q04返回T0，立刻得以完全的泄放。
[0028]以上实施例子仅用于说明本发明而非限制，虽然对本发明进行了详细的说明，其目的在于使本领域的专业人员容易理解。对本发明的修改和等效置换，而不脱离本发明的核心技术及其范围，均应涵盖在本发明的权利要求之内。
[0029]本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征是它包括以下步骤: 首先，设置一个恒流供电PWM组件(PWM_POWER)和一个功率耦合PWM组件(PWM_DRIVE)； 其次，令恒流供电PWM组件中的第一功率管的栅极驱动信号G01=‘0’，第二功率管的栅极驱动信号G02= ‘1’，即令第一功率管(QOl)关断，第二功率管(Q02)导通，从而通过电感器(LO)和第二功率管(Q02)为关断泄放变量器(TO)的残留能量提供泄放通路； 第三，令功率耦合PWM组件中的第三功率管的栅极驱动信号(G03)及第四功率管的栅极驱动信号(G04)按照设定的逻辑关系加以驱动，以实现输出信号关断的控制，达到对超声电机亚角秒级的角位移、角速度的控制。
2.根据权利要求1所述基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征在于第三功率管的栅极驱动信号(G03)和第四功率管的栅极驱动信号(G04)上原有的信号频率不变，使变量器(TO)上残留的能量，按设定的时间得以泄放。
3.根据权利要求1所述基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征在于令第三功率管的栅极驱动信号(G03)和第四功率管的栅极驱动信号(G04)均为‘0’电平，让变量器(TO )上残留的能量立刻得以完全的泄放。
4.根据权利要求1所述基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征是所述的恒流供电PWM组件由第一功率管(QOI)、第二功率管(Q02)和电感器(LO)组成，第一功率管(QOl)的漏极接直流电源正极(VDD)，第二功率管(Q02)的源极接直流电源负极(GND)，第一功率管(QOl)的源极与第二功率管(Q02)的漏极连接成测试A点，第一功率管(QOl)接受来自其栅极的PWM驱动信号(G01)的控制，第二功率管(Q02)接受来自其栅极的PWM驱动信号(G02)的控制，使第一功率管(Q01)的栅极驱动信号(G01)和第二功率管(Q02)的栅极驱动信号(G02)成一对互补的栅极驱动信号。
5.根据权利要求1所述基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征是所述的功率耦合PWM组件由第三功率管(Q03 )、第四功率管(Q04)、第一电容(CO )、第二电容(Cl)和变量器(TO )组成，第三功率管(Q03 )、第四功率管(Q04)和变量器(TO )组成变压器耦合式推挽电路；第三功率管(Q03)、第四功率(Q04)的源极均连接到直流电源负极GND ;第三功率管(Q03)的漏极接变量器(TO)初级的始端，第四功率管(Q04)的漏极接变量器(TO )初级的尾端，变量器(TO )初级的中心端接收来自恒流供电PWM组件的供电电流；第三功率管(Q03 )接受来自其栅极的PWM驱动信号(G03 )的控制，第四功率管(Q04)接受来自栅极其的PWM驱动信号(G04)的控制，令第三功率管的栅极驱动信号(G03)和第四功率管的栅极驱动信号(G04)成一对互补的栅极驱动信号并按照设定的逻辑关系加以驱动，即可实现不同的关断特性。
6.根据权利要求1或5所述基于双PWM功率驱动拓扑结构的输出信号关断控制方法，其特征在于变量器(TO)初级的用于接收恒流供电PWM组件的供电电流的中心端点(B)既是恒流供电PWM组件的电流输出端，也是功率耦合PWM组件的电流输入端。
【文档编号】H02N2/00GK103746596SQ201410005895
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2014年1月7日 优先权日:2014年1月7日
【发明者】梁大志, 张军, 赵淳生 申请人:江苏丰科超声电机科技有限公司