一种中电压无刷直流电动机控制器

摘要

本发明公开了一种中电压无刷直流电动机控制器，由低压控制电路(1)、三相逆变桥(2)、开关电源(3)、光电隔离器(4)构成，其低压控制电路(1)可以是单片CPU、DSP，也可以是其他专用集成电路和外围的元器件构成，三相逆变桥(2)的上功率管(G1)栅极通过光电隔离器(4)接受低压控制电路(1)的控制电压信号，开关电源(3)和三相逆变桥(2)与中电压电源连接，其特征是：开关电源(3)的变压器次级有一个低压绕组(T1)一端接地，另一端经整流二极管(D1)、滤波电容(C1)给低压控制电路(1)提供直流电源；开关电源(3)的变压器次级有另一个低压绕组(T2)一端接中电压正极，另一端经整流二极管(D2)、滤波电容(C2)给上功率管(G1)栅极提供饱和导通电压，使无刷直流电动机控制器效率高，温升低，生产成本低廉，便于无刷直流电动机更容易在中电压(110V－400V)电网得到推广应用。

说明书

                          技术领域

本发明涉及一种中电压无刷直流电动机控制器，属电动机领域，入HO2P。

                          背景技术

无刷直流电动机，以钕铁硼作为转子的永磁材料，以大规模数字集成电路控制电动机运转，它的特点是：高可靠、高效率、高转矩、高精度，体积小、重量轻、调速方便，是当今效率最高的调速电机品种，美国能源部曾对各种不同电机的效率进行比较，无刷直流电动机因不需要励磁电流而名列第一，它的实功效率约为98％，伏安效率约为88％，计入变频损耗，比交流异步电动机节电约20％。它在先进国家已大量应用于军工，信息，家电，工具，汽车，自行车等行业。美国能源部要求2007年淘汰能耗效率低于80％的电动机，无刷直流电动机将获得更好的发展机遇。

以前制约无刷直流电动机发展的瓶颈主要是永磁材料和电子控制器，如今永磁材料以钕铁硼为主，我国是稀土大国，已获得了较快发展；控制器随着微电子、电力电子技术的发展也有很大进步，但我国目前无刷直流电动机的应用范围，仍主要为低电压(6V-48V直流)电机，而中电压(110V-400V交、直流)的电机应用面非常广泛，中电压电源可以直接由110V-380V电网获得，为了在中电压电网推广应用无刷直流电动机，节约能源并获得良好的电机特性，需要设计高质量、低价格的控制器，除了解决控制程序软件外，还要在硬件方面解决以下关键技术：低压控制电路的电源、低压控制电路和中压驱动电路的完全隔离及三相逆变桥上功率管栅极控制电压的产生。

                          发明内容

本发明目的是：为中电压无刷直流电动机控制器从硬件方面解决低压控制电路的电源、低压电路和中压驱动电路的完全隔离及三相逆变桥上管栅极的控制电压的产生，使控制器在中电压(110V-400V)电网能可靠地工作，并降低控制器的生产成本。

为实现上述目的，本发明采取的技术措施是：利用公知的低压(5V-50V)无刷直流电动机控制器技术，设计控制器的低压控制电路，低压控制电路可以是单片CPU、DSP，也可以是专用集成电路和外围的元器件构成，它的各种元器件只能在低电压下工作，由控制器的低压控制电路控制三相逆变桥的6只N沟道MOSFET功率管，三相逆变桥的输出端与无刷直流电动机连接；采用一开关电源电路，开关电源变压器初级绕组从中电压电网吸取电能，通过开关电源变压器次级的降压作用，由一个低压绕组为控制器的低压控制电路提供约10V电压、50毫安电流，而三相逆变桥的下功率管栅极因控制电位低，可由低压控制电路直接提供控制电压信号，控制下功率管的通断；由开关电源变压器次级的另一个低压绕组给三相逆变桥上功率管栅极提供电压，三相逆变桥是接在中电压电路上的，它的上、下功率管都采用了耐电压较高的N沟道MOSFET功率管，为了上功率管能可靠地导通，必须使上功率管栅极电压能够高于漏极电压，因此，开关电源变压器的另一个低压绕组是串联叠加在中电压上的，采用光电隔离器的输出端与三相逆变桥的上功率管栅极连接，光电隔离器的输入端与低压控制电路的相关输出端连接，低压控制电路有6个输出端分别控制三相逆变桥的3个上功率管栅极和3个下功率管栅极，其连接顺序不能出错；由于光电隔离器、开关电源变压器的次级低压绕组都与中电压有可靠的绝缘，就使控制器的低压电路与中压电路得到可靠地相互隔离，即使功率管、光电隔离器、开关电源变压器损坏，中电压也不能危害低压控制电路的安全；由低压控制电路提供的控制电压信号，通过光电隔离器的输入端，转化为光电信号，光电隔离器的输出端则输出控制电压信号，控制上功率管的通断；三相逆变桥上、下功率管的输出控制了无刷直流电动机工作状态。

本发明的良好效果是：采用开关电源技术与无刷直流电动机控制技术相配合，解决了低压控制电路需要的电源，并与中压动力电路相互隔离，同时，还获得了三相逆变桥上管的控制电压，开关电源功耗很低，节能效果显著，控制器温升低，生产成本低廉，使无刷直流电动机更容易在中电压电网得到推广应用。

                          附图说明

图1是本发明的结构示意图：由虚线包围的内容构成中电压无刷直流电动机控制器，它与无刷直流电动机5构成一个完整系统。控制器由低压控制电路1、三相逆变桥2、开关电源3、光电隔离器4构成。三相逆变桥2有6只N沟道MOSFET功率管，本图只画出其中与A相连接的上、下两个功率管G1、G2，R1是上功率管栅极偏置电阻，开关电源3的变压器次极有低压绕组T1、T2、整流二极管D1、D2、滤波电容C1、C2。

                        具体实施方式

下面结合附图和实施例作进一步说明：图1中，由虚线包围的内容构成中电压无刷直流电动机控制器，它可以做在一块不到40平方厘米的单层电路板上，它的开关电源3和三相逆变桥2与220V的中电压连接，低压控制电路1控制了三相逆变桥2的6只N沟道MOSFET功率管，其中A相下功率管G2栅极因控制电位低，由低压控制电路1直接提供控制电压信号，而上功率管G1栅极处于近220V的中电压，不能直接与低压控制电路1连接，必须通过光电隔离器4接受低压控制电路1的控制电压信号，其特征是：开关电源3的变压器有一个低压绕组T1一端接地，另一端经整流二极管D1、滤波电容C1给低压控制电路1提供直流电源；开关电源3的变压器有另一个低压绕组T2，一端接中电压正极，另一端经整流二极管D2、滤波电容C2，经过光电隔离器4输出端给上功率管G2栅极提供工作电压，该电压的电位是比220V电源还高出10V以上，可以确保上功率管G2能够饱和导通。