專利名稱：一種中電壓無刷直流電動機控制器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種中電壓無刷直流電動機控制器，屬電動機領域，入HO2P。
背景技術：
無刷直流電動機，以釹鐵硼作為轉子的永磁材料，以大規模數字集成電路控制電動機運轉，它的特點是高可靠、高效率、高轉矩、高精度，體積小、重量輕、調速方便，是當今效率最高的調速電機品種，美國能源部曾對各種不同電機的效率進行比較，無刷直流電動機因不需要勵磁電流而名列第一，它的實功效率約為98％，伏安效率約為88％，計入變頻損耗，比交流異步電動機節電約20％。它在先進國家已大量應用于軍工，信息，家電，工具，汽車，自行車等行業。美國能源部要求2007年淘汰能耗效率低于80％的電動機，無刷直流電動機將獲得更好的發展機遇。
以前制約無刷直流電動機發展的瓶頸主要是永磁材料和電子控制器，如今永磁材料以釹鐵硼為主，我國是稀土大國，已獲得了較快發展；控制器隨著微電子、電力電子技術的發展也有很大進步，但我國目前無刷直流電動機的應用范圍，仍主要為低電壓(6V-48V直流)電機，而中電壓(110V-400V交、直流)的電機應用面非常廣泛，中電壓電源可以直接由110V-380V電網獲得，為了在中電壓電網推廣應用無刷直流電動機，節約能源并獲得良好的電機特性，需要設計高質量、低價格的控制器，除了解決控制程序軟件外，還要在硬件方面解決以下關鍵技術低壓控制電路的電源、低壓控制電路和中壓驅動電路的完全隔離及三相逆變橋上功率管柵極控制電壓的產生。
發明內容
本發明目的是為中電壓無刷直流電動機控制器從硬件方面解決低壓控制電路的電源、低壓電路和中壓驅動電路的完全隔離及三相逆變橋上管柵極的控制電壓的產生，使控制器在中電壓(110V-400V)電網能可靠地工作，并降低控制器的生產成本。
為實現上述目的，本發明采取的技術措施是利用公知的低壓(5V-50V)無刷直流電動機控制器技術，設計控制器的低壓控制電路，低壓控制電路可以是單片CPU、DSP，也可以是專用集成電路和外圍的元器件構成，它的各種元器件只能在低電壓下工作，由控制器的低壓控制電路控制三相逆變橋的6只N溝道MOSFET功率管，三相逆變橋的輸出端與無刷直流電動機連接；采用一開關電源電路，開關電源變壓器初級繞組從中電壓電網吸取電能，通過開關電源變壓器次級的降壓作用，由一個低壓繞組為控制器的低壓控制電路提供約10V電壓、50毫安電流，而三相逆變橋的下功率管柵極因控制電位低，可由低壓控制電路直接提供控制電壓信號，控制下功率管的通斷；由開關電源變壓器次級的另一個低壓繞組給三相逆變橋上功率管柵極提供電壓，三相逆變橋是接在中電壓電路上的，它的上、下功率管都采用了耐電壓較高的N溝道MOSFET功率管，為了上功率管能可靠地導通，必須使上功率管柵極電壓能夠高于漏極電壓，因此，開關電源變壓器的另一個低壓繞組是串聯疊加在中電壓上的，采用光電隔離器的輸出端與三相逆變橋的上功率管柵極連接，光電隔離器的輸入端與低壓控制電路的相關輸出端連接，低壓控制電路有6個輸出端分別控制三相逆變橋的3個上功率管柵極和3個下功率管柵極，其連接順序不能出錯；由于光電隔離器、開關電源變壓器的次級低壓繞組都與中電壓有可靠的絕緣，就使控制器的低壓電路與中壓電路得到可靠地相互隔離，即使功率管、光電隔離器、開關電源變壓器損壞，中電壓也不能危害低壓控制電路的安全；由低壓控制電路提供的控制電壓信號，通過光電隔離器的輸入端，轉化為光電信號，光電隔離器的輸出端則輸出控制電壓信號，控制上功率管的通斷；三相逆變橋上、下功率管的輸出控制了無刷直流電動機工作狀態。
本發明的良好效果是采用開關電源技術與無刷直流電動機控制技術相配合，解決了低壓控制電路需要的電源，并與中壓動力電路相互隔離，同時，還獲得了三相逆變橋上管的控制電壓，開關電源功耗很低，節能效果顯著，控制器溫升低，生產成本低廉，使無刷直流電動機更容易在中電壓電網得到推廣應用。
圖1是本發明的結構示意圖由虛線包圍的內容構成中電壓無刷直流電動機控制器，它與無刷直流電動機5構成一個完整系統。控制器由低壓控制電路1、三相逆變橋2、開關電源3、光電隔離器4構成。三相逆變橋2有6只N溝道MOSFET功率管，本圖只畫出其中與A相連接的上、下兩個功率管G1、G2，R1是上功率管柵極偏置電阻，開關電源3的變壓器次極有低壓繞組T1、T2、整流二極管D1、D2、濾波電容C1、C2。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例作進一步說明圖1中，由虛線包圍的內容構成中電壓無刷直流電動機控制器，它可以做在一塊不到40平方厘米的單層電路板上，它的開關電源3和三相逆變橋2與220V的中電壓連接，低壓控制電路1控制了三相逆變橋2的6只N溝道MOSFET功率管，其中A相下功率管G2柵極因控制電位低，由低壓控制電路1直接提供控制電壓信號，而上功率管G1柵極處于近220V的中電壓，不能直接與低壓控制電路1連接，必須通過光電隔離器4接受低壓控制電路1的控制電壓信號，其特征是開關電源3的變壓器有一個低壓繞組T1一端接地，另一端經整流二極管D1、濾波電容C1給低壓控制電路1提供直流電源；開關電源3的變壓器有另一個低壓繞組T2，一端接中電壓正極，另一端經整流二極管D2、濾波電容C2，經過光電隔離器4輸出端給上功率管G2柵極提供工作電壓，該電壓的電位是比220V電源還高出10V以上，可以確保上功率管G2能夠飽和導通。
權利要求
一種中電壓無刷直流電動機控制器，由低壓控制電路[1]、三相逆變橋[2]、開關電源[3]、光電隔離器[4]構成，開關電源(3)和三相逆變橋(2)與中電壓電源連接，三相逆變橋[2]的輸出端與無刷直流電動機[5]連接，三相逆變橋[2]的下功率管[G2]柵極與低壓控制電路[1]的相關輸出端連接，三相逆變橋[2]的上功率管[G1]柵極與光電隔離器[4]的輸出端連接，光電隔離器[4]的輸入端與低壓控制電路[1]的相關輸出端連接，其特征是開關電源[3]的變壓器次級有一個低壓繞組[T1]，一端接地，另一端經整流二極管[D1]、濾波電容[C1]與低壓控制電路[1]連接，開關電源[3]的變壓器次級有另一個低壓繞組[T2]，一端接中電壓正極，另一端經整流二極管[D2]、濾波電容[C2]與光電隔離器[4]的輸出端連接。
全文摘要
本發明公開了一種中電壓無刷直流電動機控制器，由低壓控制電路(1)、三相逆變橋(2)、開關電源(3)、光電隔離器(4)構成，其低壓控制電路(1)可以是單片CPU、DSP，也可以是其他專用集成電路和外圍的元器件構成，三相逆變橋(2)的上功率管(G1)柵極通過光電隔離器(4)接受低壓控制電路(1)的控制電壓信號，開關電源(3)和三相逆變橋(2)與中電壓電源連接，其特征是開關電源(3)的變壓器次級有一個低壓繞組(T1)一端接地，另一端經整流二極管(D1)、濾波電容(C1)給低壓控制電路(1)提供直流電源；開關電源(3)的變壓器次級有另一個低壓繞組(T2)一端接中電壓正極，另一端經整流二極管(D2)、濾波電容(C2)給上功率管(G1)柵極提供飽和導通電壓，使無刷直流電動機控制器效率高，溫升低，生產成本低廉，便于無刷直流電動機更容易在中電壓(110V－400V)電網得到推廣應用。
文檔編號H02P27/04GK1794565SQ20051011899
公開日2006年6月28日 申請日期2005年11月15日 優先權日2005年11月15日
發明者趙遐齡 申請人:趙遐齡