專利名稱：雙電壓控制開關磁阻電機及其雙電壓控制驅動裝置的制作方法
技術領域：
本技術涉及一種直流電機及其驅動裝置，尤其涉及一種雙電壓控制開關磁阻電機及其雙電壓控制驅動裝置。
背景技術：
目前對開關磁阻電機的控制均采用單一直流電壓，其控制方式為三種，即角度位置控制、電流斬波控制和電壓斬波控制。直流斬波是將固定的直流電壓變換成可變的直流電壓，也稱為DC/DC變換。用斬波器斬切直流的基本思想是如果改變開關的動作頻率，或改變直流電流接通和斷開的時間比例，就可以改變加到負載上的電壓、電流平均值。上述控制方式多為現有技術所常用，如直流電機的速度控制、交換式電源供應器等。直流斬波器乃利用功率組件對固定電壓之電源做適當之切割以達成負載端電壓改變之目的。若其輸出電壓較輸入之電源電壓低，則稱為降壓式直流斬波器，若其輸出電壓較輸入之電源電壓高，則稱為升壓式直流斬波器。但是其缺點是不能得到理想的低噪音和較低的開關頻率，穩定 性也不可靠。而本技術對開關磁阻電機的控制則是采用雙直流電壓，其控制方式也不同于電流斬波和電壓斬波控制。
發明內容
本技術所要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，提供一種電機的噪音低、功率器件的開關頻率低、效率高、可靠性好的雙電壓控制開關磁阻電機及其雙電壓控制驅動裝置。為解決上述技術問題，本技術針對雙電壓控制開關磁阻電機采取的技術方案為一種雙電壓控制開關磁阻電機，包括速度給定單元、PI調節器、單片機控制單元、電機驅動單元、電流檢測單元、用于檢測開關磁阻電機轉速的速度反饋單元和開關磁阻電機；速度給定單元、單片機控制單元、電機驅動單元和開關磁阻電機順次電連接；電流檢測單元連接在開關磁阻電機和單片機控制單元之間，電流檢測單元檢測開關磁阻電機的電機繞組電流并將電流信號輸出給單片機控制單元；速度反饋單元連接在開關磁阻電機和PI調節器之間，速度反饋單元檢測開關磁阻電機的轉速并將轉速信號反饋給PI調節器；速度給定單元將給定信號輸出給PI調節器，PI調節器通過對給定信號和反饋的轉速信號進行比較后，輸出PI控制信號給單片機控制單元，單片機控制單元輸出控制信號給電機驅動單元，電機驅動單元驅動開關磁阻電機運行；其特征在于所述電機驅動單元包括第一 MOS管BGl和第三二極管D3 ;第一 MOS管BGl的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與墊片及單元連接；第三二極管D3陰極與開關磁阻電機的整機電源端連接，陽極用于連接第二電源VD ;開關磁阻電機的陰極電源端接地。作為本技術進一步改進的技術方案,還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管Dl和第二二極管D2 ；第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第二電容C2連接在第三二極管D3的陽極和地之間；第二二極管D2陽極與地連接，陰極與MOS管的源極連接；第三MOS管BG3的源極與第三二極管D3的陰極連接，漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3—端與第三二極管D3的陽極連接，另一端與第一二極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通時，第三MOS管BG3截止。
本技術針對開關磁阻電機的雙電壓控制驅動裝置采取的技術方案為一種開關磁阻電機的雙電壓控制驅動裝置，其特征在于包括第一 MOS管BG1、第三二極管D3和用于控制第一 MOS管BGl導通和截止的單片機控制單元；第一 MOS管BGl的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與單片機控制單元連接；第三二極管D3陰極與開關磁阻電機的正極電源端連接，陽極用于連接第二電源VD。作為本技術進一步改進的技術方案,還包括能量儲存單元,所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管Dl和第二二極管D2 ；第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第二電容C2連接在第三二極管D3的陽極和地之間；第二二極管D2陽極與地連接，陰極與MOS管的源極連接；第三MOS管BG3的 源極與第三二極管D3的陰極連接，漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3—端與第三二極管D3的陽極連接，另一端與第一二極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通時，第三MOS管BG3截止。
本技術雙電壓控制開關磁阻電機采用雙直流電壓控制，其控制方式也不同于電流斬波和電壓斬波控制。單片機控制單元根據速度給定單元送來的速度給定信號的大小和電流檢測單元的電流反饋信號，再通過電機驅動單元對開關磁阻電機進行速度控制，最終通過對二組不同的電壓進行不斷地相互切換，以調節電機繞組中的電流，使電機的輸出轉矩與負載轉矩相匹配，以達到開關磁阻電機調速的目的。采用雙直流電壓的優點是可以減少電機的噪音和功率器件的開關驅動裝置通過單片機控制單元根據速度給定單元送來的速度給定信號的大小和電流檢測單元的電流反饋信號，再通過電機驅動單元對開關磁阻電機進行速度控制，最終通過對二組不同的電壓進行不斷地相互切換，以調節電機繞組中的電流，使電機的輸出轉矩與負載轉矩相匹配，以達到開關磁阻電機調速的目的。
圖I為本技術的控制流程圖。圖2為本技術的電機驅動單元的電路示意圖。圖3為本技術的電路控制示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本技術的具體實施方式
作進一步說明。實施例I
參見圖1，本雙電壓控制開關磁阻電機，包括速度給定單元、PID調節器、單片機控制單元、電機驅動單元、電流檢測單元、用于檢測開關磁阻電機轉速的速度反饋單元和開關磁阻電機；速度給定單元、單片機控制單元、電機驅動單元和開關磁阻電機順次電連接；電流檢測單元連接在開關磁阻電機和單片機控制單元之間，電流檢測單元檢測開關磁阻電機的電機繞組電流并將電流信號輸出給單片機控制單元；速度反饋單元連接在開關磁阻電機和PI調節器之間，速度反饋單元檢測開關磁阻電機的轉速并將轉速信號反饋給PI調節器；速度給定單元將給定信號輸出給PI調節器，PI調節器通過對給定信號和反饋的轉速信號進行比較后，輸出PI控制信號給單片機控制單元，單片機控制單元輸出控制信號給電機驅動單元，電機驅動單元驅動開關磁阻電機運行；參見圖2，所述電機驅動單元包括第一 MOS管BGl和第三二極管D3 ;第一MOS管BGl的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與墊片及單元連接；第三二極管D3陰極與開關磁阻電機的整機電源端連接，陽極用于連接第二電源VD ;開關磁阻電機的陰極電源端接地。本實施例采用二個直流工作電壓，一個是額定的工作電壓VG,另一個是低于額定的工作電壓VD，可以是二分之一的額定工作電壓。根據電流和轉速的變化，相互不斷地切換供電電壓。當開關磁阻電機啟動時，由單片機控制單元發出指令，讓BGl導通，二極管D3處于反偏狀態，由\提供電機的工作電壓，當電流檢測檢測到電機的工作電流超過設定值或電機的轉速超過轉速給定值時，單片機控制單元發出指令，讓BGl截止，二極管D3正向導通，由Vd來提供電機的工作電壓。當電機的轉速低于速度給定值時，再導通BG1，來提高電 機的轉速。就這樣，根據電機繞組LA中的電流大小和電機速度的變化，不斷地調節二組不同的工作電壓，以達到穩定速度的目的。當BGl導通時，由于二極管D3處于反偏，因此VD無法提供工作電壓。但BGl截止后，二極管D3處于正向導通狀態，故此時由VD提供電機的工作電壓。參見圖2和圖3，還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管Dl和第二二極管D2 ；第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第二電容C2連接在第三二極管D3的陽極和地之間；第二二極管D2陽極與地連接，陰極與MOS管的源極連接；第三MOS管BG3的源極與第三二極管D3的陰極連接，漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3 —端與第三二極管D3的陽極連接，另一端與第一二極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通時，第三MOS管BG3截止。當BGl導通，VG供電時，電機的能量回饋路徑為DD、D1、C3、D3、GS和DD、D1、C3、C2、D2、GS。由于此時BG3截止，故在電容C3上儲存了 BGl開通時回饋的能量。當BGl關閉時，開通BG3，則儲存在C3上的能量通過BG3向電機繞組LA泄放能量，由于C3的電壓高于VD，C3泄放能量時，D3處于反偏，故待C3上的能量泄放完以后，VD才會投入工作，從而節約了供電能量。如圖3所示，本實施例中電流檢測單元是通過VOS管的導通壓降與導通電流特性曲線來確定其所要保護的電流值，而不需要任何其它的電流采樣器件。W2為電流采樣設定值，快恢復二極管D7的陰極與BG2的漏極DD相連，當電機繞組LA的電流小于設定的電流值時，BG2的導通電壓小于W2的電壓值，此時DF正向導通，A點的電壓被鉗位在0. 7V，Wl、W3的電壓設定值均為2V，故此時電壓比較器U9輸出低電平，U7電壓比較器輸出高電平，RS觸發器U8的Q輸出端也為高電平，經二級反相后使雙輸入端與非門Ul的2端為高電平，Ul的I端為電機運行控制的輸入端，通過U2，經驅動片IR2110，控制電機的上橋臂BGl的導通與關斷，從而保證電機的正常運轉。當電機繞組中的電流大于設定值時，二極管DF反偏，此時，A點的電壓經對電容CA的充電后會大于2V，則U9輸出高電平，U7輸出低電平，U8的Q端輸出低電平，經二級反相后，Ul的2端也變為低電平，迫使驅動片IR2110輸出低電平而關閉BGl，切斷VG供電，轉入低壓VD供電，從而使電機繞組中的電流下降。
例如希望電機繞組中的電流不超過60A，根據BG2的導通壓降和導通電流的特性曲線可知，在柵極驅動電壓為10V，室溫為25°C時，60A對應BG2的導通壓降是3V。則W2的設定電壓為3V，當電機繞組中的電流小于60A時，因BG2的導通壓降小于3V，故此時A點的電壓被鉗制在0. 7V，BG1導通，VG為電機提供工作電壓。當電機繞組中的電流大于60A時，因VF反偏，從而使得A點的電位不斷上升，當大于2V時，U9輸出高電平，Ul的2腳為低電平,迫使BGl關斷，電機的供電電壓由VG改為VD，此時，電機繞組中的電流將下降。當電機的轉速一旦低于給定轉速時，“速度給定”輸出信號給單片機，由單片機輸出控制信號，開通BGl, VG開始供電，此時二極管D3反偏，迫使VD不能供電。當電機轉速超過給定轉速或電流大于60A時，又重復上述過程。如此反復不斷地切換二組不同的工作電壓，達到電機穩定的工作。實施例2
參見圖2和圖3，本開關磁阻電機的雙電壓控制驅動裝置，包括第一 MOS管BG1、第三二極管D3和用于控制第一 MOS管BGl導通和截止的單片機控制單元；第一 MOS管BGl的源極 與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與單片機控制單元連接；第三二極管D3陰極與開關磁阻電機的正極電源端連接，陽極用于連接第二電源VD。還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管Dl和第二二極管D2 ；第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第二電容C2連接在第三二極管D3的陽極和地之間；第二二極管D2陽極與地連接，陰極與MOS管的源極連接；第三MOS管BG3的源極與第三二極管D3的陰極連接，漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3一端與第三二極管D3的陽極連接，另一端與第一二極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通時，第三MOS管BG3截止。本實施例的能量存儲原理與實施例I相同，不再詳述。
權利要求
1.ー種雙電壓控制開關磁阻電機，包括速度給定單元、PID調節器、單片機控制單元、電機驅動單元、電流檢測單元、用于檢測開關磁阻電機轉速的速度反饋單元和開關磁阻電機；速度給定單元、單片機控制單元、電機驅動單元和開關磁阻電機順次電連接；電流檢測單元連接在開關磁阻電機和單片機控制單元之間，電流檢測單元檢測開關磁阻電機的電機繞組電流并將電流信號輸出給單片機控制單元；速度反饋單元連接在開關磁阻電機和PI調節器之間，速度反饋單元檢測開關磁阻電機的轉速并將轉速信號反饋給PI調節器；速度給定單元將給定信號輸出給PI調節器，PI調節器通過對給定信號和反饋的轉速信號進行比較后，輸出PI控制信號給單片機控制單元，單片機控制單元輸出控制信號給電機驅動單元，電機驅動單元驅動開關磁阻電機運行；其特征在于所述電機驅動單元包括第一 MOS管BGl和第三ニ極管D3 ;第一 MOS管BGl的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與墊片及單元連接；第三ニ極管D3陰極與開關磁阻電機的正機電源端連接，陽極用于連接第二電源VD ;開關磁阻電機的陰極電源端接地。
2.根據權利要求I所述的雙電壓控制開關磁阻電機，還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一ニ極管Dl和第ニニ極管D2;第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第二電容C2連接在第三ニ極管D3的陽極和地之間；第ニニ極管D2陽極與地連接，陰極與第一 MOS管BGl的源極連接；第三MOS管BG3的源極與第三ニ極管D3的陰極連接，漏極與第一ニ極管Dl的陰極連接，第一二極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3 —端與第三ニ極管D3的陽極連接，另一端與第一ニ極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通吋，第三MOS管BG3截止。
3.一種開關磁阻電機的雙電壓控制驅動裝置，其特征在于包括第一 MOS管BG1、第三ニ極管D3和用于控制第一 MOS管BGl導通和截止的單片機控制單元；第一 MOS管BGl的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與單片機控制單元連接；第三ニ極管D3陰極與開關磁阻電機的正極電源端連接，陽極用于連接第二電源VD0
4.根據權利要求3所述的開關磁阻電機的雙電壓控制驅動裝置，其特征在于還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容Cl、第二電容C2、第三電容C3、第一ニ極管Dl和第二ニ極管D2 ；第一電容Cl連接在MOS管的漏極和源極之間；第ニ電容C2連接在第三ニ極管D3的陽極和地之間；第ニニ極管D2陽極與地連接，陰極與第一 MOS管BGl的源極連接；第三MOS管BG3的源極與第三ニ極管D3的陰極連接，漏極與第一二極管Dl的陰極連接，第一ニ極管Dl的陽極與開關磁阻電機的負極電源端連接；第三電容C3 —端與第三ニ極管D3的陽極連接，另一端與第一ニ極管Dl的陰極連接；當第一 MOS管BGl導通時，第三MOS管BG3截止。
全文摘要
本技術公開了一種雙電壓控制開關磁阻電機，所述電機驅動單元包括第一MOS管BG1和第三二極管D3；第一MOS管BG1的源極與開關磁阻電機的正極電源端連接，漏極用于連接第一電源VG，柵極與墊片及單元連接；第三二極管D3陰極與開關磁阻電機的正機電源端連接，陽極用于連接第二電源VD；開關磁阻電機的陰極電源端接地。還包括能量儲存單元，所述能量儲存單元包括第三MOS管BG3、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、第一二極管D1和第二二極管D2。本技術可以減少電機的噪音和功率器件的開關頻率，從而提高系統的效率和控制器的可靠性。
文檔編號H02P6/06GK102739133SQ20121017451
公開日2012年10月17日 申請日期2012年5月31日 優先權日2012年5月31日
發明者童自成 申請人:南京銀茂電氣自動控制有限公司