基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路制造技术

基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，涉及两相致动器的驱动技术领域。本发明专利技术是为了解决现有逆变拓扑结构所设计出的超声电机驱动电路的损耗高、体积大、可靠性差，限制了超声电机系统的应用的问题。本发明专利技术每个MOS管的漏极与源极间接有续流二极管，一号MOS管的漏极、三号MOS管的漏极和五号MOS管的漏极相连，作为直流母线正极，二号MOS管的源极、四号MOS管的源极和六号MOS管的源极相连，作为直流母线负极，一号与二号MOS管的漏极相连，作为第一电压输出端，三号与四号MOS管的漏极相连，作为公共地输出端，五号与六号MOS管的漏极相连，作为第二电压输出端。它用于多种两相超声/电磁电机驱动电路设计中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及两相致动器的驱动技术，更具体地说，涉及用于控制两相超声/电磁电机的逆变电路及控制方法；本专利技术的方案特别适用于对两相超声/电磁电机驱动电路的优化设计中。
技术介绍
传统的电机驱动技术大多针对的是电磁电机而研究的，但随着一种新型的两相致动器——超声电机的出现及范围应用的扩大，现有技术中所存在的问题在超声电机系统中的应用日益突出。两相超声电机是一种新型的两相致动器，与传统的两相电磁电机相比，从驱动电路设计角度分析，二者最主要的区别在于所需驱动信号存在一定差异：虽然二者工作过程中都需要外部施加两相交变电压，但为了使得超声电机得以正常工作，超声电机所需的电压频率通常较高，一般在20kHz以上，远远高于电磁电机的正常工作频率，与此同时，超声电机所需电压幅值也较大，电压幅值一般需要300Vpp甚至更高。当直接应用成熟的电磁电机驱动方案时，逆变电路中所需的功率开关管应同时具有较高的耐压及开关速度指标，这会极大增加电路设计成本，当需要更大幅值的输出电压时，现有的功率开关管甚至都无法满足这一要求。因此，在现有的超声电机驱动方案中常使用高频变压器，以降低驱动电路对功率开关管耐压能力的要求。然而，高频变压器的使用将会极大增加驱动电路成本、复杂程度、体积及发生故障的可能性，一定程度上限制了超声电机系统的应用。另一方面，在应用现有的开关型逆变拓扑结构时也存在一定问题。现有的开关型逆变电路的拓扑结构可分为推挽型、半桥式及全桥式三种基本类型。推挽型及半桥式两相逆变电路具有母线电压利用率低等缺点，因此，导致驱动器的能量传输效率受限；即使无需放大输出电压，推挽型逆变电路为了输出双极性交变电压，仍需要额外使用高频变压器，这将会较大程度地制约驱动电路性能的提升；由于需要使用八个功率开关管，使得全桥式两相逆变电路具有开关损耗大、可靠性低等缺点。因此，应用现有逆变拓扑结构时，一方面，随着工作频率的升高，功率开关管的开关损耗将随之增长，进而驱动器的能量传输效率也将随之降低；另一方面，由于包括开关管及高频变压器在内的器件的数量的增多，将使得驱动器发生故障的可能性增大。综上所述，高频变压器的使用及较高的开关损耗共同制约着超声电机驱动电路性能的提升，进而在一定程度上限制了超声电机系统的应用。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有逆变拓扑结构所设计出的超声电机驱动电路的损耗高、体积大、可靠性差，限制了超声电机系统的应用的问题。现提供基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路。基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，由六个功率开关管所组成的两相三电平逆变电路包括一号MOS管、二号MOS、三号MOS、四号MOS管、五号MOS管和六号MOS管，每个MOS管的漏极与源极间接有续流二极管，一号MOS管的漏极、三号MOS管的漏极和五号MOS管的漏极相连，作为两相三电平逆变电路的直流母线正极，二号MOS管的源极、四号MOS管的源极和六号MOS管的源极相连，作为两相三电平逆变电路的直流母线负极，一号MOS管的源极与二号MOS管的漏极相连，作为两相三电平逆变电路的第一电压输出端，三号MOS管的源极与四号MOS管的漏极相连，作为两相三电平逆变电路的公共地输出端，五号MOS管的源极与六号MOS管的漏极相连，作为两相三电平逆变电路的第二电压输出端，所述两相三电平逆变电路的第一电压输出端和两相三电平逆变电路的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的一相电压，所述两相三电平逆变电路的第二电压输出端和两相三电平逆变电路的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的另一相电压。基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，由六个功率开关管所组成的两相三电平逆变电路包括一号IGBT管、二号IGBT管、三号IGBT管、四号IGBT管、五号IGBT管和六号IGBT管，每个IGBT管的集电极与发射极间接有续流二极管，一号IGBT管的集电极、三号IGBT管的集电极和五号IGBT管的集电极相连，作为两相三电平逆变电路的直流母线正极，二号IGBT管的发射极、四号IGBT管的发射极和六号IGBT管的发射极相连，作为两相三电平逆变电路的直流母线负极，一号IGBT管的发射极与二号IGBT管的发射极相连，作为两相三电平逆变电路的第一电压输出端，三号IGBT管的发射极与四号IGBT管的集电极相连，作为两相三电平逆变电路的公共地输出端，五号IGBT管的发射极与六号IGBT管的集电极相连，作为两相三电平逆变电路的第二电压输出端，所述两相三电平逆变电路的第一电压输出端和两相三电平逆变电路的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的一相电压，所述两相三电平逆变电路的第二电压输出端和两相三电平逆变电路的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的另一相电压。根据基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，它还包括匹配电路，匹配电路包括二号电感LA和三号电感LB，两相三电平逆变电路的第一电压输出端连接二号电感LA的一端，二号电感LA的另一端作为匹配电路的第一电压输出端，两相三电平逆变电路的公共地输出端作为匹配电路的公共地输出端，两相三电平逆变电路的第二电压输出端连接三号电感LB的一端，三号电感LB的另一端作为匹配电路的第二电压输出端。所述匹配电路的第一电压输出端和匹配电路的公共地输出端之间的电压作为超声致动器或超声换能器的一相电压，所述匹配电路的第二电压输出端和匹配电路的公共地输出端之间的电压作为超声致动器或超声换能器的另一相信号。根据基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，它还包括电池，电池正极与两相三电平逆变电路的直流母线正极相连，电池负极与两相三电平逆变电路的直流母线负极相连。根据基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，它还包括整流电路，整流电路的正极输入端和负极输入端均与电网连接，整流电路的正极输出端与两相三电平逆变电路的直流母线正极相连，整流电路的负极输出端与两相三电平逆变电路的直流母线负极相连。根据基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，它还包括整流电路和调压电路，整流电路的正极输出端连接调压电路的正极输入端，整流电路的负极输出端连接调压电路的负极输入端，调压电路正极输出端同时连接一号功率开关管的集电极、三号功率开关管的集电极和五号功率开关管的集电极，调压电路的负极输出端同时连接二号功率开关管的发射极、四号功率开关管的发射极和六号功率开关管的发射极。本专利技术的有益效果为：采用了新型的两相三电平逆变拓扑结构，该两相三电平逆变拓扑结构的上桥臂连接的功率开关管的开关状态与下桥臂连接的对应的功率开关管的开关状态完全互反，即S1与S2、S3与S4及S5与S6的开关状态分别互反、每个功率开关管在每个逆变周期内有且仅有一次开通，并且有且仅有一次关断，并且从图4中可以看出两相三电平逆变电路输出的两相电压的脉宽非恒等，且脉宽和恒等于π，此外，还需限定两相电本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，其特征在于，由六个功率开关管所组成的两相三电平逆变电路(103)包括一号MOS管(S1)、二号MOS(S2)、三号MOS(S3)、四号MOS管(S4)、五号MOS管(S5)和六号MOS管(S6)，每个MOS管的漏极与源极间接有续流二极管，一号MOS管(S1)的漏极、三号MOS管(S3)的漏极和五号MOS管(S5)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线正极，二号MOS管(S2)的源极、四号MOS管(S4)的源极和六号MOS管(S6)的源极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线负极，一号MOS管(S1)的源极与二号MOS管(S2)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端，三号MOS管(S3)的源极与四号MOS管(S4)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端，五号MOS管(S5)的源极与六号MOS管(S6)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端，所述两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的一相电压，所述两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的另一相电压。...

【技术特征摘要】
1.基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，其特征在于，由六个功率开关管所组成的两相三电平逆变电路(103)包括一号MOS管(S1)、二号MOS(S2)、三号MOS(S3)、四号MOS管(S4)、五号MOS管(S5)和六号MOS管(S6)，
每个MOS管的漏极与源极间接有续流二极管，
一号MOS管(S1)的漏极、三号MOS管(S3)的漏极和五号MOS管(S5)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线正极，
二号MOS管(S2)的源极、四号MOS管(S4)的源极和六号MOS管(S6)的源极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线负极，
一号MOS管(S1)的源极与二号MOS管(S2)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端，
三号MOS管(S3)的源极与四号MOS管(S4)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端，
五号MOS管(S5)的源极与六号MOS管(S6)的漏极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端，
所述两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的一相电压，
所述两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的另一相电压。
2.基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，其特征在于，由六个功率开关管所组成的两相三电平逆变电路(103)包括一号IGBT管(S1)、二号IGBT管(S2)、三号IGBT管(S3)、四号IGBT管(S4)、五号IGBT管(S5)和六号IGBT管(S6)，
每个IGBT管的集电极与发射极间接有续流二极管，
一号IGBT管(S1)的集电极、三号IGBT管(S3)的集电极和五号IGBT管(S5)的集电极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线正极，
二号IGBT管(S2)的发射极、四号IGBT管(S4)的发射极和六号IGBT管(S6)的发射极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的直流母线负极，
一号IGBT管(S1)的发射极与二号IGBT管(S2)的发射极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端，
三号IGBT管(S3)的发射极与四号IGBT管(S4)的集电极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端，
五号IGBT管(S5)的发射极与六号IGBT管(S6)的集电极相连，作为两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端，
所述两相三电平逆变电路(103)的第一电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的一相电压，
所述两相三电平逆变电路(103)的第二电压输出端和两相三电平逆变电路(103)的公共地输出端之间的电压作为电磁电机的另一相电压。
3.根据权利要求1或2所述的基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路，其特征在于，对六个功率开关管基极处施加的开关控制逻辑：
一号功率开关管(S1)的开关状态与二号功率开关管(S2)的开关状态相反，三号功率开关管(S3)与四号功率开关管(S4)的开关状态相反，五号功率开关管(S5)与六号功率开关管(S6)的开关状态相反，
一号功率开关管(S1)、二号功率开关管(S2)、三号功率开关管(S3)、四号功率开关管(S4)、五号功率开关管(S5)和六号功率开关管(S6)在每个逆变周期内均有...

【专利技术属性】
技术研发人员：史维佳，赵辉，马杰，姚郁，刘晓坤，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23