用于电动马达电路的驱动电路制造技术

一种驱动电路，包括：LC感性网络，其具有能够操作以使网络在ST状态与活动状态之间切换的电源开关；逆变器和控制器，控制器用于控制逆变器的开关以及电源开关的开

【技术实现步骤摘要】
用于电动马达电路的驱动电路


[0001]本专利技术涉及用于驱动电动马达的电路，并且尤其涉及对用于驱动多相无刷马达的Z源转换器的开关的脉冲宽度调制(PWM)控制。

技术介绍

[0002]为了控制无刷电动马达，需要确定马达转子的位置并且然后控制通过马达相绕组的电流，以产生所期望的扭矩。可以使用专用的位置传感器测量该位置或者通过使用无位置传感器控制方案从其他参数估计该位置来测量该位置。
[0003]通常使用图1中所示的类型的闭环电流控制器来实施PWM控制。使用响应于所请求的目标电流的脉冲宽度调制(PWM)控制将经调制的电压施加到马达的每个相绕组，并测量或估计由此生成的电流。然后由控制器(通常是PI控制器)使用各个相电流来生成所需的经脉冲宽度调制的相电压，以实现目标电流。所估计的马达位置用于确保可以在正确的时间将相电压施加到正确的相。
[0004]图2中示出了用于3相马达的典型的现有技术电路100。驱动器包括6-FET逆变器110，该逆变器被布置成以PWM模式将所期望的电压施加到马达120的马达相端子，以实现所期望的相电流。滤波器130被设置在电池电源140的两端，以稳定输入电压。使用六个开关TA、TB、TC、BA、BB、BC，可以使得这些开关中的每一个开关均断开或闭合，逆变器的开关有八种可能的状态，即，两种所谓的零电压状态和六种活动状态(active state)。使用空间矢量调制通过在每个调制周期内以限定的PWM模式将一个或多个活动状态与一个或多个零状态相组合，来构造PWM模式。在本文献中还教导了其他非SVM技术。
[0005]图2的电路的已知问题是可获得的马达相电压低于电源电压。在电源是电池的汽车应用中，这一问题可能在电池耗尽时导致性能下降。在图3中示出了克服这些限制的替代性电路200。在这种布置中，以具有相连接的电感器和电容器的两端口LC感性网络(inductive network)210以及电源开关220代替了滤波器130，可以使得该电源开关断开或闭合，以控制功率从电池到LC网络的电感器的传递。组合有逆变器的这种布置在本文献中被称为双向准Z源转换器或功率准Z源转换器。为了方便起见，在下文中将使用术语准Z源转换器来指代其中设有电源开关的这种电路。
[0006]Z源转换器拓扑结构为电桥提供了附加状态，在该附加状态中，马达的相可以通过该相的上开关和下开关两者以及电源开关保持断开而被短路。这被称为击穿(shoot through)(ST)状态，因为在这种状态中，电流不能流过FET二极管进入马达相。电源开关闭合时的其他8种常规状态被称为非击穿(NST)状态。因此，Z源转换器具有两种操作模式：ST状态或模式，在本说明书中的后面也被称为非驱动模式；以及NST状态或模式，在下文中也被称为驱动模式。
[0007]在ST模式期间，电源开关是断开的并且逆变器短路，使得将功率传递到电感器中。在NST模式期间，Z-FET是闭合的，并且电源和两个电感器可以将能量传递到负载并为电容器充电，从而提升了可用于施加到马达相的电压。电压提升量部分地取决于在每个PWM周期
期间在ST模式中花费的时间长度——较长的时间将提供较高的电压但允许较短的NST时间，在该较短的NST时间期间，可以使用该较高的电压来驱动马达。
[0008]为了保护逆变器开关，在设计具有包括电源开关的准Z源转换器的马达驱动电路时可用的另一种技术是通过刚好在逆变器开关被切换的时刻之前断开电源开关并且然后在逆变器开关被切换的时刻或刚好在该时刻之后闭合来在切换逆变器开关的时刻附近注入短ST状态。这提供了一种负死区时间的形式。

技术实现思路

[0009]根据本专利技术的第一方面提供了一种用于诸如多相马达的电负载的驱动电路，所述驱动电路包括：
[0010]具有一对输入节点和一对输出节点的两端口LC感性网络，所述网络包括电源开关，所述电源开关能够操作以使所述LC感性网络在ST状态与活动状态之间切换；
[0011]逆变器，所述逆变器连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点、并具有多个顶部开关和多个底部开关，所述多个顶部开关选择性地将所述负载的相应的相连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点中的第一输出节点，并且所述多个底部开关选择性地将所述负载的相应的相连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点中的第二输出节点，
[0012]以及控制器，所述控制器用于控制所述逆变器的这些开关中的每个开关的开-关状态以及所述电源开关的开-关状态，使用中的所述控制器在每个PWM周期内操作这些开关，以提供：
[0013]所述PWM周期的非驱动部分，在所述非驱动部分中，所述电源开关保持断开，并且至少一个相的所述顶部开关和所述底部开关保持闭合，使得所述驱动电路以ST模式操作，
[0014]所述PWM周期的驱动部分，所述驱动部分紧接在所述非驱动部分之后或紧接在所述非驱动部分之前，在所述驱动部分中，所述电源开关是闭合的，并且所述顶部开关和所述底部开关被布置成使得对于每一个相，所述顶部开关和所述底部开关不会同时保持断开，使得所述马达基本上以NST模式操作，并且
[0015]其中，所述控制器被配置成采用PWM模式，在所述PWM模式中，所述底部开关中的所有底部开关或所述顶部开关中的所有顶部开关与所述驱动部分的开始同时地从闭合状态移动到断开状态，并且所述底部开关中的所有底部开关或所述顶部开关中的所有顶部开关与所述驱动部分的结束同时地从断开状态移动到闭合状态，
[0016]并且进一步地，在所述PWM模式中，所述电源开关基本上在所述驱动部分开始时从断开状态移动到闭合状态，并且基本上在所述驱动部分结束时从闭合状态移动到断开状态。
[0017]所述驱动部分可以在所述PWM模式的每个循环内都具有固定的持续时间。因此，在每个循环中驱动部分开始和结束的位置可以是固定的。
[0018]所述PWM周期的所述驱动部分紧接在所述PWM周期内的所述非驱动部分之后，并且所述控制器可以提供紧接在所述驱动部分之后的第二非驱动部分，在所述第二非驱动部分中，所述电源开关保持断开，并且所述逆变器顶部开关和所述逆变器底部开关也保持断开，使得所述驱动电路以所述ST模式操作。
[0019]这两个部分的持续时间可以填充满所述PWM周期。
[0020]在具有三个部分的布置中，在PWM周期内，驱动部分被夹在操作的非部分之间。
[0021]三个部分的持续时间可以填充满所述PWM周期。
[0022]在提供第三部分的情况下，第一部分、第二部分和第三部分的持续时间之和可以等于PWM周期的持续时间。
[0023]LC网络可以包括准Z源转换器拓扑结构。该准Z源转换器拓扑结构可以包括一对电感和一对电容。每个电感或电容均可以包括一系列电感器或一系列电容器、或单个电容器或单个电感器。
[0024]可以根据马达的所需输出来设定在所述驱动部分期间每个相中的所述顶部开关和所述底部开关的占空比。这实际上在整个PWM循环的驱动部分内创建了逆变桥的单独PWM调制，每本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于诸如多相马达的电负载的驱动电路，所述驱动电路包括：具有一对输入节点和一对输出节点的两端口LC感性网络，所述LC感性网络包括电源开关，所述电源开关能够操作以使所述LC感性网络在ST状态与活动状态之间切换；逆变器，所述逆变器连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点、并具有多个顶部开关和多个底部开关，所述多个顶部开关选择性地将所述负载的相应的相连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点中的第一输出节点，并且所述多个底部开关选择性地将所述负载的相应的相连接至所述LC感性网络的所述两个输出节点中的第二输出节点，以及控制器，所述控制器用于控制所述逆变器的这些开关中的每个开关的开-关状态以及所述电源开关的开-关状态，使用中的所述控制器在每个PWM周期内操作这些开关以提供：所述PWM周期的非驱动部分，在所述非驱动部分中，所述电源开关保持断开，并且至少一个相的所述顶部开关和所述底部开关保持闭合，使得所述驱动电路以ST模式操作，所述PWM周期的驱动部分，所述驱动部分紧接在所述非驱动部分之后或紧接在所述非驱动部分之前，在所述驱动部分中，所述电源开关是闭合的，并且所述顶部开关和所述底部开关被布置成使得对于每一个相，所述顶部开关和所述底部开关不会同时保持断开，使得所述马达基本上以NST模式操作，并且其中，所述控制器被配置成采用PWM模式，在所述PWM模式中，所述底部开关中的所有底部开关或所述顶部开关中的所有顶部开关与所述驱动部分的开始同时地从闭合状态移动到断开状态，并且所述底部开关中的所有底部开关或所述顶部开关中的所有顶部开关与所述驱动部分的结束同时地从断开状态移动到闭合状态，并且进一步地，在所述PWM模式中，所述电源开关基本上在所述驱动部分开始时从断开状态移动到闭合状态，并且基本上在所述驱动部分结束时从闭合状态移动到断开状态。2.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述驱动部分在所述PWM模式的每个循环内都具有固定的持续时间，由此在每个循环中所述驱动部分开始和结束的位置是固定的。3.根据权利要求1或权利要求2所述的驱动电路，其中，所述PWM周期的所述驱动部分紧接在所述PWM周期内的所述非驱动部分之后，并且所述控制器提供紧接在所述驱动部分之后的第二非驱动部分，在所述第二非驱动部分中，所述电源开关保持断开，并且所述逆变器的所述顶部开关和所述底部开关也保持断开，使得所述驱动电路以所述ST模式操作。4.根据权利要求3所述的驱动电路，其中，这三个部分的持续时间填充满所述PWM周期。5.根据任一前述权利要求所述的驱动电路，其中，所述LC感性网络包括准Z源转换器拓扑结构。6.根据权利要求3所述的驱动电路，其中，所述控制器根据所述马达的所需输出来设定在所述驱动部分期间每个相中的所述顶部开关和所述底部开关的占空比。7.根据权利要求1所述的驱动电路，其中，所述控制器被配置成在所述底部开关中的所有底部开关或所述顶部开关中的所有顶部开关与所述驱动部分的开始同时地从闭合状态移动到断开状态的时刻之后不久，使所述电源开关从断开状态移动到闭合状态。8.根据权利要求7所述的驱动电路，其中，所述控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：ZF汽车英国有限公司，
类型：发明
国别省市：