[实用新型]无刷直流电动机控制系统及其逆变模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及三相直流电动机的控制技术，更具体地说，涉及用于控制无刷直流电动机的逆变模块、以及使用该逆变模块的无刷直流电动机控制系统；本实用新型的方案特别适用于对三相方波无刷永磁直流电动机的伺服控制。

背景技术

方波无刷永磁直流电动机是一种特殊的无刷直流电机，其相电流和气隙磁场近似为方波或梯形波。对于三相六状态驱动的无刷直流永磁电动机，其每一相绕组的正向导通角为120°，停60°，然后再反向导通120°，再停60°，如此循环。其中，每一相绕组的电流是不连续的，这种电流不连续的特性，使得电流闭环控制变得非常困难，因此，在传统方波无刷直流永磁电动机控制系统中，很少采用电流闭环控制。

现有技术中，对于三相方波无刷直流电动机，通常采用相电流瞬时值来实现电流闭环控制。这种方案需要三个独立的电流传感器、以及三个独立的电流调节器，导致其控制电路累赘、复杂，且调整困难、可靠性差，所以在业界极少被采用。现有技术中也有采用桥臂电流瞬时值来实现电流闭环控制的方案，但这种电流采样方案忽略了电动机绕组电感的续流作用，只是一种近似电流采样，由于续流电流在逆变电路和电动机绕组中形成内环流，所以无法在桥臂(母线)上得到采样，也就无法准确反馈流经电动机绕组并产生转矩的真实电流，进而无法实现转矩的精确控制；可见，这种方案会产生不能容忍的大值偏差，所以目前仅用于电流限定值的监测使用。

另一方面，在高性能伺服控制系统中，电流闭环、速度闭环和位置闭环控制通常都是必不可少的。而现有技术中又未能针对三相方波无刷直流电动机实现良好的电流闭环控制，所以在现有的高性能伺服控制系统中，通常不采用方波无刷永磁直流电动机，而是采用交流伺服电动机或正弦波无刷永磁直流电动机，其结果是控制系统复杂性大幅增高，且整体成本居高不下。

实用新型内容

针对现有技术的上述缺陷，本实用新型要解决现有技术中未能针对三相方波无刷直流电动机实现良好的电流闭环控制的问题，使方波无刷永磁直流电动机可得到更好的应用。

为了解决上述技术问题，本实用新型首先提供一种用于控制无刷直流电动机的逆变模块，包括与上桥臂连接的开关管Q1、Q3、Q5，与下桥臂连接的开关管关Q4、Q6、Q2，与所述各个开关管配合的续流二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6；其中，所述开关管Q1、Q3、Q5的续流二极管D1、D3、D5的阴极独立于各自开关管的输入端且相互并联；所述开关管Q4、Q6、Q2的续流二极管D4、D6、D2的阳极独立于各自开关管的输出端且相互并联。

本实用新型中，可将上述用于控制无刷直流电动机的逆变模块制成集成电路芯片。具体实施时，还可仅将上桥臂的续流二极管D1、D3、D5的阴极独立于各自开关管的输入端且相互并联，形成第二种用于控制无刷直流电动机的逆变模块；或者仅将下桥臂的续流二极管D4、D6、D2的阳极独立于各自开关管的输出端且相互并联，形成第三种用于控制无刷直流电动机的逆变模块。

另一方面，对应于上述第一种用于控制无刷直流电动机的逆变模块，本实用新型提供一种无刷直流电动机控制系统，包括用于向所述三相电动机输出工作电源的逆变电路，以及用于检测所述三相电动机工作电流的电流传感器；所述逆变电路中包括与上桥臂连接的开关管Q1、Q3、Q5，与下桥臂连接的开关管关Q4、Q6、Q2，与所述各个开关管配合的续流二极管D1、D2、D3、D4、D5和D6；其中，所述电流传感器中包括三个匝数相同的采样线圈L1、L2、L3，三者绕制在同一铁芯上，在所述铁芯上还装有一个根据该铁芯的磁通变化而输出电流传感结果的传感元件；所述开关管Q1、Q3、Q5的续流二极管D1、D3、D5的阴极独立于各自开关管的输入端且相互并联至所述采样线圈L2的同名端，所述采样线圈L2的异名端与所述上桥臂连接；所述开关管Q4、Q6、Q2的续流二极管D4、D6、D2的阳极独立于各自开关管的输出端且相互并联至所述采样线圈L3的异名端，所述采样线圈L3的同名端与所述下桥臂连接；所述采样线圈L1串接于所述上桥臂中且其同名端与直流电源正极连接，或串接于所述下桥臂中且其异名端与直流电源负极连接。

本实用新型中，对应于上述第二种用于控制无刷直流电动机的逆变模块，可只设置两个采样线圈L1、L2，省略采样线圈L3，得到第二种控制系统方案；对应于上述第二种用于控制无刷直流电动机的逆变模块，可只设置两个采样线圈L1、L3，省略采样线圈L2，得到第三种控制系统方案。