[发明专利]低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机，尤其是开关磁阻电机的驱动电路。

背景技术

开关磁阻电机具有一些独特的优点，如电机结构简单、坚固、免维护，启动及低速时转矩大、电流小；高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率；可缺相运行，容错能力强；控制灵活，可方便实现四象限运行；具有较强的再生制动能力等。这使得开关磁阻电动机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电动机、高转速电动机、航空航天等领域得到广泛应用。开关磁阻电动机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，开关磁阻电动机和传统电动机一样，它既可将电能转换为机械能-电动运行，也可将机械能转换为电能-发电运行。

开关磁阻电机控制系统可大致分为处理部分和开关主电路部分两个部分，处理部分包括采样电路及处理电路，分别负责信号采样、分析处理及控制信号输出；开关主电路部分则包括驱动电路及功率变换器，分别负责弱电信号增强驱动及功率信号开关控制。

传统的驱动电路主要使用由自举二极管加上三极管构成的单电源驱动电路，或者采用自举电容和三极管、金属-氧化物-半导体(MOS)管的单电源驱动电路，还有采用专用集成驱动芯片的单电源驱动电路。前两种技术方案的隔离特性较差，其原因在于由于其核心开关电路采用的三极管内部的基极-集电极之间或者MOS管内部的栅极-源极之间均有寄生密勒电容，导致驱动电路中的高电压驱动信号可能通过寄生密勒电容耦合到微处理器的低电压控制信号通道上，轻则导致低电压控制信号波形畸变，重则导致低电压控制信号翻转，导致驱动电路和功率变换器出现误导通或者误关断的恶劣后果；此外，隔离特性差的后果还将影响驱动电路和功率变换器在高频脉冲宽度调制(PWM)控制方式下的动态特性，即使得驱动电路和功率变换器的导通和关断时间不能和低电压控制信号一致，无法实现预期的控制效果。第三种方案中采用专用集成驱动芯片，该芯片内部设计有较好的隔离电路，因此其隔离特性和动态特性较好，但是成本很高。

发明内容

发明目的：针对上述现有技术存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，利用电容储能原理持续提供上开关管多次开通所需电荷，从而使上开关管在单驱动电源供电时能够在PWM模式下短时间频繁打开上开关管。并避免低电压控制信号受高电压驱动信号的影响，提高了电路控制的安全性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，包括上开关管驱动电路和下开关管驱动电路；所述上开关管驱动电路的输入信号包括驱动电源和上管驱动信号，输出端连接并驱动上开关管的栅极、连接上开关管的漏极和电机绕组的一端；所述下开关管驱动电路输入信号包括驱动电源和下管驱动信号，输出端连接并驱动下开关管的栅极；所述上开关管的漏极和下开关管的源极间串联电机绕组；所述上开关管驱动电路包括第一开关电路、第一充电电路、第一放电电路和自举电容、自举二极管；所述下开关管驱动电路包括第二开关电路、第二充电电路和第二放电电路。

所述第一开关电路可包括第一电阻、光电耦合器(光耦)、第二电阻和第五电阻；其中第一电阻串联在上管驱动信号和光耦的内部发光二极管输入端之间；光耦的内部发光二极管输出端连接到地线；光耦的内部三极管发射极通过串联第五电阻后连接到地线；光耦的内部三极管集电极与第二电阻的一端和第一充电电路中的第一三极管的基极的连接点相连。

所述第一充电电路可包括第一三极管、第二二极管和第三电阻；其中第一三极管的基极、发射极分别与第一开关电路中的第二电阻的两端相连，且第一三极管的发射极分别与自举电容的一端、自举二极管的负端相连；第一三极管的集电极依次串联第二二极管和第三电阻的一端，并与第一放电电路中的第二三极管的基极、第四电阻的一端相连；第三电阻的另一端与第一放电电路中的第二三极管的发射极相连后，连接并驱动上开关管的栅极。

所述第一放电电路可包括第二三极管和第四电阻；其中第四电阻两端分别连接第二三极管的基极和集电极；第二三极管的集电极与上开关管的漏极、电机绕组的一端相连。

所述第二开关电路可包括第四三极管、第六电阻、第七电阻和第九电阻；第四三极管的基极与弱电电源相连，第四三极管的发射极与第七电阻串联后连接至下管驱动信号，第四三极管的集电极与第六电阻的一端、第二充电电路中的第三三极管的基极相连。