[发明专利]H桥可变结构式驱动拓扑

说明书

技术领域

本发明涉及电机驱动控制领域，具体而言，涉及一种H桥可变结构式驱动拓扑。

背景技术

在电机驱动中，驱动器的拓扑结构普遍采用三相全桥结构，即六个功率管组成3个桥臂，每个桥臂的中间点连接电机的每相绕组端子。这种拓扑结构的优势是功率器件数量少、体积小、成本低，但是其缺点也是非常明显，只有其中一个功率管发生故障，由于受三相电流之和为零的约束，其他的5个功率管也就没法正常工作，因此这种拓扑结构无灵活性、不能进行故障后重构。

为了克服三相全桥驱动拓扑结构的缺点，一般采用独立H桥结构，即每相绕组的两个端子全部引出电机外部，并由四个功率管组成的独立H桥结构驱动，这样在某个功率管发生故障时，不会影响其他功率管的正常工作，同时在控制策略上进行调整，通过控制其他正常相的电流输出，可以弥补故障相的功率缺失。但是，这种独立H桥结构克服了三相全桥结构的缺点，具有一定的灵活性且能够进行故障重构，但是，其结构是固定不变的，不能更好地满足电机系统的宽范围使用要求，比如高速、低速、轻载、重载、故障等工况。

发明内容

本发明的技术解决问题是：提供一种高可靠性、可适应不同工况的H桥可变结构式驱动拓扑。

本发明的技术解决方案是：H桥可变结构式驱动拓扑，包括H桥组、电源开关组和电源组；假设开放式绕组电机相数为2N时，N≥2；则，电源组包括N个直流功率电源，每个直流功率电源有输出正和输出负两个端子；电源开关组包括2N个功率开关；所述H桥组包括4×2N个功率管，组成2N个H桥；每个H桥以开放式绕组电机为界区分左、右两个桥臂，每个桥臂由两个功率管的漏极和源极串联在一起构成，串联后的漏极一端接一个功率开关后接入一个直流功率电源的输出正端子；串联后的源极一端接一个功率开关后接入对应直流功率电源的输出负端子；每个H桥的桥臂中串联在一起的漏极和源极之间设有接线端子，接线端子与开放式绕组电机的绕组的端子连接，功能相同的绕组对应的两个H桥由同一个直流功率电源供电。

当需要由2N个H桥变换成N个H桥结构时，将共用一个直流功率电源的两个H桥的同一侧桥臂上下两端的功率开关断开，同时将同侧两个桥臂上与直流功率电源输出正端子或者负端子连接的功率管关闭，与另一侧连接的功率管常开，将共用一个直流功率电源两个H桥驱动的两个绕组串联，形成一个新的绕组，由一个H桥驱动。

当某个绕组或者功率管发生故障时，关闭发生故障绕组或者功率管所在H桥上的所有功率管，功能相同的绕组电流加倍，实现容错控制。

关闭一半H桥工作在轻载模式下。

本发明与现有技术相比有益效果为：

根据本发明的可变结构式驱动拓扑，根据不同的工况需求，可以变换驱动拓扑结构，使得开放式绕组电机达到不同的工作状态，实现一个电机可以满足多种工况需求，相比多电机+离合器进行速度或力矩耦合系统，实现一机多用，同时消除了机械耦合器的体积、重量、振动和噪声源，而且省去了机械维护等，能够有效地提高电机系统功率密度、电机与功率器件使用率，降低系统重量和体积。另外，相比普通H桥驱动拓扑结构，该驱动拓扑结构还具有很强的故障容错能力和在线变结构能力，可以根据不同的工况需求，实现非常灵活的结构变换，从而提高系统的可靠性和安全性。

附图说明

图1是根据本发明的2×N相H桥可变结构式驱动拓扑结构的架构图；

图2是根据本发明的六相H桥可变结构式驱动拓扑结构的架构图；

图3为应用本发明的驱动系统架构图。

具体实施方式

下面结合附图及实例对本发明做详细说明。

如图1所示，本发明拓扑结构包括H桥组40、电源开关组50和电源组60；所述H桥组40中功率管数量与开放式绕组电机的相数相匹配，在开放式绕组电机相数为2×N时，其中，N≥2，功率管41数量为4×2×N，分为2×N个H桥42，每个所述H桥42包含左、右两个桥臂45，将所述桥臂45以开放式绕组电机为界区分左、右，每个所述桥臂45包含上、下各一个所述功率管41，每个所述H桥42共有四个所述功率管41，每个所述桥臂45的中间点设有一个绕组接线端子43，所述绕组接线端子43分别与开放式绕组电机的绕组的两个端子相连，另外，每个所述H桥42还设有两个电源接线端子44，分别与控制所述电源组60的电源开关相连。