[发明专利]基于六个功率开关管的两相三电平逆变驱动电路

说明书

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。

技术领域

本发明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；本发明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。

背景技术

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。

发明内容

本发明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，