[发明专利]一种基于碳化硅/氮化镓MOSFET的永磁同步电机驱动控制实时调压电路

说明书

一种基于碳化硅/氮化镓MOSFET功率器件的永磁同步电机驱动控制实时调压电路，包括功放供电实时调压模块、功率放大驱动模块、数字控制模块、信号检测处理模块、D/A转换模块。功放供电实时调压模块包括正负稳压直流电源、以碳化硅/氮化镓MOSFET为开关器件的双极性BUCK斩波电路、电压采样电路；功率放大驱动模块包括大功率线性功率放大器与隔离模块。利用宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSFET开关速度快、损耗小等优点，克服了大功率运放的损耗大、效率低等问题，使得将功放用于永磁同步电机驱动控制时，既能解决脉宽调制驱动方式中由高频开关动作引起的电流谐波、电机力矩抖动、低速轻载下不平稳等问题，又能解决受限于功放损耗而只能应用于小功率场合的问题。

技术领域

本发明属于电动机自动控制技术领域，具体涉及一种基于宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSFET的功放供电实时调压电路，更具体涉及一种永磁同步电机的驱动控制实时调压电路。

背景技术

高精度永磁同步电机驱动控制主要有两种实现方式：脉宽调制和线性功率放大。目前，脉宽调制的驱动控制方式由于其具有功率损耗小、效率高、易实现全数字控制等优势，在永磁同步电机的驱动控制中得到广泛使用。

但是在脉宽调制的驱动控制方式中，高频的调制开关动作会产生严重的电磁干扰，对控制系统中电流传感器、调理电路、信号转换电路等正常工作造成不利影响。同时，电机绕组电流中被引入了开关次谐波，使得驱动控制系统受到一系列的寄生效应的影响，可能造成电机在低速轻载下的电流断流的情况，影响电机伺服系统的控制效果。另一方面，脉宽调制方式中为防止开关器件的上下桥臂直通而设置的死区保护在正弦电流的过零点处会产生明显的波形畸变，从而引起电机的转矩抖动，降低了电机绕组电流品质，极大地限制了电机在低速轻载下的运行性能。

与脉宽调制的驱动控制方式相比，线性功率放大器的线性度好，纹波小，对外界造成的电磁干扰小，从原理上规避了脉宽调制中高频开关动作引起的一系列电磁污染、谐波、转矩抖动等不利影响，为实现永磁同步电机伺服控制系统的高精度控制提供了一个可靠方案。

但是，线性功率放大器自身的发热量大、转换效率低，严重限制了用于电机驱动控制系统的功率等级，一般只应用于小功率场合。

发明内容

为了克服上述已有技术存在的问题，本发明利用宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSFET开关速度快、导通电阻小、损耗低等优点，结合BUCK电路及数字闭环控制，实现功放供电的实时调压，从而极大降低了功放的损耗，提高了基于功放的永磁同步电机伺服控制系统的功率等级。

本发明提出了一种基于碳化硅/氮化镓MOSFET的永磁同步电机驱动控制实时调压电路，包括功放供电实时调压模块、功率放大驱动模块、数字控制模块、信号检测处理模块、D/A转换模块五个部分。

所述基于宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSFET功放供电的实时调压电路，包括正负对称的直流稳压电源，由碳化硅/氮化镓MOSFET功率器件构成的双极性BUCK斩波电路，电压采样电路，DSP数字处理。利用碳化硅/氮化镓MOSFET 的开关速度快、导通压降小、损耗低等优点，将其作为BUCK电路中的开关器件；电压采样电路将功放的输出电压采样并送至DSP处理成为给定电压信号，DSP将 BUCK电路输出的功放供电电压与给定电压相比较，通过PI调节后计算产生PWM 波控制碳化硅/氮化镓MOSFET的通断，完成闭环控制，实现大功率功放的供电跟随功放的输出而实时变化，使得功放一直工作在可输出最大不失真电压的状态下，从而解决功放的发热量大、转换效率低的问题。

所述功率放大驱动模块包括大功率线性功率放大器与隔离模块；所述数字控制模块包括32位浮点DSP；所述信号检测处理模块包括A/D转换器、检测电机三相电流的电流传感器、检测转子位置的旋转变压器；所述的D/A转换模块包括电压输出型14位并行D/A转换器。