[实用新型]一种软开关电机驱动电路拓扑电路

说明书

本实用新型提供了一种软开关电机驱动电路拓扑电路，其特征在于：包括电源(1)、主开关(2)、辅助开关一(3)、辅助开关二(4)、二极管一(5)、二极管二(6)、电容一(7)、电容二(8)、电感(9)和逆变器(10)；所述电源为直流电源。本实用新型的有益效果是：整体拓扑电路体积尺寸较小，较好的平衡了系统体积尺寸和谐振功能的实现之间的关系，从而可以实现提高驱动器的功率密度的目的，且具有较低的发热量和低EMI水平。

技术领域

本实用新型涉及电机驱动电路或驱动器，特别涉及一种软开关电机驱动电路拓扑电路。

背景技术

传统的电机驱动主电路拓扑电路为三相桥式逆变电路，该逆变电路依靠功率开关的高频PWM动作实现对电机的驱动控制。功率开关的开、关动作是在各自的栅极驱动脉冲的作用下实现的，开或者关的瞬间，加在开关两端的电压或者流过开关的电流均不为零，是强制开或者关的，这种开关被称为“硬”开关。这种“硬”开通或“硬”关断，会引起很高的开关损耗，使开关模块发热量增加，从而增加了对系统散热的要求；另外，“硬”开关会引起电路系统极高的dv/dt或者di/dt，从而产生较高的EMI。以上缺点，使得采用这种电路拓扑电路的驱动系统要取得较高的功率密度是很有难度的。

随着技术和生产发展要求提高，越来越多的电机驱动器需要高功率密度，具有较小体积尺寸，以便于更容易集成安装到特殊的使用空间或者场合。“软”开关技术应运而生，利用“软”开关技术，理论上可以降低功耗，从而提升驱动器的功率密度，减小系统尺寸，并且降低EMI。如下面所示例的专利就实现了软开关技术，但同时也具有自身缺点。

如实用新型专利申请号为CN106533224A的专利，其递交了一种具有谐振直流环节软开关逆变器及其调制方法。该专利中的拓扑电路实现了逆变桥臂上的功率开关的ZVS(零电压)开关。该专利声称的优点是，消除了辅助谐振电感的电流反向过程，从而缓解了电感的磁饱和问题；通过特殊改进的SPWM调制方法降低谐振电路的动作频率，降低了谐振电路的导通损耗。这是该专利主要解决的问题。

但是，该专利提出的拓扑电路也有其缺点：首先，谐振电路采用了2只电感，谐振时其中一只电感电流峰值达到或者超过负载电流，虽然谐振期间电感流过的是脉冲电流，但在工作期间总的电感等效电流很大，且该电流随负载电流的增加而增加，这造成该电感器需要设计的线圈截面积尺寸较大，从而整体电感(9) 尺寸较大，虽然后级逆变器实现了软开关，降低了逆变桥部分的发热量，能够降低散热器要求，但因大尺寸电感的存在造成无法实现驱动器整体尺寸的减小，也就无从谈起高功率密度驱动器的实现；其次，该拓扑电路只有配合其改进的特殊的SPWM调制方法才能实现谐振电路的功耗的进一步降低，这是该实用新型声称的另一优点；然而，对于目前高性能电机驱动，尤其是伺服驱动一般采用的 SVPWM(空间矢量PWM)调制方法，如果用到该拓扑电路中，该实用新型声称的优点可能就大打折扣。

另一实用新型，申请公布号为，CN106787903A，提出了一种用于无刷直流电机驱动的谐振极软开关逆变电路。该实用新型提出的谐振电路方案声称的优点在于消除了传统谐振电路中串联在直流母线上的功率开关，从而消除了这部分的通态损耗，以提高系统效率；另外，该实用新型声称采用的谐振电路比之传统的谐振电路要少用些谐振元件，从而降低电路成本和复杂性，并减小逆变器整体体积尺寸。

但是，该实用新型的缺点在于，在逆变桥下臂的开关管并联了谐振电容，和其他谐振元件共同构成谐振电路；而上桥臂的3个功率开关并未并联谐振电容，这破坏了三相桥上下臂上的功率开关的对称和工作特性一致性，会导致电机电流电压成分中出现较大谐波以及上下桥臂开关管工作动态过程不一致从而影响工作可靠性；另外，该实用新型设计了一个单相变压器并联在直流母线回路中并和其他辅助开关一起完成电路的谐振，当电路谐振时，流过该变压器一次侧的电流幅值可高达负载电流的2倍，这种大电流幅值直接导致该变压器线圈线径增加，从而变压器体积增大，整合在电路系统中时根本无法实现整体驱动器体积尺寸减小，实现高功率密度更是一句空话。