[发明专利]基于驱动器拓扑结构的开关损耗减小方法

说明书

本发明提供了一种基于驱动器拓扑结构的开关损耗减小方法，在不需增加额外电路情况下能有效减小驱动器开关损耗。实现步骤是：根据驱动器拓扑结构绘制拓扑电压矢量图：设定减小开关损耗的假设条件；得到给定电压在不同扇区作用时矢量分量作用时间和αβ坐标系下电压矢量：计算每个桥臂开关时间，通过SVPWM模块对桥式驱动电路调制：依调制结果，算得驱动器开关损耗，完成驱动器开关损耗的减小。本发明是不含零矢量的三矢量合成SVPWM过调制方法。拓扑结构简单，搭建容易，无需增加额外设备和成本；无需特定环境并且能显著减小开关损耗，在汽车电子、医疗器械和航空航天领域都有较为广泛的应用。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，主要涉及开关损耗的减小问题，具体是一种基于驱动器拓扑结构的开关损耗减小方法，在汽车电子、医疗器械和航空航天领域都有较为广泛的应用。

背景技术

无刷直流电机具有结构简单、输出转矩大的特点。现在电机的控制技术已经相当成熟，提高整个电机驱动系统的效率是现在研究的关键，电机的驱动电路中含有很多的开关器件，在高频工作的情况下，开关器件的开关损耗不容忽视。

在电力电子技术应用领域，在较高的工作频率下，功率器件的开关损耗将会超过其通态损耗，成为器件主要的损耗。此时，器件内部的结温上升将会较快，将影响整个系统的安全工作，情况严重时将会发生发热击穿现象,影响整个系统安全运行。

理论上，使开关损耗显著减小的模型为Boost斩波电路与三相桥式驱动电路进行串联，在通常的SVPWM调制方法下，都是通过在线性区进行零矢量参与调制的方法对开关器件进行调制，但是存在有开关损耗过大的缺点，不利于驱动器的连续运行，也会损坏器件。

“空间矢量调制技术”是利用矢量状态的不同组合会对功率变换器输出共模电压产生影响的特点，采用两个相反方向矢量“回扫”的方法取代零矢量的作用，虽有效降低了共模电压，但对于开关损耗的降低效果并不明显；“通过调节器件开通关断时刻的电压电流”这种方法虽可以有效减小开关损耗，但对于调制技术和使用条件的要求较为苛刻，在实际运用中并不实用；“软开关技术”也开减小器件的开关损耗，但较高的开关频率会带来较高的感应电压，易造成器件的击穿。

现有技术减小开关损耗有通过改进控制器件开通关断电压电流来减小开关损耗，也有通过选择接近理想条件的器件来减小开关损耗，但是这些方法虽都减小了开关损耗，但都有一定的并且可能要增加额外设备，增加成本和复杂度，也有可能对器件造成损害，进一步影响整个系统的安全运行。

发明内容

为了有效的降低开关损耗，本发明提供了一种实际实施方法简便，显著降低开关损耗的基于驱动器拓扑结构的开关损耗减小方法。

本发明是一种基于驱动器拓扑结构的开关损耗减小方法，在空间矢量脉宽调制SVPWM的过调制区进行调制，以达到开关损耗的减小，其特征在于，包括以下有步骤：

步骤1：驱动器的拓扑结构：所述驱动器为升压斩波Boost电路与三相桥式驱动电路串联组成的驱动器，驱动器拓扑结构源于该驱动器电路结构，驱动器电路结构的Boost电路部分以电源电压U_dc为输入，输出端接入三相桥式驱动电路的输入端；驱动器电路结构的三相桥式驱动电路上按照输入输出的顺序并接有三个桥臂A、B、C，每个桥臂包括有MOSFETN型开关管、二极管和负载线圈，由MOSFET N型开关管和二极管并联组成的开关单元，两个开关单元以串联形式接在每个桥臂上，每个开关单元的MOSFET N型开关管的栅极都分别都接在SVPWM模块上，接收SVPWM模块的驱动信号；在桥臂A,桥臂B，桥臂C的两个开关单元间分别接入负载线圈，该负载线圈为三相电机的绕组，负载线圈的另一端共同接入第1节点，该节点为该驱动器的输出端U_o，总体形成驱动器的电路结构；实际工作中，驱动器驱动电机工作时，电机的转速为n，驱动器开关器件的开关损耗P与电压U_dc和开关单元的开关次数相关；