[发明专利]三相场控桥式逆变器

说明书

本发明与电力变流技术和交流电机传动技术有关。

在一些直流供电的场合，如各种电动车辆，火车、汽车电扇等，都普遍采用直流电机传动来满足，使用50周单相交流电的各种高速电动工具和设备，以及飞机和船舶的导航设备所用的400周、500周变流机，也都使用有换向器和电刷的直流电机来拖动。直流电机的换向器和电刷须经常维护，故障率高。现有技术中的单相逆变器和单相交流电动机效率低，特别是小功率单相电动机，效率和功率因数都比三相交流电机低得多，且体积、重量均较大。三相交流电机的体积、重量比直流电机和单相交流电机都小，可靠性高，维护工作量很小。然而，现有技术中的三相逆变电源，除体积、重量大外，主电路结构和控制电路都很复杂，如：三相晶闸管（SCR）逆变器，主电路需要一批大功率电容和电感组成关断六个晶闸管的补助电路来强迫关断晶闸管。而在强迫关断过程中的损耗大，使逆变器噪声高，效率低，发热严重，过载能力很低，而价格却十分昂贵。特别是用电池供电的小功率场合，问题更加突出。

本发明的目的在于，提供一种电路简单可靠，比现有三相逆变器系统逆变效率高，且成本低廉的微型化三相逆变器。

本发明的技术构成见图1，图1为三相场控桥式逆变器的主回路电路以及六个场控功率开关的栅极驱动电路。由电池组E1、E2、E3，P沟道功率MOS场效应管（1）、（3）、（5），N沟道功率MOS场效应管（2）、（4）、（6），NPN三极管G1至G6，以及六个1K左右的电阻构成。当需要三相场控桥式逆变器输出的脉冲电压很高（500伏以上）或功率较大（5KW以上）时，需将六个场控功率开关MOSFET（1）至（6），用SIT、SITH场控功率开关器件代替。六个NPN三极管在这里是作为向场控功率开关器件施加电场的开关。六个三极管的基极K1至K6与六相环形脉冲分配器的六个输出端相接，使用六相六拍环形脉冲分配器时，向六个三极管G1至G6提供120°电角度的正向方波脉冲信号，按时序（G1）、（G2）→（G2）、（G3）→（G3）、（G4）→（G4）、（G5）→（G5）、（G6）→（G6）、（G1），使其每隔60°电角度就有一个三极管导通和另一个三极管截止。使用六相十二拍环分配器时，向六个三极管（G1至G6）提供150°电角度的正向方波脉冲信号，按时序（G1）、（G2）→（G1）、（G2）、（G3）→（G2）、（G3）→……→（G6）、（G1）→（G6）、（G1）、（G2）的顺序，每隔30°电角度，有一个三极管导通或一个三极管截止。六相环形脉冲信号分配器可用各种步进电机用的环形分配器集成块，也可用各种门电路组成分立式环形分配器。当然，采用单片机控制时，就不再需要环形分配器了。

当这种三相场控桥式逆变器和三相永磁转子电机配套使用时，须将六个作信号开关用的NPN三极管G1至G6，改用六个霍尔开关集成块。市场上出售的各种霍尔开关集成电路，体积都很小，一般只有0.05-0.08CM³，所以容易胶接在三相永磁电机定子铁芯的一端接近转子磁极的部位，或设置在能感受永磁转子极性，检测出转子磁极角度的位置上。

场控功率开关器件（1）、（3）、（5），受（接通到三个栅极上的）霍尔开关集成块输出端低电平的导通控制，（2）、（4）、（6）受（接通到三个栅极上的）霍尔开关集成块高电平导通控制，这时需将1K电阻R2、R4、R6串联到栅极与正11伏的信号电源之间。

三相场控开关桥上半桥，是由三个P沟道功率MOS场效应管（1）、（3）、（5）构成的共源极开关电路，源极接直流正极。下半桥由三个N沟道功率MOS场效应管（2）、（4）、（6）构成的共源极开关电路，源极接直流负极。通过六相环形分配器的逻辑信号，或单片机输出的六相逻辑信号以及上半桥每个场控开关管的栅极驱动电路，分别控制与A、B、C三相绕组相接的（1）、（3）、（5）管的漏极，向三相电机绕组（或三相变压器绕组）提供120°或150°电角度的正向方波电压脉冲（7），再通过下半桥每个场控功率开关的栅极驱动电路，分别控制与A、B、C三相绕组相接的（2）、（4）、（6）管的漏极，向三相绕组提供（比每相正电压脉冲滞后180°电角度的）120°或150°电角度的反向方波电压脉冲（8）。