[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

摘要

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。

主权项

1.一种基于碳化硅/氮化镓MOSFET的永磁同步电机驱动控制实时调压电路，该驱动控制实时调压电路包括功放供电实时调压模块(VRM)、功率放大驱动模块(PAM)、数字控制模块(DCM)、信号检测处理模块(SDM)、D/A转换模块(DATM)五个部分；其特征在于：所述功放供电实时调压模块(VRM)包括正、负对称的直流稳压电源(VCC)、以宽禁带碳化硅/氮化镓MOSFET为开关器件(S1、S2)的双极性BUCK斩波电路、功放输出的电压采样电路(VSC)；所述功率放大驱动模块(PAM)包括大功率线性功率放大器(A)与隔离模块(DM)；所述数字控制模块(DCM)包括32位浮点高速DSP；所述信号检测处理模块(SDM)包括A/D转换器(AD)、检测电机三相电流的电流传感器(CS)、检测转子位置的旋转变压器(RS)；所述的D/A转换模块(DATM)包括电压输出型D/A转换器(DA)；各组成模块的连接顺序及方式如下：正负直流电源(VCC)接功放供电实时调压模块(VRM)给功率放大驱动模块(PAM)供电；功放(A)的输出(UU、UV、UW)接永磁同步电机(PMSM)作为三相电压控制信号；信号处理模块(SDM)接数字处理模块(DCM)完成对功放的输出电压(UU、UV、UW)与电流(IU、IV、IW)的采样、处理、传输；数字处理模块(DCM)一路接实时调压模块(VRM)完成对BUCK电路中开关器件(S1、S2)的脉宽调制(PWM)，另一路依次接D/A转换模块(DA)、功率放大驱动模块(PAM)，将DSP计算出的电机三相电压信号转换为功放的模拟输入信号(Ui_U、Ui_V、Ui_W)；其中，DSP是数字控制的核心，完成BUCK电路中开关器件(S)驱动的脉宽调制，同时完成电机速度环和电流环的控制算法的实现；DSP处理来自信号检测处理模块(SDM)旋转变压器(RS)的转子位置信号，完成速度环的相关计算，并通过计算给出电机三相绕组电流给定值，DSP再通过A/D转换器(AD)读取来自于电流传感器(CS)的三相电流的当前值，该当前值与三相电流给定值进行比较后，DSP计算给出实时绕组三相线电压控制信号，该实时线电压控制信号通过D/A转换模块(DATM)实现数字控制信号到模拟控制信号的转换，从而得到模拟的三相线电压控制信号(Ui_U、Ui_V、Ui_W)；隔离模块(DM)将该模拟三相线电压控制信号与功率级信号相隔离，大功率运算放大器(A)完成电机绕组三相电流的功率驱动和放大，从而实现对永磁同步电机的高精度控制。