[发明专利]电机输入端耦合尖峰吸收电路

说明书

技术领域

本发明属于电机控制领域，主要涉及一种电机输入端耦合尖峰电压脉冲吸收电路，尤其涉及一种能够对长距离PWM驱动电机的输入端耦合尖峰电压进行抑制的吸收电路。

背景技术

目前电机驱动以PWM驱动方式为主。PWM驱动方式是向电机输入端传送一组PWM载波(标准载波波形见图1)，通过控制载波的占空比驱动电机转动。PWM载波多以方波形式出现。

在控制系统设计时，驱动控制部件与电机往往难以采用一体化设计方案，大多数情况下通过导线连接。当连接线过长时，在电机输入端会耦合尖峰脉冲(见图2，图中电压波形幅值高于82V以上和低于0V以下部分，实测值)。也就是说，尖峰电压脉冲是由电缆分布电容和电机电感作用产生的虚电压并叠加到PWM基波上；虽然，尖峰电压的电流量很小，蕴含能量也很小，但它可导致电机转动时换向火花加大，甚至产生环火烧毁电机线圈；或者击穿绝缘层；这些都会导致电机彻底损坏。电机端耦合尖峰脉冲的成因和解决方案即电机端子过电压研究是目前电机驱动领域的热点研究方向。

传统的解决方案不外乎两个途径，即尽可能减少传输线长度和采用吸收电路抑制尖峰电压。减少传输线长度可有效减小尖峰电压；但是在很多情况下受整机结构布局所限，往往难以实现。

目前可以采用的吸收电路为RC(电阻R、电容C)一阶吸波电路(见图3)和LRC(电感L、电阻R和电容C)二阶吸收电路(见图4)两种形式。这两种电路工作原理相同，都是利用低通滤波电路滤除尖峰电压。这两种吸收电路存在以下问题：1)系统能耗加大。由于PWM基波的电流较大，其高频分量蕴含的能量远大于尖峰电压的能量，而上述滤波电路是对PWM基波的高频分量和尖峰电压脉冲一起吸收的，因而滤波电路会加大基波的高频能量损耗。此外，滤波电路发热量较大，滤波电路中电阻R功率值一般需要几十瓦到上百瓦，对仪器的热效应设计和能耗设计不利。2)滤波电路参数较难匹配。其原因有两方面，一是当尖峰电压脉宽较大时，对应主频与基波频率较接近，无法配置参数；二是滤波参数设置与实际传输电缆的分布参数有关，仪器调试现场和安装场所的传输环境难以完全一致，调试好的参数在仪器安装完毕后不一定合适。3)尖峰电压脉冲难以完全消除。这是由于滤波电路的本质决定的，滤波电路只能压制干扰的幅值。二阶滤波电路滤波品质较好些，但电枢回路中增加了电感L，对电机的动态性能也会产生影响。4)实现成本较高。电感、电阻、电容虽然是常用器件，但电感涉及到大电流；电阻为大功率无感电阻；电容要求高频率响应和高耐压；这些器件通常需要单独定制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种能耗低、通用性强、成本低廉的耦合尖峰吸波电路，以解决长距离PWM驱动电机端耦合尖峰电压脉冲对电机可靠性的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供的耦合尖峰吸收电路集成在带有多个接线端子的电路板上，其中，由多个电容并联构成的稳压电路并联在驱动电源正极端子和电源地端子之间且稳压电路的正极与驱动电源正极端子相接，第一和第三二极管的负极与驱动电源正极端子相连，第二和第四二极管的正极与电源地端子相连，第一二极管的正极、第二二极管的负极以及第一电机驱动端子均与第一驱动输入端子相连，第四二极管的负极、第三二极管的正极以及第二电机驱动端子均与第二驱动输入端子相连，第一至第四二极管均为快速恢复二极管；应用时，耦合尖峰吸收电路板安装在力矩电机附近，所述第一驱动输入端子、驱动电源正极端子、电源地端子、第二驱动输入端子分别通过长引线与电机驱动单元的第一PWM驱动输出端、驱动电源输出端、驱动电源地端、第二PWM驱动输出端一一对应相连，所述第一电机驱动端子、第二电机驱动端子与力矩电机的第一输入端和第二输入端一一对应相连。

根据本发明，所述稳压电路含有第一至第五电容，第一电容为铝电解电容，第二至第五电容为小容量陶瓷电容，第一电容的容值为100μF，第二至第五电容的容值均为1μF；所述第一至第四二极管的型号为MUR460。

本发明的整体技术效果体现在以下几个方面。

(一)本发明所提供的尖峰吸收电路采用二极管的单向导通特性，仅仅对高于驱动电源电压和低于电源地电压的尖峰进行吸收，对PWM基波不起作用，故此能耗很低，经对实测二极管发热量接近为零。由于本发明吸收电路与传统的RC/LRC滤波电路相比，其能耗已小到可忽略不计的程度，因此，安装在仪器内部不会对仪器的热效应和能耗产生不利影响。