[发明专利]一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器，属于电动机控制领域。

背景技术

开关磁阻电机结构简单坚固，工作可靠，效率高，由其构成的开关磁阻电动机驱动系统与传统交直流调速系统相比，具有许多优点，如：起动转矩大，调速范围宽，控制灵活，可方便实现四象限运行，具有较强的再生制动能力，在宽广的转速和功率范围内都具有高效率，有利于节能降耗；可工作于极高转速；可缺相运行，容错能力强等。

相比于其它直流电机，开关磁阻电机的工作电流大，传统的利用二极管进行续流的方案由于二极管的正向导通电压大，故在续流阶段续流损耗要大的多，特别是在在大电流连续工作阶段，从而造成晶体管的工作温度高，长时间的温度积累或者由于斩波失效造成的电流瞬间增高都会造成续流二极管的温度击穿，从而对系统的可靠性及安全性都存在有较大的隐患。且传统的二极管方案对系统的布局散热也有很高的要求，故从降低损耗来源降低温度源的角度提出利用MOS管进行续流的方案，该方案利用MOS管沟道电阻较小的特性，在续流开始阶段开启MOS管，从而利用MOS管沟道进行续流，以达到降低续流损耗及工作温度的目的，提高系统可靠性及安全性。在直流无刷电机上，该种方案已经广泛运用，技术成熟，其原因为其特有的电机结构。该种电机的各相之间相互关联，在其中一相开启工作阶段，通过对其他相的开关管进行合理控制以此来作为该相的续流管工作。但在开关磁阻电机上尚未有如此的应用，这主要是由于开关磁阻电机的特殊架构原因造成的。本发明提出将整流技术运用到开关磁阻电机功率变换器中。可以降低开关磁阻电机在正常运行及大电流斩波运行下的工作损耗，降低系统温度积累，降低由于温度造成系统失效的情况。本方案电路较为简单，容易实现。 

发明内容

发明目的：本发明提出一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器,能够降低功率变换器在续流阶段的功耗，降低温度以及热击穿的风险，提高系统的稳定性和可靠性。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器，包括微处理器、第一与门、第一与非门、电流采样电路、采样放大电路、磁阻电机位置传感器和功率变换器。电流采样电路采集电机绕组的电流的瞬时值，并通过采样放大电路放大后输入到微处理器的模数转换模块。磁阻电机位置传感器向微处理器的输入输出模块提供定、转子极间相对位置信号。微处理器根据电流的瞬时值和磁阻电机位置传感器的位置信号，控制两个与门的控制信号，继而控制功率变换器的工作状态，从而实现同步整流模式降低功耗。

功率变换器包括上开关MOS管、下开关MOS管、下续流MOS管和上续流MOS管。上开关MOS管的源极与电机绕组的一端相连，漏极与直流电源连接，下开关MOS管的漏极与电机绕组的另一端相连，源极与第一电阻连接。上续流管MOS管的源极与下开关MOS管的漏极相连，其漏极与上开关MOS管相连，下续流MOS管的源极接地，其漏极接上开关MOS管的源极。所有MOS管均为n型MOS管。

微处理器包括脉宽调制模块、输入输出模块和模数转换模块。脉宽调制模块分别向第一与门和第一与非门输出上开关管PWM驱动信号和下续流管驱动信号。输入输出模块向功率变换器输出下开关MOS管驱动信号和上续流MOS管驱动信号，分别接到下开关MOS管的栅极和上续流MOS管的栅极。输入输出模块还接收来自位置传感器的位置信号。模数转换模块接受来自采样放大电路的采样放大信号。第一与门接受来自微处理器的上开关管PWM驱动信号和换相斩波信号，并向上开关MOS管栅极输出驱动信号，第一与非门接收来自微处理器的下续流管驱动信号和下续流管控制信号，并向下续流MOS管输出驱动信号。

电流采样电路包括第一电阻，其一端与下开关MOS管的源极相连，另一端接地。

采样放大电路将第一电阻上的电压放大，并向微处理器的模数转换模块输出采样放大信号。

作为本发明的一种改进，电流采样电路中的第一电阻，采用高精度低温度系数的康铜丝制成，可以减少温度的影响，使采样的绕组电流更加精确。

作为本发明的另一种改进，采样放大电路采用现有的基于运算放大器的电压放大电路，包括运算放大器、第二电阻和第三电阻。

作为本发明的一种改进，微处理器采用32位单片机。