[发明专利]一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器

权利要求书

1.一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器，其特征在于：包括三个功率开关管(1)、三个续流二极管(2)、一个三路耦合电感(3)、母线电压传感器(4)、母线电流传感器(5)、数字控制器(6)、线反电动势过零点信号检测电路(7)、三相桥式逆变器与高速电动机(8)；直流电经功率开关管(1)和续流二极管(2)斩波后由三路耦合电感(3)滤波，经滤波后的直流电压由母线电压传感器(4)检测，并与母线电流传感器(5)串联后输入到三相桥式逆变器与高速电动机(8)；母线电压传感器(4)输出电压模拟信号和母线电流传感器(5)输出电流模拟信号共两路模拟信号送入数字控制器(6)的AD转换接口进行模数转换；数字控制器(6)采用主DSP和从DSP结构；数字控制器(6)从DSP的CAP接口捕获线反电动势过零点信号检测电路(7)输出的三路过零点信号；数字控制器(6)主DSP的PWM接口向三个功率开关管(1)输出三路相同占空比、相同频率的移相PWM信号，实现三个功率开关管(1)依次分别导通，进而实现三相桥式逆变器与高速电动机(8)直流母线电压和电流调制，采用所述的高速电动机控制用交错并联Buck变换器，实现交错并联Buck变换器的调制方法，包括以下步骤：

步骤一，数字控制器(6)初始化，即完成程序和数据存储器空间的分配；

步骤二，控制模式选择；数字控制器(6)从DSP芯片的CAP接口捕获线反电动势过零点信号检测电路(7)输出的三路过零点信号，根据过零点信号频率计算出电机当前转频；假设数字控制器(6)所计算得到的电动机当前转频为f，所设定的电动机额定转频为f_n，数字控制器(6)判断f和f_n之间的倍数关系进行控制模式选择；如果f≥0.1*f_n，则交错并联Buck变换器采用恒压输出模式，否则，采用恒流输出模式；在交错并联Buck变换器恒流输出模式中，数字控制器(6)执行电流闭环控制模块，控制三相桥式逆变器直流母线电流；

步骤三，恒流输出模式和恒压输出模式选择；在交错并联Buck变换器恒流输出模式中，数字控制器(6)执行电流闭环控制模块；数字控制器(6)主DSP芯片实时检测逆变器母线电流，并判断母线电流检测值是否等于母线电流设定值；如果检测值不等于设定值，则同时调节功率开关管(1)的占空比，根据所接收到的三路相同占空比、相同频率的移相PWM信号，进行逆变器母线电流控制；如果检测母线电流值等于设定值，则数字控制器(6)进入步骤四，执行速度闭环控制模块；在交错并联Buck变换器恒压输出模式中，数字控制器(6)执行电压闭环控制模块，控制逆变器母线电压；在电压闭环控制模块中，数字控制器(6)主DSP芯片实时检测逆变器母线电压，并判断母线电压检测值是否等于母线电压设定值；如果检测值不等于设定值，则调节功率开关管(1)的占空比，进行逆变器母线电压控制；如果检测母线电压值等于设定值，则数字控制器(6)进入步骤四，执行速度闭环控制模块；

步骤四，速度闭环控制模块；在速度闭环控制模块中，数字控制器(6)的从DSP芯片CAP接口捕获三路线反电动过零点信号，并根据过零点信号频率计算出电动机当前转频f；

步骤五，调节完成或者重新选择控制模式；假设电动机给定转频为f_ref，从DSP芯片对比f与f_ref之间的倍数关系判断交错并联Buck变换器调节是否成功；如果f≤0.1％*f_ref，则表明交错并联Buck变换器调节成功；否则，数字控制器(6)返回到步骤二，根据f与0.1*f_n之间的数值大小关系重新进行交错并联Buck变换器控制模式选择，再次进行电流闭环控制或者电压闭环控制。

2.根据权利要求1所述的高速电动机控制用交错并联Buck变换器，其特征在于：所述的数字控制器(6)依据母线电压传感器(4)、母线电流传感器(5)和线反电动势过零点信号检测电路(7)的反馈信号，采用电压电流闭环控制和速度闭环控制进行交错并联Buck变换器输出电流和电压跟踪控制。

3.根据权利要求1所述的高速电动机控制用交错并联Buck变换器，其特征在于：所述的三路耦合电感采用高频铁基非晶磁芯结构，磁芯呈120°星形排布；三个等电感量线圈L₁、L₂和L₃分别绕在三个磁芯上呈星形排布，公共点抽头为L_M；该三路耦合电感共有四个抽头L₁、L₂、L₃和L_M，该四个抽头在同一平面内，其中，L₁、L₂和L₃三个抽头依次相差120°呈星形，且该星形结构的公共点抽头为L_M；安装时需固定可靠且保证良好通风散热，接线时注意其三个线圈抽头L₁、L₂和L₃可以任意接线，但其公共点抽头L_M为输出端，只可作为交错并联Buck变换器的输出端。