一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路，基于MOSFET三电平主电路拓扑结构的电平数增加，改善了电机输入的电压波形，减小了电机电压波形的畸变，电机电流谐波减小，电机温升降低；同时，开关器件所承受的二极管Du/二极管Dt应力大为减小，有效防止电机转子绕组绝缘击穿，改善整个伺服驱动器的EMI特性；高达50KHZ的开关频率，显著提高伺服控制的整体性能，尤其是动态性能，速度响应带宽。

A main circuit of AC servo drive based on MOSFET three level

The invention discloses a drive circuit of AC servo MOSFET three level based on the increase in the number of level three level topology structure of MOSFET main circuit based on the voltage waveform of the motor input to improve, reduce the distortion of motor voltage waveform, reduce motor current harmonics, low motor temperature rising; at the same time, Du/ Dt switch diode diode the stress is reduced, effectively prevent the insulation breakdown characteristics of motor rotor winding, EMI improve the servo driver; switching frequency up to 50KHZ, significantly improve the overall performance of the servo control, especially the dynamic performance, the speed response bandwidth.

【技术实现步骤摘要】
一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路
本专利技术涉及伺服驱动领域，尤其涉及伺服驱动主回路方面，更具体地说，涉及一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路。
技术介绍
随着机器人、人工智能技术的发展，伺服作为其中一个重要的执行机构，其性能直接决定了智能制造的水平。目前交流伺服驱动电路主要由IGBT、金氧半场效晶体管MOSFET分立器件或集成的IPM模块构成，主要拓扑结构为两电平三相逆变结构，图1为目前主流伺服驱动使用的拓扑电路，其中U、V、W为电机的所需的三路驱动电源输出端子。IGBT模式的交流伺服驱动主回路耐压高，但开关速度慢，而金氧半场效晶体管MOSFET模式的交流伺服驱动主回路开关速度快，但耐压性能差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于，针对上述的交流伺服驱动电路IGBT速度慢和金氧半场效晶体管MOSFET耐压问题的技术缺陷，提供了一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路。本专利技术为解决其技术问题，提供了一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路，包含整流电路、驱动电路以及逆变电路，整流电路包含电容组以及用于将交流输入转换为直流电后存储至电容组的交直流转换电路，交直流转换电路与电容组并联，每个电容组由两个串联的电容组成；逆变电路包含三组逆变子电路，各组逆变子电路均并接在P点和N点之间，每组逆变子电路均包含4个金氧半场效晶体管MOSFET1-金氧半场效晶体管MOSFET4以及6个二极管D1-D6；金氧半场效晶体管MOSFET1-金氧半场效晶体管MOSFET4的栅极均分别连接至所述驱动电路以接受所述驱动电路分别发送的PWM信号的控制，金氧半场效晶体管MOSFET1的漏极连接P点，金氧半场效晶体管MOSFET1的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET2的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET2的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET3的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET3的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET4的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET4源极连接N点；二极管D1-D4分别连接在金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4的漏极和栅极之间，且二极管D1-D4的阴极分别连接在对应金氧半场效晶体管的漏极上，二极管D1-D4的阳极分别连接在对应金氧半场效晶体管的源极上，二极管D5的阴极连接金氧半场效晶体管MOSFET1的源极，二极管D5的阳极连接O点，二极管D6的阴极连接O点，二极管D6的阳极连接二极管D3的源极；三组逆变子电路各自的金氧半场效晶体管MOSFET2的源极分别连接输入端子，以输出电机所需的三路驱动电源；其中电容组与交直流转换电路的两个并联连接点分别记为P点和N点，电容组中两个电容的连接点记为O点。实施本专利技术的基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路，基于MOSFET三电平主电路拓扑结构的电平数增加，改善了电机输入的电压波形，减小了电机电压波形的畸变，电机电流谐波减小，电机温升降低；同时，开关器件所承受的二极管Du/二极管Dt应力大为减小，有效防止电机转子绕组绝缘击穿，改善整个伺服驱动器的EMI特性；由于每只MOSFET所承受的电压为母线电压的一半，系统耐压提高；高达50KHZ的开关频率，显著提高伺服控制的整体性能，尤其是动态性能，速度响应带宽。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术的目前主流伺服驱动使用的拓扑电路图；图2是本专利技术的基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路的一实施例的原理框图；图3是图2中的基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路的部分具体电路图；图4是图2中的栅极驱动电路的部分具体电路图。具体实施方式为了对本专利技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本专利技术的具体实施方式。如图2所示，其为本专利技术的基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路的一实施例的原理框图。在本实施例的服驱动主回路包含整流电路1、驱动电路3以及逆变电路2。其中，整流电路1将交流输入(如220V\50Hz、380V\50Hz)转换为直流电输出到PN两端的电容，逆变电路2为三相三电平全桥逆变电路，输入接母线P、N点，驱动电路3产生十二路PWM信号输出到逆变电路2，逆变电路2在驱动电路3的PWM信号控制下，将直流转换为可控的三相交流输出到U、V、W，逆变电路2输出的三相电U、V、W输出至伺服电机4，控制伺服电机4的工作状态。同时参见图3，其为图2中的基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路的部分具体电路图。整流电路1包含电容组以及用于将交流输入转换为直流电后存储至电容组的交直流转换电路，交直流转换电路与电容组并联，并联点记为P点和N点，每个电容组由两个串联的电容组成，电容组中的两个电容的连接点记为O点。交直流转换电路包含三个二极管组/标号/(即图中数值方向的两个为一组)，三个二极管组均并接在P点和N点之间，每个二极管组均包含两个串联的二极管，其中一个二极管的阴极连接P点且阳极连接另一二极管的阴极，另一个二极管的阳极连接N点，每个二极管组中的两个二极管的连接点分别连接交流电输入端子，这六个二极管均为快恢复二极管，这六个二极管构成三相全桥整流电路，将输入交流电变换成直流电，输入可以是三相交流，或者单相交流。电容组的组数为三组，即E1与E4、E2与E5、E3与E6，三组电容组均并接在P点和N点之间，每组电容组的两个电容的连接点均与其他电容组的两个电容的连接点相连接。电容E1、E2、E3、E4、E5、E6组成储能滤波电路，将二极管整流后的直流平波输出。逆变电路2包含三组逆变子电路A、B、C，各组逆变子电路均并接在P点和N点之间，每组逆变子电路均包含四个金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4以及六个二极管D1-D6(图中B组及C组中部分标号未示出)，十二个金氧半场效晶体管均为N沟道型，二极管D1-D6均为快恢复二极管。A、B、C组的连接方式相同，以A组为例，金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4的栅极均分别连接至驱动电路3以接受驱动电路3分别发送的PWM信号的控制，金氧半场效晶体管MOSFET1的漏极连接P点，金氧半场效晶体管MOSFET1的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET2的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET2的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET3的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET3的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET4的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET4源极连接N点。金氧半场效晶体管MOSFET1的栅极接收的PWM信号PWM1与金氧半场效晶体管MOSFET3的栅极接收的PWM信号PWM3互补，即在同一时刻一个为高电平另一个为低电平，金氧半场效晶体管MOSFET2的栅极接收的PWM信号PWM2与金氧半场效晶体管MOSFET4的栅极接收的PWM信号PWM4互补，如：在同一个时刻，PWM1为高电平5V时，PWM3为低电平0V，PWM3为高电平5V时，PWM1为低电平0V。二极管D1-D4分别连接在金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4的漏极和栅极之间，且二极管D1-D4的阴极分别连接在对应金氧半场效晶体管的漏极上，二极管D1-D4的阳极分别连接在对应金氧半场效晶体管的源极上，二极管D5的阴极连接金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路，包含整流电路、驱动电路以及逆变电路，其特征在于，所述整流电路包含电容组以及用于将交流输入转换为直流电后存储至电容组的交直流转换电路，交直流转换电路与电容组并联，每个电容组由两个串联的电容组成；其中电容组与交直流转换电路的两个并联连接点分别记为P点和N点，电容组中两个电容的连接点记为O点；所述逆变电路包含三组逆变子电路，各组逆变子电路均并接在P点和N点之间，每组逆变子电路均包含4个金氧半场效晶体管MOSFET1‑MOSFET4以及6个二极管D1‑D6；金氧半场效晶体管MOSFET1‑MOSFET4的栅极均分别连接至所述驱动电路以接受所述驱动电路分别发送的PWM信号的控制，金氧半场效晶体管MOSFET1的漏极连接P点，金氧半场效晶体管MOSFET1的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET2的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET2的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET3的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET3的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET4的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET4源极连接N点；二极管D1‑D4分别连接在金氧半场效晶体管MOSFET1‑MOSFET4的漏极和栅极之间，且二极管D1‑D4的阴极分别连接在对应金氧半场效晶体管的漏极上，二极管D1‑D4的阳极分别连接在对应金氧半场效晶体管的源极上，二极管D5的阴极连接金氧半场效晶体管MOSFET1的源极，二极管D5的阳极连接O点，二极管D6的阴极连接O点，二极管D6的阳极连接二极管D3的源极；三组逆变子电路各自的金氧半场效晶体管MOSFET2的源极分别连接输入端子，以输出电机所需的三路驱动电源。...

【技术特征摘要】
1.一种基于MOSFET三电平的交流伺服驱动主回路，包含整流电路、驱动电路以及逆变电路，其特征在于，所述整流电路包含电容组以及用于将交流输入转换为直流电后存储至电容组的交直流转换电路，交直流转换电路与电容组并联，每个电容组由两个串联的电容组成；其中电容组与交直流转换电路的两个并联连接点分别记为P点和N点，电容组中两个电容的连接点记为O点；所述逆变电路包含三组逆变子电路，各组逆变子电路均并接在P点和N点之间，每组逆变子电路均包含4个金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4以及6个二极管D1-D6；金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4的栅极均分别连接至所述驱动电路以接受所述驱动电路分别发送的PWM信号的控制，金氧半场效晶体管MOSFET1的漏极连接P点，金氧半场效晶体管MOSFET1的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET2的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET2的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET3的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET3的源极连接金氧半场效晶体管MOSFET4的漏极，金氧半场效晶体管MOSFET4源极连接N点；二极管D1-D4分别连接在金氧半场效晶体管MOSFET1-MOSFET4的漏极和栅极之间，且二极管D1-D4的阴极分别连接在对应金氧半场效晶体管的漏极上，二极管D1-D4的阳极分别连接在对应金氧半场效晶体管的源极上，二极管D5的阴极连接金氧半场效晶体管MOSFET1的源极，二极管D5的阳极连接O点，二极管D6的阴极连接O点，二极管D6的阳极连接二极管D3的源极；三组逆变子电路各自的金氧半场效晶体管MOSFET2的源极分别连接输入端子，以输出电机所需的三路驱动电源。2.根据权利要求1所述的交流伺服驱动主回路，其特征在于，电容组的组数为3组，3组电容组均并接在P点和N点之间，每组电容组的两个电容的连接点均与其他电容组的两个电容的连接点相连接。3.根据权利要求1所述的交流伺服驱动主回...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹泉，李海春，罗慧，刘洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42