A real-time voltage regulation circuit based on silicon carbide/gallium nitride MOSFET power device for permanent magnet synchronous motor (PMSM) drive and control includes power amplifier supply real-time voltage regulation module, power amplifier drive module, digital control module, signal detection and processing module, and D/A conversion module. The real-time voltage regulating module for power supply of power amplifier includes positive and negative voltage regulated DC power supply, bipolar BUCK chopper circuit with silicon carbide/gallium nitride MOSFET as switching device, voltage sampling circuit, and power amplification driving module includes high-power linear power amplifier and isolation module. With the advantages of fast switching speed and low loss of wide band gap power device silicon carbide/gallium nitride MOSFET, the problems of high loss and low efficiency of High Power Op Amp are overcome. When power amplifier is used in the drive and control of permanent magnet synchronous motor, the current harmonics and motor caused by high frequency switching in pulse width modulation drive mode can be solved. Torque jitter, low-speed light load instability and other issues, but also to solve the loss of power amplifier can only be applied to low-power occasions.
【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术属于电动机自动控制
,具体涉及一种基于宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSFET的功放供电实时调压电路,更具体涉及一种永磁同步电机的驱动控制实时调压电路。
技术介绍
高精度永磁同步电机驱动控制主要有两种实现方式:脉宽调制和线性功率放大。目前,脉宽调制的驱动控制方式由于其具有功率损耗小、效率高、易实现全数字控制等优势,在永磁同步电机的驱动控制中得到广泛使用。但是在脉宽调制的驱动控制方式中,高频的调制开关动作会产生严重的电磁干扰,对控制系统中电流传感器、调理电路、信号转换电路等正常工作造成不利影响。同时,电机绕组电流中被引入了开关次谐波,使得驱动控制系统受到一系列的寄生效应的影响,可能造成电机在低速轻载下的电流断流的情况,影响电机伺服系统的控制效果。另一方面,脉宽调制方式中为防止开关器件的上下桥臂直通而设置的死区保护在正弦电流的过零点处会产生明显的波形畸变,从而引起电机的转矩抖动,降低了电机绕组电流品质,极大地限制了电机在低速轻载下的运行性能。与脉宽调制的驱动控制方式相比,线性功率放大器的线性度好,纹波小,对外界造成的电磁干扰小,从原理上规避了脉宽调制中高频开关动作引起的一系列电磁污染、谐波、转矩抖动等不利影响,为实现永磁同步电机伺服控制系统的高精度控制提供了一个可靠方案。但是,线性功率放大器自身的发热量大、转换效率低,严重限制了用于电机驱动控制系统的功率等级,一般只应用于小功率场合。
技术实现思路
为了克服上述已有技术存在的问题,本专利技术利用宽禁带功率器件碳化硅/氮化镓MOSF ...
【技术保护点】
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(S ...
【技术特征摘要】
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、U...
【专利技术属性】
技术研发人员:丁晓峰,成家伟,郭宏,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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