高功率密度低速大扭矩电机控制器制造技术

本公开提供一种高功率密度低速大扭矩电机控制器，包括：控制电路板，输出脉宽调制信号至隔离型功率驱动装置；以及隔离型功率驱动装置，与控制电路板连接，基于脉宽调制信号驱动电机运转；其中，隔离型功率驱动装置包括全桥MOSFET装置和隔离驱动电路板；隔离驱动电路板配置在全桥MOSFET装置内部；隔离驱动电路板隔离放大脉宽调制信号，控制全桥MOSFET装置的导通和关断。

High Power Density, Low Speed and Large Torque Motor Controller

【技术实现步骤摘要】
高功率密度低速大扭矩电机控制器
本公开涉及一种高功率密度低速大扭矩电机控制器。
技术介绍
功率密度指驱动器输出的最大功率与电机控制器本身质量或体积的比值，效率是指电源输出功率到实际电机负载使用功率的转换率。低速大扭矩电机的特点是母线电压低即电机机械转速低，电机电流大即输出扭矩大。传统的低速大扭矩电机应用一般为电机经减速器后再驱动负载，其主要缺点是体积重量大，效率低。全电飞机的动力系统为电机直驱螺旋桨，由于飞机电池容量限制，同时考虑到减少飞机的重量，提高电机系统的效率即续航能力的实际需求，现阶段仍缺少一种可以兼顾高转换效率和高功率密度的低速大扭矩电机控制器。
技术实现思路
为了解决至少一个上述技术问题，本公开提供一种高功率密度低速大扭矩电机控制器，可以显著提高低速大扭矩电机控制器的转换效率和功率密度。根据本公开的一个方面，高功率密度低速大扭矩电机控制器包括：控制电路板，输出脉宽调制信号至隔离型功率驱动装置；以及隔离型功率驱动装置，与控制电路板连接，基于脉宽调制信号驱动电机运转；其中，隔离型功率驱动装置包括全桥MOSFET装置和隔离驱动电路板；隔离驱动电路板配置在全桥MOSFET装置内部；隔离驱动电路板隔离放大脉宽调制信号，控制全桥MOSFET装置的导通和关断。根据本公开的至少一个实施方式，隔离驱动电路板包括板载连接器；隔离驱动电路板通过板载连接器与控制电路板进行信号传递。根据本公开的至少一个实施方式，板载连接器的母端位于隔离驱动电路板上，板载连接器的公端位于控制电路板上。根据本公开的至少一个实施方式，隔离驱动电路板还包括隔离驱动芯片；隔离驱动芯片的输出端配置电容，电容用于消除全桥MOSFET装置的米勒效应；下桥臂隔离驱动芯片的输出端配置稳压二极管，稳压二极管用于保护全桥MOSFET装置。根据本公开的至少一个实施方式，控制电路板与全桥MOSFET装置共用电源输入与三相输出接线端子。根据本公开的至少一个实施方式，控制电路板包括信号采集调理装置、主控装置和电源转换装置；电源转换装置将母线电压转换后为控制电路板和隔离型功率驱动装置供电；信号采集调理装置采集并调理电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号，将调理后的电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号传输至主控装置；主控装置基于调理后的电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号控制电机的伺服系统，输出脉宽调制信号至隔离型功率驱动装置。根据本公开的至少一个实施方式，电源转换装置将母线电压转换为驱动电源和控制电源；驱动电源部分和控制电源部分通过隔离电源模块实现隔离。根据本公开的至少一个实施方式，驱动电源部分第一级通过第一隔离电源模块将母线电压40-60V转换为15V，为全桥MOSFET装置的3个下桥臂驱动芯片供电；驱动电源部分第二级通过3个第二隔离电源模块，分别将第一级输出的15V电压转换成15V1、15V2和15V3，分别为全桥MOSFET装置的3个上桥臂驱动芯片供电。根据本公开的至少一个实施方式，控制电源部分通过第三隔离电源模块将母线电压40-60V转换为5V。根据本公开的至少一个实施方式，控制器母线电压的输入端配置多个储能电解电容；控制器母线电压的输入端并联2个双向瞬变电压抑制管，用于吸收母线上的瞬态尖峰电压。附图说明附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。图1是根据本公开的至少一个实施方式的高功率密度低速大扭矩电机控制器硬件结构组成关系和信号流向示意图。图2是根据本公开的至少一个实施方式的一相隔离驱动电路图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开。本公开提供一种高功率密度低速大扭矩电机控制器，主要从小体积和高功率密度方面考虑，根据功能划分设置两个部分，分别为配置在顶层的控制电路板，以及配置在底层的隔离型功率驱动装置。该控制器具有功率密度高、输出功率大、效率高、安装简单和可靠性高的特点。在本公开的一个可选实施方式中，如图1所示，高功率密度低速大扭矩电机控制器，包括配置在顶层的控制电路板，以及配置在底层的隔离型功率驱动装置。隔离型功率驱动装置包括配置在底层2的全桥MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,金氧半场效晶体管)装置，以及配置在底层1的隔离驱动电路板，隔离驱动电路板嵌入在全桥MOSFET装置内部。其中，控制电路板包括信号采集调理装置、主控装置、电源转换装置和通信装置。具体的，电源转换装置用于将母线的40-60V电压转换成功率驱动所需电源和控制电源，为控制电路板和隔离型功率驱动装置供电，电源转换装置还可用于上电时序控制。信号采集调理装置用于采集并调理伺服电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号，将调理后的电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号传输至主控装置。主控装置可以基于上位机发送的信号、结合调理后的电机霍尔位置反馈信号、电机温度信号和控制器温度信号，通过伺服运算完成位置环、速度环的控制，控制电机的伺服系统，输出PWM(PulseWidthModulation，脉宽调制)信号至隔离型功率驱动装置，进一步驱动电机运转。通信装置包括CAN(ControllerAreaNetwork,控制器局域网络)通信和RS485通信。上位机通过CAN总线和RS485总线与主控装置相连。隔离型功率驱动装置包括全桥MOSFET装置和嵌入在全桥MOSFET装置内部的隔离驱动电路板。优选的，全桥MOSFET装置的型号为FM600TU-07A，额定电流300A，峰值电流600A，最高工作电压75V，可持续输出15KW以上功率；全桥MOSFET装置采用沟槽工艺，其体积和重量都较小，从而可以使整个控制器具有高功率密度。优选的，去掉全桥MOSFET装置出厂原装的接口电路板，用隔离驱动电路板替换该接口电路板，原接口电路板上的接口替换为隔离驱动电路板上的板载连接器。优选的，隔离驱动电路板所用的隔离驱动芯片的型号为1EDI20N12AF。嵌入在全桥MOSFET装置内部的隔离驱动电路板用于隔离放大控制电路板输出的PWM信号，控制全桥MOSFET装置的导通和关断。在本公开的一个可选实施方式中，控制电路板与隔离型功率驱动装置连接。具体的，控制电路板通过板载连接器与隔离驱动电路板之间进行信号传递，这样既可以减小控制器整体的体积重量，也可以避免信号长距离传输造成的电磁干扰。控制电路板与全桥MOSFET装置共用电源输入与三相输出接线端子，例如，可以使用螺钉将控制电路板固定安装在全桥MOSFET装置上方来实现。在本公开的一个可选实施方式中，控制电路板的主控装置包括DSP(DigitalSignalProcessing，数字信号处理)芯片，优选的，DSP芯片的型号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高功率密度低速大扭矩电机控制器，其特征在于，包括：控制电路板，输出脉宽调制信号至隔离型功率驱动装置；以及隔离型功率驱动装置，与所述控制电路板连接，基于所述脉宽调制信号驱动电机运转；其中，隔离型功率驱动装置包括全桥MOSFET装置和隔离驱动电路板；所述隔离驱动电路板配置在全桥MOSFET装置内部；所述隔离驱动电路板隔离放大所述脉宽调制信号，控制全桥MOSFET装置的导通和关断。

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度低速大扭矩电机控制器，其特征在于，包括：控制电路板，输出脉宽调制信号至隔离型功率驱动装置；以及隔离型功率驱动装置，与所述控制电路板连接，基于所述脉宽调制信号驱动电机运转；其中，隔离型功率驱动装置包括全桥MOSFET装置和隔离驱动电路板；所述隔离驱动电路板配置在全桥MOSFET装置内部；所述隔离驱动电路板隔离放大所述脉宽调制信号，控制全桥MOSFET装置的导通和关断。2.根据权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述隔离驱动电路板包括板载连接器；所述隔离驱动电路板通过板载连接器与所述控制电路板进行信号传递。3.根据权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述板载连接器的母端位于所述隔离驱动电路板上，所述板载连接器的公端位于所述控制电路板上。4.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述隔离驱动电路板还包括隔离驱动芯片；所述隔离驱动芯片的输出端配置电容，所述电容用于消除所述全桥MOSFET装置的米勒效应；下桥臂隔离驱动芯片的输出端配置稳压二极管，所述稳压二极管用于保护所述全桥MOSFET装置。5.根据权利要求1或2所述的控制器，其特征在于，所述控制电路板与全桥MOSFET装置共用电源输入与三相输出接线端子。6.根据权利要求5所述的控制器，其特征在于，所述控制电路板包括信号采集调理装置、主控装置和电源转换装置；所述电源...

【专利技术属性】
技术研发人员：张华，王顺伟，李志阔，唐勇斌，揭军，
申请(专利权)人：航天科工智能机器人有限责任公司，
类型：新型
国别省市：北京,11