用于操作BLDC电动机的驱动电路制造技术

本发明专利技术描述了一种用于操作无刷DC电动机（100）的驱动电路（200）。电动机（100）包括具有N个磁体（102）的转子以及配置为生成磁场的具有M个磁极（103）的定子。驱动电路（200）包括配置为从AC电源（221）提供DC母线电压（240）的整流器（222）。此外，驱动电路（200）包括母线电压电容器（224）和控制开关（225）的串联布置，串联布置设置为与母线电压（240）并联。驱动电路（200）进一步包括配置为生成用于定子的磁极（103）的线圈（220）的相电流（210）以生成磁场的逆变器（230）。另外，驱动电路（200）包括控制电路系统（110、226、227、228、229），其配置为在母线电压（240）高于阈值电压（241）时控制控制开关（225）断开，并且在母线电压（240）低于阈值电压（241）时控制控制开关（225）闭合。

Drive circuit for BLDC motor operation

【技术实现步骤摘要】
用于操作BLDC电动机的驱动电路
本文件涉及无刷DC（BLDC）电动机。具体地，本文件涉及一种用于驱动BLDC电动机的驱动电路。
技术介绍
BLDC电动机用于各种不同的应用，尤其是因为其相对高的功率重量比。BLDC电动机的示例应用是家用电器或电动工具。为了驱动具有相对高的功率的BLDC电动机，需要提供能够将相对高的功率从电源提供至BLDC电动机的驱动电路。这种驱动电路通常表现出相对大的尺寸并且通常包括具有相对高成本的部件。
技术实现思路
本文件涉及提供成本和尺寸高效的驱动电路的技术问题，该驱动电路配置为将相对高的功率提供至BLDC电动机。这个技术问题是通过独立权利要求的主题来解决的。在从属权利要求中、在下面的描述中和在附图中描述优选示例。根据一个方面，描述了一种用于操作无刷DC电动机的驱动电路。电动机包括具有N个磁体的转子和具有M个磁极的定子，其中，定子配置为生成（旋转）磁场。驱动电路包括配置为从AC电源提供DC母线电压（linkvoltage）的整流器。此外，驱动电路包括母线电压电容器和控制开关的串联布置，其中，串联布置设置为与母线电压并联。另外，驱动电路包括配置为生成用于定子的磁极的线圈的相电流以生成磁场的逆变器。驱动电路进一步包括控制电路系统（circuitry），该控制电路系统配置为在母线电压高于阈值电压时控制控制开关断开，并且在母线电压低于阈值电压时控制控制开关闭合。应当注意，包括在本文件中概述的其优选实施例的方法和系统可以单独使用或者与本文件所公开的其它方法和系统组合使用。另外，在系统的上下文中概述的特征同样适用于相应的方法。此外，在本文件中概述的方法和系统的所有方面可以进行任意的组合。具体地，权利要求的特征可以任意的方式彼此组合。附图说明下面参照附图以示例性方式阐释本专利技术，其中，图1a和图1b示出了示例BLDC电动机的横截面；图1c示出了用于控制BLDC电动机的示例控制单元；图2a示出了用于BLDC电动机的驱动电路的框图；图2b示出了用于BLDC电动机的驱动电路的电路图；图2c示出了BLDC电动机的不同操作阶段；以及图3示出了用于操作BLDC电动机的示例控制方案。具体实施方式如上所述，本文件涉及为BLDC电动机提供成本和尺寸高效的驱动电路。在这一背景下，图1a示出了示例BLDC电动机100的横截面，该示例BLDC电动机100具有旋转轴101和附接至旋转轴101的转子。该转子包括数量N个的永磁体102（其中，N是整数，其中，N>1）。在所示的示例中，N=8。转子的永磁体102可以设置为以交替的方式表现出朝向电动机100的定子的北磁极和南磁极。图1a的电动机100包括具有M=12个定子齿或者定子磁极103的定子。定子磁极103的每一个包括配置为在相应的定子磁极103处生成磁场的线圈。旋转磁场可以借由定子磁极103的线圈通过应用定子电流（本文也称为相电流）的不同相位来生成。图1b示出了图1a的节选部分。具体地，图1b示出了沿稳定轴线105与定子的磁极103对准的转子的磁体102。通常，在转子磁体102与定子磁极103之间存在空气间隙104。图3示出了可以用于控制BLDC电动机100的示例控制方案300。该控制方案300可以使用模拟和/或数字硬件（例如，使用微处理器）来实施。图1c示出了配置为控制BLDC电动机100的示例控制单元110。控制单元110可以配置为确定来自电动机100的一个或者多个传感器111的传感器信号。该传感器信号可以指示电动机100的轴101的旋转速度。可替代地或者另外，传感器信号可以指示电动机100的转子相对于定子的位置。此外，传感器信号可以指示通过定子磁极103的线圈的实际定子电流。控制单元110可以配置为实施本文件所描述的控制方案300。控制单元110可以是本文件所描述的控制电路系统的部分。图3的控制方案300涉及控制电动机100的旋转速度ω。电动机100的实际速度是使用一个或者多个传感器111来感测的并且与目标速度进行比较，从而提供速度误差信号或者速度偏差301。可替代地或者另外，旋转速度可以通过对作为时间的函数的指示转子位置307的转子位置信号求导来确定。使用速度调节器302，尤其是PI（比例、积分）调节器，可以基于速度偏差301确定目标电流303（在DQ参考坐标系的q轴中）。通常，目标电流303与速度调节器302的输出相对应。目标电流303可以被称为DQ参考坐标系内的q参考值。目标（定子）电流30与测量（定子）电流306（在静止DQ参考坐标系的q轴中）进行比较，从而提供电流误差信号和电流偏差308（在q轴中）。以相似的方式，目标电流或者d参考值309（在d轴中）与测量电流310（在d轴中）进行比较以提供电流误差信号或者电流偏差311（在d轴中）。通常，目标电流309（在d轴中）为零，尤其是如果一个或者多个永磁体102用于转子。使用调节器313、312，相应的电流误差信号311、312分别被变换为控制电压Ud（在d轴中）和Uq（对于q轴）。使用派克（Park）变换单元314（其考虑了电动机的瞬时或者同步位置307）和后续克拉克（Clarke）变换单元316或者使用组合的直交零变换（Direct-quadrature-zerotransformation），可以确定电动机100的定子的三个相位的控制电压Ua、Ub、Uc（在ABC参考坐标系中）。控制电压Ua、Ub、Uc指示三个相位的AC电压的振幅。使用逆变器（如图2b所示），可以生成三个相位的AC电压，从而以某个目标速度操作电动机100。AC电压具有与目标速度相对应的频率。控制电压Ua、Ub、Uc用于生成通过电动机100的定子的定子磁极103的线圈的相电流。相电流可以由逆变器生成，其中，逆变器可以包括每个相电流的半桥。图2a示出了示例驱动电路200的框图，该示例驱动电路200配置为基于供给电压211（例如，从在50Hz的标称AC频率下具有230V的标称AC电压的市电电源）生成相电流210。驱动电路200包括功率模块205，该功率模块205包括逆变器并且配置为生成相电流210。此外，驱动电路200可以包括用于提供第一DC电压（例如，以15V）的第一功率转换器201和/或用于提供第二DC电压（例如，以3.5V）的第二功率转换器203。一个或者多个DC电压可以用于操作驱动电路200的部件，诸如，微控制器204和/或PFC（功率因数校正）控制器202。微控制器204可以例如配置为实施控制方案300的至少部分。图2b示出了示例驱动电路200的电路图。具体地，图2b图示了有助于功率从（市电）电源221流到电动机100的线圈220的驱动电路200的部件。驱动电路200包括配置为从AC供给电压211提供DC母线电压240的整流器222，尤其是全波整流器。在图2c中示出了DC母线电压240的两个的半波。逆变器230配置为基于DC母线电压240生成线圈220的相电流210。如在图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于操作无刷DC电动机（100）的驱动电路（200），其中，所述电动机（100）包括具有N个磁体（102）的转子以及配置为生成磁场的具有M个磁极（103）的定子，其中，所述驱动电路（200）包括：/n整流器（222），所述整流器（222）配置为从AC电源（221）提供DC母线电压（240）；/n母线电压电容器（224）和控制开关（225）的串联布置，所述串联布置设置为与所述母线电压（240）并联；/n逆变器（230），所述逆变器（230）配置为生成用于所述定子的所述磁极（103）的线圈（220）的相电流（210），以生成所述磁场；以及/n控制电路系统（110、226、227、228、229），所述控制电路系统（110、226、227、228、229）配置为/n当所述母线电压（240）高于阈值电压（241）时，控制所述控制开关（225）断开；以及/n当所述母线电压（240）低于所述阈值电压（241）时，控制所述控制开关（225）闭合。/n

【技术特征摘要】
20180620 DE 102018209948.01.一种用于操作无刷DC电动机（100）的驱动电路（200），其中，所述电动机（100）包括具有N个磁体（102）的转子以及配置为生成磁场的具有M个磁极（103）的定子，其中，所述驱动电路（200）包括：
整流器（222），所述整流器（222）配置为从AC电源（221）提供DC母线电压（240）；
母线电压电容器（224）和控制开关（225）的串联布置，所述串联布置设置为与所述母线电压（240）并联；
逆变器（230），所述逆变器（230）配置为生成用于所述定子的所述磁极（103）的线圈（220）的相电流（210），以生成所述磁场；以及
控制电路系统（110、226、227、228、229），所述控制电路系统（110、226、227、228、229）配置为
当所述母线电压（240）高于阈值电压（241）时，控制所述控制开关（225）断开；以及
当所述母线电压（240）低于所述阈值电压（241）时，控制所述控制开关（225）闭合。


2.根据权利要求1所述的驱动电路（200），其中，所述控制电路系统（110、226、227、228、229）配置为
当所述母线电压（240）低于所述阈值电压（241）时，在磁场减弱模式下操作所述电动机（100）；以及
当所述母线电压（240）高于所述阈值电压（241）时，在标准模式下操作所述电动机（100），尤其是为了最大化所述电动机（100）所生成的扭矩，其中，DQ参考坐标系内的d参考值（309）在所述磁场减弱模式与所述标准模式之间是不同的。


3.根据权利要求2所述的驱动电路（200），其中，所述d参考值（309）对于所述标准模式而言基本上为零，和/或其中，所述d参考值（309）对于所述磁场减弱模式而言是负的。


4.根据任一前述权利要求所述的驱动电路（200），其中，
所述控制电路系统（110、226、227、228、229）包括比较器（226），所述比较器（226）配置为将所述母线电压（240）与参考电压（227）进行比较，并且配置为基于所述母线电压（240）与所述参考电压（227）的比较提供控制信号以控制所述控制开关（225）；以及
所述参考电压（227）取决于所述阈值电压（241）。


5.根据权利要求4所述的驱动电路（200），其中，
所述控制电路系统（110、226、227、228、229）包括用于感测所述母线电压（240）的分压器（228、229）；以及
所述分压器（228、229）的中点联接至所述比较器（226）的输入端口。


6.根据权利要求4至5中任一项所述的驱动电路（200），其中，所述比较器（226）包括运算放大器。


7.根据任一前述权利要求所述的驱动电路（200），其中，所述驱动电路（200）配置为使得
当所述母线电压（240）高于所述阈值电压（241）时，在没有所述母线电压电容器（224）的贡献的情况下，电流（...

【专利技术属性】
技术研发人员：T赫鲁博夫察克，M帕夫洛夫，P西拉吉，
申请(专利权)人：BSH家用电器有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE