用于同步电机的带有分流电阻的电源控制电路制造技术

一种用于同步电机(130)的电源控制电路(300)，所述同步电机具有三个电机相电流，所述电源控制电路(300)包括产生PWM信号的微控制器(310)，所述PWM信号具有周期(T)和占空比T

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于同步电机的带有分流电阻的电源控制电路


[0001]本专利技术涉及具有控制器的用于同步电机的电源控制电路，该控制器使用一个或更多个分流电阻器来计算同步电机的DC电流消耗。

技术介绍

[0002]作为无刷DC(BLDC)电机和永磁同步电机(PMSM)的同步电机由转动的永磁体(即转子)组成，该永磁体由三个固定的等距绕组(即定子)环绕。每个绕组中的电流产生磁场矢量，该磁场矢量与来自其他绕组的磁场相加。通过控制三个绕组中的电流，定子能够产生任意方向和大小的磁场。
[0003]BLDC电机在汽车(尤其是电动汽车(EV))、供暖、通风和空调(HVAC)、大型家用电器和工业产品等领域越来越受欢迎，这是因为它取消了传统电机中使用的机械刷。这一特性使BLDC电机更加可靠并延长了其使用寿命。
[0004]BLDC电机的另一个优点是它能够做得比具有相同功率输出的电刷式电机更小、更轻，这使得BLDC电机适用于空间狭小的应用。
[0005]同步电机的控制电路的微控制器可以被配置为通过执行控制算法在正确的时刻为电机的定子线圈通电。精确的时刻允许实现精确的速度和扭矩控制，以及确保电机以最高效率运行。在这方面，微控制器可以接收系统电流值作为输入和从位置传感器(例如，指示电机转子的位置的霍尔传感器)接收信号，以实施控制算法。
[0006]能够测量电流值并将其用作微控制器实现的控制算法的输入：同步电机的控制电路执行的精确电机控制表示电机的正确性能的一个非常重要的条件。无论是电子动力转向、电子稳定控制、自动制动系统，还是自动驾驶汽车，都可能需要精确的电机控制来确保安全高效的运行。因此，能够测量电流以主要收集关于电机扭矩的信息，这是因为电流测量值能够直接与电机扭矩成正比。
[0007]电流测量值也能够用于确定电机转动时的速度。能够通过了解控制算法如何影响同步电机中应用的电流水平来计算此类速度信息。在这方面，可能需要相电机电流的测量值作为由微控制器实现的控制算法的输入变量。因此，相电机电流的精确测量能够改进电机控制解决方案。
[0008]此外，能够测量电流以进行故障保护：电流测量可用于检测何时发生过流情况，从而使系统能够采取措施以防止同步电机的潜在损坏。
[0009]在现有技术的第一示例中，电流无刷DC电机控制电路可以包括1到3个分流电阻器来测量相电流，该相电流能够用作由微控制器实现的控制算法的输入。一些算法可能需要DC电流消耗I
S
的测量。为了测量电流I
S
，如图1所示，额外的分流器(101、102)能够包括在正极电池输入(A)或电池回路(B)中(即在DC链路中)，其表示BLDC电机的传统电源控制电路(100)。然而，分流电阻器(101、102)的类型意味着系统中额外的不希望的功耗和散热。
[0010]此外，图1的电源控制电路(100)能够包括DC源(105)、特别是LC滤波器的输入AC滤波器(103)、代表脉冲宽度调制(PWM)发生器的微控制器/PWM块(110)和实现控制算法的微
控制器，其中，所述脉冲宽度调制发生器生成PWM信号到三相逆变器(120)，所述控制算法控制同步电机(130)中的输入电流。三相逆变器(120)包括六个开关，用于大功率切换以将电流馈送到同步电机(130)。因此，块(110)的输出包括脉冲宽度调制(PWM)信号，该脉冲宽度调制信号确定施加到BLDC电机的三个线圈(其具有如图1所示的“Y”形)的平均电压和平均电流以便控制电机转速和电机扭矩。此外，同步电机(130)可以使用图中未示出的三个霍尔效应传感器以指示转子位置。转子本身使用几对永磁体来产生磁通量。
[0011]在现有技术的第二示例中，图2示出了先前包括用于计算DC电流消耗I
S
的装置的控制电路(200)，该装置包括信号处理元件，以获得同步电机(130)的DC电流消耗I
S
。在本示例中，如图所示，DC电流消耗I
S
能够用作微控制器/PWM模块(210)的输入。这些信号处理元件包括用于放大电压V
shunt
并执行偏移校正的放大器(405)和用于过滤来自放大器(405)的电压信号V
shunt
的低通滤波器(410)。因此，从低通滤波器(410)获得输出电压V
O
，并基于所述电压V
O
获得BLDC电机的DC电流消耗I
S
，如图2所示。
[0012]因此，用于同步电机的电源控制电路使用一种程序来测量输入DC电流消耗I
S
，而不是在DC链路中使用分流电阻器或额外的电子元件(例如放大器、低通滤波器等)，因此，需要减少电子板的成本和尺寸。

技术实现思路

[0013]本专利技术提出了一种能够测量电机的DC电流消耗I
S
的同步电机(例如，BLDC或PMSM电机)电源控制电路，与图1相比无需在电源的DC链路中建立分流电阻器，与图2相比也无需额外的电子元件(放大器、低通滤波器等)，从而降低了电子板的成本和尺寸。
[0014]因此，根据本专利技术的电源控制电路允许计算电源输入电流，即例如三相无刷DC(BLDC)电机或永磁同步电机(PMSM)的控制电路的DC电流消耗I
S
。该计算能够完全通过在驱动电源控制电路的功率逆变器的微控制器中运行的代码或软件来完成。
[0015]本专利技术提出了一种在微控制器中使用的改进的软件算法，而无需添加任何额外的电子元件。运行所提出的软件算法所需的计算资源很少。使用软件算法计算的DC电流消耗I
S
的准确性与图2的硬件解决方案相当。
[0016]根据本专利技术的电源控制电路支持单分流拓扑，其中，仅使用一个如图3所示的分流电阻器。
[0017]因此，在第一方面，为了测量电机的DC电流消耗I
S
，提出了一种用于同步电机、例如三相无刷DC电机，即BLDC电机或永磁同步电机PMSM的电源控制电路，所述电源控制电路包括产生具有周期T和占空比T
x
、T
y
、T
z
和T
w
的PWM信号的微控制器，所述电源控制电路包括用于计算DC电流消耗I
S
的分流电阻器R
shunt
，其中，所述微控制器被配置为获得在T期间穿过分流电阻器R
shunt
的电机第一电流测量值I1、获得在T期间穿过分流电阻器R
Shunt
的电机第二电流测量值I2，并且获得在PWM信号的T周期内穿过电阻器R
Shunt
的电流的平均值
[0018][0019]最后，电源控制电路被配置为对平均值进行低通滤波，以获得DC电流消耗I
S
。
[0020]根据本专利技术的电源控制电路还支持包括三个分流电阻器的三分流拓扑，每个电机
相一个分流电阻器，如图9所示。
[0021]因此，在本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于同步电机(130)的电源控制电路(300)，所述同步电机具有电机相电流I
A
、I
B
和I
C
，所述电源控制电路(300)包括产生用于相电流I
A
、I
B
和I
C
的PWM信号的微控制器(310)，所述PWM信号具有周期T和作为时间分数的占空比T
x
、T
y
、T
z
和T
w
，其中，所述PWM信号被激活或去激活，所述电源控制电路(300)的特征在于，其包括输入AC滤波器(103)和分流电阻器(215)R
shunt
，用于计算DC电流消耗(105)I
S
，其中，所述微控制器(310)被配置为：
‑
获得在T期间穿过分流电阻器(215)R
Shunt
的电机(130)的第一电流测量值I1，其中，I1等于具有最大占空比T
x
、T
y
、T
z
和T
w
的PWM信号的电机相电流I
A
或I
B
或I
C
；
‑
获得在T期间穿过分流电阻器(215)R
Shunt
的电机(130)的第二电流测量值I2，其中，I2等于具有最小占空比T
x
、T
y
、T
z
和T
w
的PWM信号的电机相电流
‑
I
A
或
‑
I
B
或
‑
I
C
；
‑
获得其中，是在PWM信号的周期T内穿过电阻(215)R
shunt
的平均值；以及
‑
对平均值进行低通滤波，以获得DC电流消耗(105)I
S
。2.根据权利要求1所述的电源控制电路(300)，其中，所述同步电机(130)是三相无刷DC电机，即BLDC电机，或永磁同步电机PMSM。3.一种用于同步电机(130)的电源控制电路(300)，所述同步电机具有电机相电流I
A
、I
B
和I
C
，所述电源控制电路(300)包括产生用于电机相电流I
A
、I
B
和I
C
的PWM信号的微控制器(310)，所述PWM信号具有周期T和作为时间分数的占空比T
x
、T
y
、T
z
和T
w
，其中，所述PWM信号被激活或去激活，所述电源控制电路(300)的特征在于，其包括输入AC滤波器(103)和三个分流电阻器(315、320、325)R
Sh1
、R
Sh2
和R
Sh3
，用于计算DC电流消耗(105)I
S
，其中，所述微控制器(310)被配置为：
‑
获得在T＝0期间或T/2期间穿过所述分流电阻器(315)R
Sh1
的电机(130)的相电流测量值I
shunt1
，其中，I
shunt1
＝I
A
；
‑
获得在T＝0期间或T/2期间穿过所述分流电阻器(320)R
Sh2
的电机(130)的相电流测量值I
shunt2
，其中，I
shunt2
＝I
B
；
‑
获得在T＝0期间或T/2期间穿过所述分流电阻器(325)R
Sh3
的电机(130)的相电流测量值I
shunt3
，其中，I
shunt3
＝I
C
；
‑
获得与具有最大占空比T
x
、T

【专利技术属性】
技术研发人员：卡洛斯，
申请(专利权)人：马勒国际有限公司，
类型：发明
国别省市：