无刷直流电机的零电压转换逆变电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种无刷直流电机的零电压转换逆变电路，包括控制电路、直流电源和逆变桥，直流电源的输出端接分压电路，逆变桥各相的中点和分压电路的中点间连接有零电压转换辅助电路，零电压转换辅助电路由三个单向辅助开关、三个单相整流桥和一个电感构成；三个单向辅助开关的两端分别与三个单相整流桥的直流输出端相接；三个单相整流桥的一个交流端连接在一起，然后与电感的一端相接；三个单相整流桥的另一个交流端分别与逆变桥各相的中点相接；电感的另一端与分压电路的中点相接。本实用新型专利技术结构简单，控制便捷，降低了开关损耗，器件选择方便，附加成本低，谐振单元消耗能量少，实现了软性关断，克服了反向恢复问题，便于推广使用。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种开关变换电路，尤其是涉及一种无刷直流电机的零电压转换 逆变电路。
技术介绍
随着稀土永磁材料和电力电子技术的发展，永磁无刷直流电机高功率密度、高转 矩/电流比、宽调速范围的优势越来越突出，已广泛应用于航空航天、家用电器及电动车辆 等众多场合。然而，无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动，硬开关逆变器的系统效率较 低，开关器件的电压、电流应力大，散热器的体积和重量较大，而且硬性通/断产生的过高 du/dt和di/dt给系统带来非常严重的电磁干扰，影响电机的绝缘寿命，功率开关器件开通 和关断瞬间的电压和电流尖峰可能使功率器件的运行轨迹超出安全工作区，从而导致功率 开关器件的损坏，影响系统的可靠性。因此，硬开关逆变器限制了大功率无刷直流电机驱动 系统功率密度和性能的进一步提高，控制器效率、电磁干扰、体积重量问题日益突显，成为 制约其快速发展的主要因素。为了解决硬开关逆变器的诸多问题，人们将更多的努力投向 了软开关技术。专利200610105134. 5实现了无刷直流电机的软开关逆变器驱动，但谐振直 流环节有1个功率开关位于直流母线的主回路，当逆变桥的任意1个开关管需要开关动作 时，整个母线电压必须谐振到零，使母线电压出现很多零电压凹槽，既影响了谐振频率的进 一步提高，又增加了导通功耗。专利200710017363. 6解决了谐振直流环节带来的不利因 素，但无刷直流电机的PWM调制方式只能选用H0N_LPWM，即上桥侧开关器件在导通的120° 区间保持恒通，下桥侧开关在导通的120°区间工作于PWM调制频率，当逆变桥功率开关选 用自举电路驱动时，无刷直流电机将不能正常工作。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种无刷 直流电机的零电压转换逆变电路，其结构简单，控制便捷，提高了 PWM开关频率，降低了开 关损耗，器件选择方便，附加成本低，谐振单元消耗能量少，实现了软性关断，克服了反向恢 复问题，便于推广使用。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是一种无刷直流电机的零电 压转换逆变电路，包括控制电路、直流电源和将直流电转换成交流电的逆变桥，所述直流电 源的输出端接分压电路，所述逆变桥与控制电路相接，所述逆变桥的各下桥臂带有缓冲电 容，其特征在于所述逆变桥各相的中点和分压电路的中点间连接有零电压转换辅助电路， 所述零电压转换辅助电路由三个单向辅助开关Trl、Tr2和Tr3，三个单相整流桥和一个电 感Lr构成；所述三个单相整流桥分别为由二极管Dal、Da2、Da3和Da4构成的单向整流桥 一，由二极管Dbl、Db2、Db3和Db4构成的单向整流桥二以及由二极管Dcl、Dc2、Dc3和Dc4 构成的单向整流桥三；所述单向辅助开关Trl、Tr2和Tr3的两端分别与单相整流桥一、单相 整流桥二和单相整流桥三的直流输出端相接；单相整流桥一的一个交流端、单相整流桥二的一个交流端和单相整流桥三的一个交流端连接在一起，然后与电感Lr的一端相接；单相 整流桥一的另一个交流端、单相整流桥二的另一个交流端和单相整流桥三的另一个交流端 分别与逆变桥各相的中点相接；电感Lr的另一端与分压电路的中点相接；所述零电压转换 辅助电路与控制电路相接并由控制电路发出的信号dM、dft2和dM控制单向辅助开关Trl、 Tr2和Tr3的导通和关断。所述单向辅助开关Trl、Tr2和Tr3是全控性器件。所述单向辅助开关Trl、Tr2和Tr3是功率晶体管、绝缘栅双极晶体管、功率场效应 晶体管或智能功率模块。所述二极管Dal、Da2、Da3、Da4、Db 1、Db2、Db3、Db4、Dc 1、Dc2、Dc3 和 Dc4 均为快恢复二极管或高频二极管。本技术与现有技术相比具有以下优点1、本技术零电压转换辅助电路由三个单向辅助开关、三个单相整流桥和一个 电感构成，结构简单，控制便捷。2、本技术逆变桥开关器件的PWM调制开通与关断均在零电压开关条件下进 行，因而可提高PWM开关频率和降低开关损耗。3、本技术零电压转换辅助电路的开关均在零电流开关条件下进行开通与关 断，且其电压应力仅为直流母线电压的一半，有利于器件选择和降低附加成本。4、本技术谐振过程所用的时间较短且只用一个电感，谐振单元消耗的能量较5、本技术逆变桥中的续流二极管实现了软性关断，克服了反向恢复问题。下面通过附图和实施例，对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为本技术的结构示意图。图2为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的等效电路图。图3为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的时序波形图。图如为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式a的电路图。图4b为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式b的电路图。图如为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式c 的电路图。图4d为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式d的电路图。图如为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式e的电路图。图4f为本技术一个工作状态上管调制、下管恒通运行时的动作模式f 的电路图。图5为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的等效电路图。4图6为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的时序波形图。图7a为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 Ml的电路图。图7b为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 M2的电路图。图7c为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 M3的电路图。图7d为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 M4的电路图。图7e为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 M5的电路图。图7f为本技术一个工作状态上管恒通、下管调制运行时的动作模式 M6的电路图。图8为本技术一个工作状态逆变桥中开关器件的相关仿真波形。图9为本技术一个工作状态零电压转换辅助电路中单向辅助开关的相关仿 真波形。附图标记说明1-直流电源；2-分压电路； 3-零电压转换辅助电路；4-逆变桥；5-无刷直流电机；6-控制电路。具体实施方式如图1所示，本技术包括控制电路6、直流电源1和将直流电转换成交流电的 逆变桥4，所述直流电源1的输出端接分压电路2，所述逆变桥4与控制电路6相接，所述 逆变桥4的各下桥臂带有缓冲电容，其特征在于所述逆变桥4各相的中点和分压电路2 的中点间连接有零电压转换辅助电路3，所述零电压转换辅助电路3由三个单向辅助开关 TrUTr2和Tr3，三个单相整流桥和一个电感Lr构成；所述三个单相整流桥分别为由二极管 Dal、Da2、Da3和Da4构成的单向整流桥一，由二极管Dbl、Db2、Db3和Db4构成的单向整流 桥二以及由二极管Del、Dc2、Dc3和Dc4构成的单向整流桥三；所述单向辅助开关Trl、Tr2 和Tr3的两端分别与单相整流桥一、单相整流桥二和单相整流桥三的直流输出端相接；单 相整流桥一的一个交流端、单相整流桥二的一个交流端和单相整流桥三的一个交流端连接 在一起，然后与电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无刷直流电机的零电压转换逆变电路，包括控制电路（６）、直流电源（１）和将直流电转换成交流电的逆变桥（４），所述直流电源（１）的输出端接分压电路（２），所述逆变桥（４）与控制电路（６）相接，所述逆变桥（４）的各下桥臂带有缓冲电容，其特征在于：所述逆变桥（４）各相的中点和分压电路（２）的中点间连接有零电压转换辅助电路（３），所述零电压转换辅助电路（３）由三个单向辅助开关Ｔｒ１、Ｔｒ２和Ｔｒ３，三个单相整流桥和一个电感Ｌｒ构成；所述三个单相整流桥分别为由二极管Ｄａ１、Ｄａ２、Ｄａ３和Ｄａ４构成的单向整流桥一，由二极管Ｄｂ１、Ｄｂ２、Ｄｂ３和Ｄｂ４构成的单向整流桥二以及由二极管Ｄｃ１、Ｄｃ２、Ｄｃ３和Ｄｃ４构成的单向整流桥三；所述单向辅助开关Ｔｒ１、Ｔｒ２和Ｔｒ３的两端分别与单相整流桥一、单相整流桥二和单相整流桥三的直流输出端相接；单相整流桥一的一个交流端、单相整流桥二的一个交流端和单相整流桥三的一个交流端连接在一起，然后与电感Ｌｒ的一端相接；单相整流桥一的另一个交流端、单相整流桥二的另一个交流端和单相整流桥三的另一个交流端分别与逆变桥（４）各相的中点相接；电感Ｌｒ的另一端与分压电路（２）的中点相接；所述零电压转换辅助电路（３）与控制电路（６）相接并由控制电路（６）发出的信号ｄＴｒ１、ｄＴｒ２和ｄＴｒ３控制单向辅助开关Ｔｒ１、Ｔｒ２和Ｔｒ３的导通和关断。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：贺虎成，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：实用新型
国别省市：87[中国|西安]