低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路制造技术

本实用新型专利技术公开了一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，包括上开关管驱动电路和下开关管驱动电路；所述上开关管驱动电路包括基于光耦的第一开关电路、第一充电电路、第一放电电路和自举电容、自举二极管；所述下开关管驱动电路包括第二开关电路、第二充电电路和第二放电电路。本实用新型专利技术采用基于自举电容的单电源工作方式，并采用光电耦合器作为核心开关电路的开关元件，避免了低电压控制信号受高电压驱动信号的影响，提高了电路控制的安全性；而且，使驱动电路和功率变换器的导通和关断时间严格和微处理器的低电压控制信号保持一致，适用于高频PWM控制方式下的工作场合。（*该技术在2021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磁阻电机，尤其是开关磁阻电机的驱动电路。
技术介绍
开关磁阻电机具有一些独特的优点，如电机结构简单、坚固、免维护，启动及低速时转矩大、电流小；高速恒功率区范围宽、性能好，在宽广转速和功率范围内都具有高输出和高效率；可缺相运行，容错能力强；控制灵活，可方便实现四象限运行；具有较强的再生制动能力等。这使得开关磁阻电动机系统在家用电器、通用工业、伺服与调速系统、牵引电动机、高转速电动机、航空航天等领域得到广泛应用。开关磁阻电动机是一种机电能量转换装置。根据可逆原理，开关磁阻电动机和传统电动机一样，它既可将电能转换为机械能-电动运行，也可将机械能转换为电能-发电运行。开关磁阻电机控制系统可大致分为处理部分和开关主电路部分两个部分，处理部分包括采样电路及处理电路，分别负责信号采样、分析处理及控制信号输出；开关主电路部分则包括驱动电路及功率变换器，分别负责弱电信号增强驱动及功率信号开关控制。传统的驱动电路主要使用由自举二极管加上三极管构成的单电源驱动电路，或者采用自举电容和三极管、金属-氧化物-半导体(MOS)管的单电源驱动电路，还有采用专用集成驱动芯片的单电源驱动电路。前两种技术方案的隔离特性较差，其原因在于由于其核心开关电路采用的三极管内部的基极-集电极之间或者MOS管内部的栅极-源极之间均有寄生密勒电容，导致驱动电路中的高电压驱动信号可能通过寄生密勒电容耦合到微处理器的低电压控制信号通道上，轻则导致低电压控制信号波形畸变，重则导致低电压控制信号翻转，导致驱动电路和功率变换器出现误导通或者误关断的恶劣后果；此外，隔离特性差的后果还将影响驱动电路和功率变换器在高频脉冲宽度调制(PWM)控制方式下的动态特性，即使得驱动电路和功率变换器的导通和关断时间不能和低电压控制信号一致，无法实现预期的控制效果。第三种方案中采用专用集成驱动芯片，该芯片内部设计有较好的隔离电路，因此其隔离特性和动态特性较好，但是成本很高。
技术实现思路
技术目的针对上述现有技术存在的问题和不足，本技术的目的是提供一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，利用电容储能原理持续提供上开关管多次开通所需电荷，从而使上开关管在单驱动电源供电时能够在PWM模式下短时间频繁打开上开关管。并避免低电压控制信号受高电压驱动信号的影响，提高了电路控制的安全性。技术方案为实现上述技术目的，本技术采用的技术方案为一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，包括上开关管驱动电路和下开关管驱动电路；所述上开关管驱动电路的输入信号包括驱动电源和上管驱动信号，输出端连接并驱动上开关管的栅极、连接上开关管的漏极和电机绕组的一端；所述下开关管驱动电路输入信号包括驱动电源和下管驱动信号，输出端连接并驱动下开关管的栅极；所述上开关管的漏极和下开关管的源极间串联电机绕组；所述上开关管驱动电路包括第一开关电路、第一充电电路、第一放电电路和自举电容、自举二极管；所述下开关管驱动电路包括第二开关电路、第二充电电路和第二放电电路。所述第一开关电路可包括第一电阻、光电耦合器(光耦)、第二电阻和第五电阻；其中第一电阻串联在上管驱动信号和光耦的内部发光二极管输入端之间；光耦的内部发光二极管输出端连接到地线；光耦的内部三极管发射极通过串联第五电阻后连接到地线；光耦的内部三极管集电极与第二电阻的一端和第一充电电路中的第一三极管的基极的连接点相连。所述第一充电电路可包括第一三极管、第二二极管和第三电阻；其中第一三极管的基极、发射极分别与第一开关电路中的第二电阻的两端相连，且第一三极管的发射极分别与自举电容的一端、自举二极管的负端相连；第一三极管的集电极依次串联第二二极管和第三电阻的一端,并与第一放电电路中的第二三极管的基极、第四电阻的一端相连；第三电阻的另一端与第一放电电路中的第二三极管的发射极相连后，连接并驱动上开关管的栅极。所述第一放电电路可包括第二三极管和第四电阻；其中第四电阻两端分别连接第二三极管的基极和集电极；第二三极管的集电极与上开关管的漏极、电机绕组的一端相连。所述第二开关电路可包括第四三极管、第六电阻、第七电阻和第九电阻；第四三极管的基极与弱电电源相连，第四三极管的发射极与第七电阻串联后连接至下管驱动信号，第四三极管的集电极与第六电阻的一端、第二充电电路中的第三三极管的基极相连。所述第二充电电路可包括第三三极管和第八电阻；其中第三三极管的基极、发射极分别与第二开关电路中的第六电阻的两端相连，第三三极管的发射极连接至驱动电源，第三三极管的基极与第二开关电路中的第四三极管的集电极相连；第八电阻的一端连接第三三极管的集电极，另一端与第二放电电路中的第五三极管的集电极相连后，连接并驱动下开关管的栅极。所述第二放电电路可包括第五三极管；第五三极管的基极与第二开关电路中的第九电阻串联后连接至下管驱动信号，第五三极管的发射极连接至地线。上述低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路的关键工作原理包括(I)上开关管(简称“上管”)驱动电路中，第一开关电路接收来自于微处理器的上管驱动信号，并使能第一充电电路。第一充电电路用于提高上开关管的栅极电压至导通电压从而使其导通。第一放电电路用于降低上开关管的栅极电压到零从而使其关断。(2)下开关管(简称“下管”)驱动电路中，第二开关电路接收来自于微处理器的下管驱动信号，并交替使能第二充电电路和第二放电电路，即第二充电电路和第二放电电路只能轮流导通。第二充电电路用于提高下开关管的栅极电压至导通电压从而使其导通。第二放电电路用于降低下开关管的栅极电压到零从而使其关断。(3)低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路的工作原理是，首先下管驱动信号使能下、管驱动电路中的第二开关电路，从而导通下管驱动电路中的第二充电电路，使下开关管导通，同时上管驱动信号维持关断第一开关电路和第一充电电路，使上开关管关断，此时上开关管与电机绕组的连接点b的电压为0，因此驱动电源能够通过二极管向自举电容上充电；然后上管驱动信号使能第一开关电路，导通第一充电电路向上开关管的栅极充电，使上开关管导通，同时b点的电压抬高至功率电源电压，a点的电压也随之抬高至功率电源电压与驱动电源电压之和，二极管反向截止，自举电容上的电荷持续维持上开关管导通所需电荷。(4)低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路的PWM模式工作原理是，在下开关管和上开关管均导通之后，接下来上管驱动信号翻转，通过光耦逐级可靠关断第一开关电路、第一充电电路，第二充电电路继而自行导通，上开关管栅极电荷得以泄放，上开关管栅极电压下降至0并关断上开关管，此时b点电压降低至0，a点的电压回落至驱动电源电压，自举二极管正向导通，自举电容得以充电至与驱动电源相同的电压；而接下来上管驱动信号再次翻转，通过光耦逐级控制最终导通上开关管时，即为重复(3)和(4)的步骤，从而达到PWM模式下正常工作的效果。(5)由于a点的电压会频繁变化，其变化幅度将达到驱动电源电压与功率电源电压之和，因此导致光耦的内部三极管发射极和集电极的电位也会随之大幅变化，但是，由于光耦的高隔离特性，即内部发光二极管输入端和输出端与内部三极管发射极和集电极之间 可以达到4、5千伏而互相没有干扰，该特本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，其特征在于包括上开关管驱动电路和下开关管驱动电路；所述上开关管驱动电路的输入信号包括驱动电源和上管驱动信号，输出端连接并驱动上开关管的栅极、连接上开关管的漏极和电机绕组的一端；所述下开关管驱动电路输入信号包括驱动电源、弱电电源和下管驱动信号，输出端连接并驱动下开关管的栅极；所述上开关管的漏极和下开关管的源极间串联电机绕组；所述上开关管驱动电路包括第一开关电路、第一充电电路、第一放电电路和自举电容、自举二极管；所述下开关管驱动电路包括第二开关电路、第二充电电路和第二放电电路。2.根据权利要求I所述低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，其特征在于所述第一开关电路包括第一电阻、光电稱合器、第二电阻和第五电阻；其中第一电阻串联在上管驱动信号和光电I禹合器的内部发光二极管输入端之间；光电I禹合器的内部发光二极管输出端连接到地线；光电耦合器的内部三极管发射极通过串联第五电阻后连接到地线；光电稱合器的内部三极管集电极与第二电阻的一端和第一充电电路中的第一三极管的基极的连接点相连。3.根据权利要求I所述低成本、高隔离特性的开关磁阻电机自举式驱动电路，其特征在于所述第一充电电路包括第一三极管、第二二极管和第三电阻；其中第一三极管的基极、发射极分别与第一开关电路中的第二电阻的两端相连，且第一三极管的发射极分别与自举电容的一端、自举二极管的负端相连；第一三极管的集电极依次串联第二二极管和第三电阻的一端，并与第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟锋，钟锐，刘海龙，陈磊，刁龙，陆生礼，时龙兴，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：实用新型
国别省市：