冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构制造技术

本发明专利技术提供了一种冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构，属于高可靠性电机驱动控制系统领域，包含双电源、N个H桥、保险丝和重构开关等。其特征在于：正常工作时每相采用独立H桥驱动拓扑结构，它通过驱动拓扑结构上的重构开关的打开或者关闭来实现驱动拓扑结构的重构，即在电源、功率管和重构开关发生开路或短路故障时能够通过重构开关将故障进行隔离，并根据故障类型和需要可以将每相独立H桥驱动拓扑结构重构成星形驱动拓扑，最终实现故障容错功能，提高电机驱动控制系统的可靠性。本发明专利技术不仅供电灵活，而且能够快速、方便地将故障隔离并进行硬件重构，具有快速、容错能力强、使用灵活、无需额外容错算法、可靠性高等优点。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了一种冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构，属于高可靠性电机驱动控制系统领域，包含双电源、N个H桥、保险丝和重构开关等。其特征在于：正常工作时每相采用独立H桥驱动拓扑结构，它通过驱动拓扑结构上的重构开关的打开或者关闭来实现驱动拓扑结构的重构，即在电源、功率管和重构开关发生开路或短路故障时能够通过重构开关将故障进行隔离，并根据故障类型和需要可以将每相独立H桥驱动拓扑结构重构成星形驱动拓扑，最终实现故障容错功能，提高电机驱动控制系统的可靠性。本专利技术不仅供电灵活，而且能够快速、方便地将故障隔离并进行硬件重构，具有快速、容错能力强、使用灵活、无需额外容错算法、可靠性高等优点。【专利说明】冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构
本专利技术涉及冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构，属于高可靠性电机驱动控制系统领域。
技术介绍
为了提高电机驱动系统的可靠性，通常每相采用独立H桥驱动拓扑结构，或者采用冗余桥臂的星形驱动拓扑结构，这两种驱动拓扑结构的缺点是只能对一定的故障具有容错能力，比如只能对绕组开路和功率管开路进行容错，而对供电系统和功率管的短路故障无能为力；而且它们一般是结构固化的，不能根据故障类型进行结构重构，从而不可避免的具有容错功能单一、需额外容错控制算法等缺点。本专利技术提出了冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构，正常工作时每相采用独立H桥驱动拓扑结构，在发生故障时能够通过重构开关将故障进行隔离，根据故障类型和需要可以将每相独立H桥驱动拓扑结构重构成星形驱动拓扑，不仅克服了上述两种驱动拓扑结构的缺点，不需要过多的容错控制算法，只要控制重构开关的打开和关闭，就能实现对供电系统、功率管和重构开关的开路和短路故障的容错能力，而且能够实现故障前后性能相差无几，在快速性、可靠性、容错能力和灵活性等方面均优于上述两种类型容错驱动拓扑结构。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种快速、容错能力强、使用灵活、可靠性高的容错驱动拓扑结构。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案，含有:双电源、N个H桥、保险丝和重构开关等，其中:双电源VDCl和VDC2，即形成冗余电源结构，各设有正、负输出端，分别接冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的正、负电源输入端，正常工作时可以单电源或者双电源工作，在某一个电源发生故障或者当发生功率管故障，驱动拓扑结构需要进行重构时，可通过重构开关将某个电源从驱动拓扑结构上隔离开来；N个H桥，每个H桥各由四个功率管(MOSFET) T_Xt、T_Xb、T_xt、T_xb组成，这里的X代表每相的左边桥臂，相应的X代表每相的右边桥臂，t表不上管(top), b代表下管(bottom)，其他相类似表示，根据电机的相数确定需要的独立H桥数量N，所述每个功率管由三个功能管脚-栅极、漏极和源极组成，所述每个功率管的栅极由控制器控制其打开或者关闭，所述T_Xt和T_xt的漏极接保险丝F_X或F_x的一端，它们的源极分别接所述T_Xb和T_xb的漏极以及每相绕组的两端；保险丝包括主路保险丝和每个桥臂保险丝，为保护供电电源，靠近供电电源端的主路保险丝为F_M1和F_M2，所述主路保险丝F_M1和F_M2的一端分别接电源VDCl和VDC2的正端，所述F_M1和F_M2的另外一端分别接重构开关Tl和T2的漏极，并且每个桥臂上串联一个保险丝F_X或F_x，X代表每相的左边桥臂，相应的X代表每相的右边桥臂，所述F_X或F_x —端接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的电源正端，另外一端接所述T_Xt*T_xt的漏极用于防止桥臂发生短路故障时，保护其他桥臂上和主路保险丝；重构开关由8个IGBT组成，表示为T1-T8，所述IGBT中每个Tx，χ=1_8，由三个功能管脚-栅极、漏极和源极组成，所述它们的栅极均有控制器控制它们打开还是关闭，其中所述Tl和Τ2用于控制所述电源VDCl的输出，所述Τ3和Τ4用于控制所述电源VDC2的输出，所述Tl和Τ3的漏极分别接所述主路保险丝F_M1和F_M2的正端，所述Tl和T3的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的正端，所述T2和T4的漏极分别接冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的负端，所述T2和T4的源极分别接所述电源VDCl和VDC2的负端，所述T5和T7的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构左半部分的正端和负端，所述T5和T7的漏极分别通过二极管Dl和D3接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构右半部分，所述T6和T8的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的右半部分，所述T6和T8的漏极分别通过二极管D2和D4分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的左半部分，用于重构左、右桥臂供电来自VDCl或者VDC2 ；以四相永磁容错电机为例，所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构按以下步骤进行重构工作以隔离驱动拓扑结构故障:a.所述双电源VDCl和VDC2分别通过保险丝F_M1、重构开关T1、T2和F_M2、重构开关T3、T4连接到每个独立H桥的左、右两个桥臂上，所述每个独立H桥由4个功率管组成，分别表示为T_Xt、T_Xb、T_xt和T_xb，其中X表示左边桥臂，X表示右边桥臂，X和X取决于相数的多少，在四相永磁容错电机中分别可取A、B、C、D和a、b、c、d，t代表桥臂上面功率管，b代表桥臂下面功率管，H桥的两个中点分别和外部电机的每相绕组两个端子相连，见图1 ;所述重构开关T5、T6、T7和Τ8以及D1、D2、D3和D4用于在左右桥臂采用不同电源供电时提供电流通路，同时在驱动拓扑结构由独立H桥重构成星形驱动拓扑结构时，可将重构侧功率管从电源端断开，见图2和图3 ；b.所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的故障类型及故障容错重构真值表见表1，当发生单电源短路2型故障以及功率管发生开路或者短路故障时，需要将驱动拓扑从独立H桥重构成星形驱动拓扑结构，其他故障类型及故障容错重构真值表以及相应的功率管重构真值表分别见表I和表2 ;c.为了说明驱动拓扑从独立H桥如何重构成星形驱动拓扑结构，现给出示例，其他类似故障亦如此处理。假设正常工作时采用所述双电源VDCl和VDC2供电，当检测到所述A相左边桥臂下面功率管T_Ab发生开路故障，为了使得故障容错前后，电机输出转矩相差无几，由表I和表2可知，此时故障类型是(11)，可以将所述电源VDCl从驱动拓扑结构上隔离开，即关闭重构Tl和T2，同时关闭另外三相所述左边桥臂下面功率管T_Bb、T_Cb和T_Db，并且打开四相所述左边桥臂上面功率管T_At、T_Bt、T_Ct和T_Dt，这样就将四相绕组左边端点连接在一起了，这样驱动拓扑结构就从独立H桥重构成星形驱动拓扑结构了，见图2 ;假设正常工作时采用所述双电源VDCl和VDC2供电，当检测到所述A相左边桥臂下面功率管T_Ab发生短路故障，为了使得故障容错前后，电机输出转矩相差无几，由表I和表2可知，此时故障类型是(12)，可以将所述电源VDCl从驱动拓扑结构上隔离开，即关闭重构Tl和T2，同时打开另外三相所述左侧桥臂下面功率管T_Bb、T_Cb和T_Db，并且关闭四相所述左侧桥臂上面功率管T_At、T_Bt、T_Ct和T_Dt，这样就将四相绕组左边端点连接在一本文档来自技高网...

【技术保护点】
冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构，其特征在于，含有：双电源、N个H桥、保险丝和重构开关，其中：双电源VDC1和VDC2，各设有正、负输出端，分别接冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的正、负电源输入端；N个H桥，每个H桥各由四个功率管T_Xt、T_Xb、T_xt、T_xb组成，这里的X代表每相的左边桥臂，相应的x代表每相的右边桥臂，t表示上管，b代表下管，其他相类似表示，根据电机的相数确定需要的独立H桥数量N，所述每个功率管由三个功能管脚?栅极、漏极和源极组成，所述每个功率管的栅极由控制器控制其打开或者关闭，所述T_Xt和T_xt的漏极接保险丝F_X或F_x的一端，它们的源极分别接所述T_Xb和T_xb的漏极以及每相绕组的两端；保险丝包括主路保险丝和每个桥臂保险丝，为保护供电电源，靠近供电电源端的主路保险丝为F_M1和F_M2，所述主路保险丝F_M1和F_M2的一端分别接电源VDC1和VDC2的正端，所述F_M1和F_M2的另外一端分别接重构开关T1和T2的漏极，并且每个桥臂上串联一个保险丝F_X或F_x，X代表每相的左边桥臂，相应的x代表每相的右边桥臂，所述F_X或F_x一端接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的电源正端，另外一端接所述T_Xt或T_xt的漏极用于防止桥臂发生短路故障时，保护其他桥臂上和主路保险丝；重构开关由8个IGBT组成，表示为T1?T8，所述IGBT中每个Tx，x=1?8，由三个功能管脚?栅极、漏极和源极组成，所述它们的栅极均有控制器控制它们打开还是关闭，其中所述T1和T2用于控制所述电源VDC1的输出，所述T3和T4用于控制所述电源VDC2的输出，所述T1和T3的漏极分别接所述主路保险丝F_M1和F_M2的正端，所述T1和T3的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的正端，所述T2和T4的漏极分别接冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的负端，所述T2和T4的源极分别接所述电源VDC1和VDC2的负端，所述T5和T7的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构左半部分的正端和负端，所述T5和T7的漏极分别通过二极管D1和D3接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构右半部分，所述T6和T8的源极分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的右半部分，所述T6和T8的漏极分别通过二极管D2和D4分别接所述冗余电源可重构容错式驱动拓扑结构的左半部分，用于重构左右桥臂供电来自VDC1或者VDC2。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：司宾强，朱纪洪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：