本发明专利技术公开一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路和方法，通过对电机转速、绕组电流和回流时间进行实测，得到回流时间查找表并存储在微处理器内存中，在换相回流阶段，通过对电机转速和绕组电流的采样作为内置回流时间表的输入信号，利用回流时间表查找到对应的回流时间大小，作为微处理器控制回流管的时间依据，实现在开关磁阻电机换相回流阶段对回流功率管栅极的控制，为开关磁阻电机的同步整流的实现提供可靠的安全保障。本发明专利技术由下列部分组成：微处理器，同步整流回流管功率变换器电路电流采样电路，电流放大电路，开关磁阻电机位置传感器。本发明专利技术的方法和电路具有易于实现，工作稳定，且成本低廉等优点。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路和方法，通过对电机转速、绕组电流和回流时间进行实测，得到回流时间查找表并存储在微处理器内存中，在换相回流阶段，通过对电机转速和绕组电流的采样作为内置回流时间表的输入信号，利用回流时间表查找到对应的回流时间大小，作为微处理器控制回流管的时间依据，实现在开关磁阻电机换相回流阶段对回流功率管栅极的控制，为开关磁阻电机的同步整流的实现提供可靠的安全保障。本专利技术由下列部分组成：微处理器，同步整流回流管功率变换器电路电流采样电路，电流放大电路，开关磁阻电机位置传感器。本专利技术的方法和电路具有易于实现，工作稳定，且成本低廉等优点。【专利说明】—种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路及方法
本专利技术涉及一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路及其控制方法，能够在没有霍尔电流传感器精确计算回流时间，从而实现在开关磁阻电机换相回流阶段对回流功率管栅极的控制，解决了回流阶段电流归零点难以定量计算从而造成驱动信号的关断时刻难以确定的问题，属于电机控制领域。
技术介绍
开关磁阻因为其电机结构简单，坚固，制造工艺简单，成本低，性能稳定，能工作在各种恶劣、高温甚至是振动的工作环境中，而广泛运用在家用电器，伺服与调速系统，牵引电机，高转速电机等行业。SRD已列入我国中、小型电机“八五”，“九五”，“十五”科研规划项目，我国多家研究机构都对开关磁阻电机展开过深入的研究。开关磁阻电机驱动系统由电机，控制器，功率变换器，电流位置检测等部分组成，其中每个部分对电机的高效运行都有着不可或缺的作用。其中功率变换器是电机运行时的能量供给者，是连接电机绕组和电源的功率开关器件，其对电机正常高效运行起着重要作用，目前功率变换器件有着多种拓扑结构，但每种拓扑结构都包含两个部分:功率开关部分以及续流及回流部分。相比于其他直流电机，开关磁阻电机的工作电流要大，故传统的开关磁阻功率变换器在回流及续流过程中，由于在大电流的工作状态下回流管及续流管存在较大的工作损耗，并产生大量的热积累，造成电机控制系统由于产生过多的热量无法散去而造成系统的过热，容易造成在某些极限情况下功率管的热击穿，对整个电机系统的稳定性存在一定的隐患和影响。为解决回流管和续流管的损耗大温度高的问题，目前已出现开关磁阻电机续流管运用同步整流技术进行改造的成功案例，即利用功率管的沟道电阻替代二极管进行续流，利用较低的沟道阻值降低续流损耗、降低工作温度；但对于回流功率管的同步整流技术由于存在回流状态下电流归零时间无法定量计算而在具体应用上仍有障碍。图3所示为无霍尔电流传感器的开关磁阻电机系统在回流阶段电机绕组内电流的回流路线，本系统采用采样电阻采样绕组电流，从图3可以看出，在回流阶段，绕组中电流经回流功率管、电源、续流功率管和绕组形成回路,此时系统的电流采样电路并不能够检测到绕组中的电流信息，故对于微处理器而言无法合理控制的回流管的开关。
技术实现思路
本专利技术针对在基于采样电阻的电流采样方式下开关磁阻电机同步整流技术的回流功率管关断时间难以定量计算的问题，提出了一种方案，能够对回流阶段电流归零点进行定量计算，从而准确判定回流功率管的关断时刻。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路，包括:32位的微处理器1、电流采样电路3、采样放大电路4、位置信号传感器5、功率变换器2 ;其中微处理器I内置回流时间模块13，电流采样电路3采用采样电阻Rl，测量电机各相电流后输入到电流采样放大电路4，经放大后输入到微处理器I的模数转换ADC模块12 ;位置信号传感器5测量电机转子位置，以及利用位置信号计算当前电机转速，并把位置信息输入到微处理器I输入输出模块；微处理器I根据电机电流和电机位置控制功率变换器2的状态。微处理器I包括通用输入输出GPIO模块11、ADC模块12，回流时间表13 ；GP10模块11接收来自位置传感器5的电机转子位置信号，分别向功率变换器2的上开关功率管Tl、下开关功率管T2、续流功率管T3和回流功率管T4输出驱动控制信号；ADC模块12接收来自电流放大电路4输出的模拟电流信号，回流时间表13在回流时刻,计算回流时间大小用于GPIO模块12控制回流功率管T4。功率变换器包括上开关功率管Tl、下开关功率管T2、续流功率管T3和回流功率管T4。上开关功率管Tl受微处理器GPIO模块11输出的上开关功率管驱动控制信号控制，下开关功率管T2受微处理器GPIO模块11输出的下开关功率管驱动控制信号控制，续流功率管T3受微处理器GPIO模块11输出的续流功率管驱动控制信号控制，回流功率管T4受微处理器GPIO模块11输出的回流功率管驱动控制信号控制。电流采样电路3包括第一电阻R1，其为高精度低温度系数的采样电阻，该电阻与由功率变换器2的下开关功率管T2的源极和地分别连接。电流放大处理电路4包括第二电阻R2、第三电阻R3和第一运算放大器41 ;第一运算放大器41的正端与电流采样电路3中的第一电阻Rl的一端及下开关管T2的源端相连，第一运算放大器41的负端与第二电阻R2和第三电阻R3的连接点相连，第二电阻R2的另一端与地相连，第一运算放大器41的输出端与第三电阻R3的另一端相连后形成米样放大信号，并向微处理器I输出。上述电路结构中的关键在于两点: 第一点，微处理器内置了回流时刻电机转速、绕组峰值电流和对应回流时间的回流时间表，其输入变量为转速和电流，输出变量为回流时间。该表内置于处理器内存中，在换相回流时刻，通过电机转速和绕组峰值电流查找该表得到回流时间，该时间作为回流功率管的导通时间，用于微处理器GPIO管脚对回流功率管的控制。该回流时间表通过大量实测得到。第二点，电流采样电路中的采样电阻的位置在于其串联在下开关功率管源极和地的回路中，使得其在电机工作于励磁和续流时可以通过流经其上的电流在其自身两端形成的电压来反映绕组电流的大小。为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种基于采样电阻的电流采样方式下定量计算回流时间的方法。该方法包括如下步骤:回流功率管T4的驱动控制信号常态为关断状态，电机根据绕组中电流和转子位置信息控制功率变换器2的上开关功率管Tl、下开关功率管T2和续流功率管T3的工作状态；当电机根据转子位置信息检测到当前操作为换相时，微处理器GPIO模块11关断上开关功率管Tl、下开关功率管T2的驱动控制信号，经过一段时间死区延迟后，微处理器GPIO模块11打开回流管T4的驱动控制信号，在这段死区延迟内，微处理器ADC模块12采样绕组电流和转速，并通过回流时间表13查找计算出回流时间大小，并以此作为微处理器GPIO模块11控制回流功率管T4关断的时间依据，当回流时间结束后，微处理器GPIO模块11关断回流功率管T4的驱动控制控制信号，回流功率管T4关断。该方法的关键在于利用微处理器内置回流时刻电机转速、绕组峰值呈一定关系的回流时间表，该回流时间表输入信号为换相回流时刻电机转速和绕组峰值电流，输出信号为回流时间大小。在各种情况下，通过测试出回流时间、电机转速和电机峰值电流大小等多组数据，得到回流时间和电机转子位本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于同步整流技术的开关磁阻电机控制器的低成本回流管控制电路，所述电路包括内置回流时间计算模块的32位微处理器（1）；同步整流回流管功率变换器（2），电阻采样的电流采样电路（3），电流放大电路（4），位置信号传感器（5），其特征在于：其中电流采样电路（3）采用电阻采样（R1），其采样电机相绕组电流并输出到电流放大电路（4）放大后输入到微处理器（1）中，微处理器（1）根据电流等信息控制功率变换器（2）的状态；位置信号传感器（5）用于采样电机转子位置信息并输入到微处理器（1）中，微处理器（1）根据输入的位置信息控制功率变换器（2）的状态，以及利用位置信号计算当前电机的转速；在换相回流时刻，绕组中电流大小和电机转速作为输入变量输入到处理器回流时间计算模块当中，通过查找内置回流时间表计算出回流时间大小；同步整流回流管功率变换器（2）是电机的能量转换器件。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：钟锐，赵荣渟，刁龙，屈严，孙伟锋，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
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