一種無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統技術方案

一種無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統涉及電機控制技術領域。本發明專利技術使用一個放置在母線電容與儲能元件之間的正母線或負母線上的電流傳感器檢測母線電流，根據母線電流重構獲得相電流，進而實現無刷直流電機電動和制動運行下的相電流單閉環同步整流控制或相電流內環和母線電流外環構成的雙閉環同步整流控制。本發明專利技術好處在于：同步整流控制利用MOSFET反向導通來取代二極管可提高系統效率；電流閉環控制可提高轉矩控制能力；僅需要一個電流傳感器，可降低成本；電流重構完全由軟件實現，方便應用。

Brushless DC motor single current sensor synchronous rectification control system

The utility model relates to a brushless DC motor single current sensor synchronous rectification control system, relating to the technical field of motor control. The invention uses a bus capacitor placed in storage and bus current sensors, the positive or negative bus, bus, bus current according to the reconstructed phase current, and then realize the double closed loop synchronous rectifier without phase current and electric braking operation of Brushless DC motor under the single closed loop synchronous whole flow control or current loop an outer ring and bus current control. The present invention is: synchronous rectifier control using MOSFET reverse conduction to replace the diode can improve the efficiency of the system; the current closed-loop control can improve the torque control ability; only one current sensor, the cost can be reduced; current reconstruction by software to realize convenient application.

【技術實現步驟摘要】
一種無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統
本專利技術涉及電機控制
，具體地說，涉及一種應用單電流傳感器的無刷直流電機同步整流控制系統。
技術介紹
低壓大電流是電動車輛無刷直流電機控制器的典型特征，普通二極管正向導通壓降大、續流損耗尤為突出，無法滿足低壓大電流下的高效率要求，而MOSFET因導通電阻低、開關時間短等特點，已成為低壓大電流功率控制器首選的器件，同步整流控制即利用這一特點通過MOSFET反向導通來取代二極管作為回路，從而提高系統效率。電動車輛在起動、加速以及制動的過程中需要電機驅動系統提供要求的驅動轉矩和制動轉矩，所以必須對轉矩進行閉環控制，即需對無刷直流電機的相電流進行閉環控制。傳統的方法是直接通過電流傳感器檢測相電流，有時還需要檢測母線電流，這樣構成的系統需要多個傳感器，成本較高，同時也增大了驅動裝置的體積。如：文獻“無刷直流電機雙閉環控制系統的設計”(電源學報，2014/02)通過三個電流傳感器直接檢測無刷直流電機三相電流實現轉速、相電流的雙閉環控制系統；文獻“分段式滑模變結構無刷直流電機直接轉矩控制”(儀器儀表學報，2013/11)通過兩個電流傳感器檢測無刷直流電機兩相電流，根據已檢測的兩相電流推導第三相電流，從而完成相電流閉環控制，即便電流傳感器數量已減小，但與單電流傳感器相比還是成本較高。也有采用單電流傳感器進行無刷直流電機相電流的檢測，如文獻“無刷直流電機換相力矩波動抑制”(電機與控制學報，2008/03)通過改變傳統的三相功率橋拓撲結構實現，但增加了控制器硬件的復雜程度，也提高了系統成本。
技術實現思路
本專利技術在無刷直流電機傳統三相功率橋拓撲結構基礎上，通過母線電容與儲能元件之間的一個電流傳感器檢測母線電流，并根據該母線電流重構獲得相電流，從而實現電動和制動運行下的相電流單閉環或相電流與母線電流的雙閉環同步整流控制，可降低電機控制器成本及功耗并提高轉矩控制能力。本專利技術所采用的技術方案：無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統，包括：控制器，儲能元件，電流傳感器，母線電容，三相功率橋，無刷直流電機；其中控制器包含母線電流調節器，相電流重構單元，相電流調節器，PWM調制器；無刷直流電機的三相繞組與三相功率橋的三個半橋臂相連；三相功率橋與母線電容和儲能元件的正負母線并聯在一起；電流傳感器放置在母線電容與儲能元件之間的正母線或負母線上用于檢測母線電流；母線電流輸入給控制器中的相電流重構單元和母線電流調節器；母線電流給定量輸入到母線電流調節器，母線電流調節器輸出信號到相電流調節器；相電流給定量輸入到相電流調節器，相電流重構單元輸出信號到相電流調節器；無刷直流電機的轉子位置信號和相電流調節器的輸出信號輸入給PWM調制器，PWM調制器輸出PWM信號給三相功率橋。所述控制系統適用于無刷直流電機同步整流控制下的電動運行和制動運行，具有兩種閉環控制方式：一種是相電流單閉環控制，相電流調節器的輸入為相電流給定量與相電流重構單元輸出信號的偏差；另一種是相電流內環和母線電流外環構成的雙閉環控制，母線電流調節器的輸入為母線電流給定量與母線電流的偏差，相電流調節器的輸入為母線電流調節器的輸出信號與相電流重構單元輸出信號的偏差。根據轉子位置信號決定換相時刻，無刷直流電機每次只有兩相導通，其中一相為正向導通，另一相為反向導通，形成一個回路，采用如下兩種同步整流控制方法；同步整流控制方法1：控制無刷直流電機正向導通相繞組連接的三相功率橋橋臂上下開關管互補PWM斬波，負向導通相繞組連接的三相功率橋橋臂下開關管保持恒導通；同步整流控制方法2：控制無刷直流電機正向和負向導通相繞組分別連接的三相功率橋橋臂上下開關管互補PWM斬波，并且正向導通相繞組連接的橋臂上開關管與負向導通相繞組連接的橋臂下開關管為相同PWM斬波；采用同步整流控制方法1時，母線電流Is和相電流Iph存在關系：D×Iph＝Is，其中D為開關管PWM占空比；采用同步整流控制方法2時，母線電流Is和相電流Iph存在關系：(2D-1)×Iph＝Is，其中D為開關管PWM占空比；所述控制系統中相電流重構單元使用的是一個PWM周期內電流的平均值形式，為獲得母線電流在一個PWM周期內的平均值，采取如下的采樣方式：在正向導通相繞組連接的三相功率橋橋臂上開關管一個PWM周期中導通時間的一半處采樣母線電流Is。本專利技術的好處在于：同步整流能降低續流器件上的功率損耗，提高系統效率；只使用一個電流傳感器，成本較低；利用重構得到的相電流可實現無刷直流電機相電流單閉環控制，也可實現相電流內環和母線電流外環構成的雙閉環控制，可提高轉矩控制能力，并能有效控制儲能元件的輸入輸出電流以延長其壽命。附圖說明下面將結合附圖對本專利技術作進一步說明。圖1為無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統結構；圖2為無刷直流電機電動運行或制動運行時的同步整流控制方法1；圖3為無刷直流電機電動運行或制動運行時的同步整流控制方法2；圖4為無刷直流電機電動運行時采用同步整流控制方法2的電流回路；具體實施方式以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式進行詳細說明。如圖1所示，無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統，包括：控制器1，儲能元件2，電流傳感器3，母線電容4，三相功率橋5，無刷直流電機6；其中控制器包含母線電流調節器1-1，相電流重構單元1-2，相電流調節器1-3，PWM調制器1-4；無刷直流電機6的三相繞組與三相功率橋5的三個半橋臂相連；無刷直流電機6的三相繞組分別為A、B、C，其中A相繞組連接的三相功率橋5橋臂上下開關管分別為V1和V2，B相繞組連接的三相功率橋5橋臂上下開關管分別為V3和V4，C相繞組連接的三相功率橋5橋臂上下開關管分別為V5和V6；三相功率橋5與母線電容4和儲能元件2的正負母線并聯在一起；電流傳感器3放置在母線電容4與儲能元件2之間的正母線或負母線上用于檢測母線電流Is；母線電流Is輸入給控制器1中的相電流重構單元1-2和母線電流調節器1-1；母線電流給定量Is*輸入到母線電流調節器1-1，母線電流調節器1-1輸出信號Iph*到相電流調節器1-3；相電流給定量Iph*輸入到相電流調節器1-3，相電流重構單元1-2輸出信號Iph到相電流調節器1-3；無刷直流電機6的轉子位置信號H1/H2/H3和相電流調節器1-3的輸出信號輸入給PWM調制器1-4，PWM調制器1-4輸出PWM信號給三相功率橋5；所述控制系統適用于無刷直流電機6同步整流控制下的電動運行和制動運行，具有兩種閉環控制方式：一是相電流單閉環控制，相電流調節器1-3的輸入為相電流給定量Iph*與相電流重構單元1-2輸出信號Iph的偏差；二是相電流內環和母線電流外環構成的雙閉環控制，母線電流調節器1-1的輸入為母線電流給定量Is*與母線電流Is的偏差，相電流調節器1-3的輸入為母線電流調節器1-1的輸出信號Iph*與相電流重構單元1-2輸出信號Iph的偏差；在電動運行或制動運行下，無刷直流電機6根據轉子位置信號H1/H2/H3給出控制系統的換相時刻，電機每次只有兩相導通，其中一相為正向導通，另一相為反向導通，形成一個回路，采用同步整流控制方法1或同步整流控制方法2進行控制，如圖2、3所示，假設無刷直流電機6兩相導通狀態為本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統，其特征在于包括：控制器(1)，儲能元件(2)，電流傳感器(3)，母線電容(4)，三相功率橋(5)，無刷直流電機(6)；其中控制器(1)包含母線電流調節器(1?1)，相電流重構單元(1?2)，相電流調節器(1?3)，PWM調制器(1?4)；無刷直流電機(6)的三相繞組與三相功率橋(5)的三個半橋臂相連；三相功率橋(5)與母線電容(4)和儲能元件(2)的正負母線并聯在一起；電流傳感器(3)放置在母線電容(4)與儲能元件(2)之間的正母線或負母線上用于檢測母線電流I

【技術特征摘要】
1.一種無刷直流電機單電流傳感器同步整流控制系統，其特征在于包括：控制器(1)，儲能元件(2)，電流傳感器(3)，母線電容(4)，三相功率橋(5)，無刷直流電機(6)；其中控制器(1)包含母線電流調節器(1-1)，相電流重構單元(1-2)，相電流調節器(1-3)，PWM調制器(1-4)；無刷直流電機(6)的三相繞組與三相功率橋(5)的三個半橋臂相連；三相功率橋(5)與母線電容(4)和儲能元件(2)的正負母線并聯在一起；電流傳感器(3)放置在母線電容(4)與儲能元件(2)之間的正母線或負母線上用于檢測母線電流Is；母線電流Is輸入給控制器(1)中的相電流重構單元(1-2)以獲得相電流Iph；無刷直流電機(6)的轉子位置信號和相電流調節器(1-3)的輸出信號輸入給PWM調制器(1-4)，PWM調制器(1-4)輸出PWM信號給三相功率橋(5)；所述控制系統具有兩種閉環控制方式：一是相電流單閉環控制，相電流調節器(1-3)的輸入為相電流給定量Iph*與相電流重構單元(1-2)輸出信號Iph的偏差；二是相電流內環和母線電流外環構成的雙閉環控制，母線電流調節器(1-1)的輸入為母線電流給定量Is*與母線電流Is的偏差，相電流調節器...

【專利技術屬性】
技術研發人員：許家群，李娟娟，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：北京,11