[发明专利]开关磁阻电机电容自举式驱动电路和驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关磁阻电机，尤其是开关磁阻电机的驱动电路和驱动方法。

背景技术

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。

传统的驱动方法主要为多电源驱动方法，也有专利报道采用自举二极管的单电源驱动方法。

在多电源驱动方法中，上、下功率开关管使用相互独立的电源，避免了因电机工作中线圈电压的升高从而使上开关管电压无法达到所需的开通电压。上、下开关管上驱动电压均由各自的电源提供。这种电路的缺陷在于，多电源电路结构复杂，电路成本高。而采用自举二极管形成的单电源驱动电路，其原理是设计了自举二极管和上、下管相对延时电路，利用二极管反向截止的原理，结合延时信号实现了先打开下开关管，然后打开上开关管的控制时序，以避免上、下开关管同时打开时电机线圈中将产生高电压，导致上开关管的基准电压比控制电源电压大，从而无法正常驱动上开关管的问题。这种电路的关键点在于利用了二极管的反向截止原理，但是问题是只能实现一次上开关管的打开动作，如果电机工作在脉宽调制(PWM)模式下，需要在一个换相周期内多次频繁打开上开关管时，由于二极管不是储能元件，因此无法提供后续的上开关管打开的电荷，从而不能正常连续工作。

发明内容

发明目的：针对上述现有存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种开关磁阻电机电容自举式驱动电路和驱动方法，能够使电机上开关管在只有单电源工作方式下也能正常工作，且在PWM模式下短时间频繁打开上开关管时能够利用电容储能原理持续提供多次开通电荷。

技术方案：为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为一种开关磁阻电机电容自举式驱动电路，包括上开关管驱动电路、下开关管驱动电路和自举电容电路；所述上开关管驱动电路连接第一开关管M1，下开关管电路连接第二开关管M2，第一开关管M1和第二开关管M2的漏极间连接相绕组L；所述上开关管驱动电路包括用于使上开关管栅极电压达到驱动电压的要求，从而导通上开关管的第一充电电路和用于使上开关管栅极电压下降到零，从而关闭上开关管的第一放电电路；所述下开关管驱动电路包括用于使下开关管栅极电压达到驱动电源电压值，从而导通下开关管的第二充电电路和用于使下开关管栅极电压下降到零，从而关闭下开关管的第二放电电路；所述自举电容电路用来使自举电容在下开关管导通，上开关管尚未导通时向上开关管的栅极充电到驱动电源电压，驱动上开关管导通。

所述第一充电电路可由第一三极管Q1、第二二极管D2和第三电阻R3构成，其中第一三极管Q1的集电极依次串联第二二极管D2和第三电阻R3。

所述第一放电电路可由第二三极管Q2和第四电阻R4构成，其中第四电阻R4两端分别连接第二三极管Q2的基极和集电极。第一电阻R1和第三开关管M3用于使能充电电路或者放电电路。

所述第二充电电路可由第三三极管Q3和第八电阻R8构成，其中第八电阻R8的一端连接第三三极管Q3的集电极。

所述第二放电电路可由第五三极管Q5构成。第四三极管Q4用于使能充电电路或者放电电路。

上述电路使得上、下开关管均能实时的跟随驱动信号实现开关动作，使电机能够正常工作。

本发明还公开了一种开关磁阻电机电容自举式驱动方法，包括如下步骤：

(1)先使下开关管驱动信号为低电平，下开关管打开一定时间，电源通过电机相绕组和下开关管对自举电容充电，使其达到驱动电源电压值；

(2)当上开关管驱动信号为高电平时，第一充电电路工作，自举电容上的电压加到上开关管栅极上使其导通；

(3)当上开关管驱动信号为低电平时，第一放电电路工作，对应上开关管的栅极电荷放电，上开关管关闭；