[发明专利]一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器

权利要求书

1.一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：它包括第一AC/DC电源转换电路、母线制动电路、第二AC/DC电源转换电路、功率控制模块和主控制模块；所述第一AC/DC电源转换电路和第二AC/DC电源转换电路分别将外部输入交流AC转换为DC功率部分及DC24V控制部分的直流电；所述DC24V控制部分的直流电输入所述主控制模块；所述DC功率部分的直流电经所述母线制动电路后输入所述功率控制模块，所述功率控制模块与所述主控制模块进行信息交互，由所述功率控制模块控制电机的高速主轴工作状态。

2.如权利要求1所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述功率控制模块包括母线过电压过电流保护电路、控制器过温保护电路以及由三个GaN半桥电路组成的三相两电平的逆变器；所述主控制模块向三个所述GaN半桥电路发送控制信号，所述逆变器在所述主控制模块控制下工作；所述母线过电压过电流保护电路和控制器过温保护电路的实时工作状态输出至所述主控制模块，所述主控制模块根据接收到的信号输出相应的控制信号，并进行显示。

3.如权利要求2所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：每个所述GaN半桥电路均包括半桥驱动芯片电路和GaN器件外围驱动电路；所述半桥驱动芯片电路包括驱动芯片、上拉使能电阻、第一电源旁路电容、第二电源旁路电容和硬件死区时间设定电阻；所述驱动芯片的使能引脚ENABLE与所述上拉使能电阻一端连接，所述上拉使能电阻另一端与所述第一电源旁路电容的一端、第二电源旁路电容的一端连接；所述第一电源旁路电容的另一端、第二电源旁路电容的另一端均接地；数据引脚DT经所述硬件死区时间设定电阻接地；所述驱动芯片的输出引脚与所述GaN器件外围驱动电路连接。

4.如权利要求3所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述GaN器件外围驱动电路包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂和下桥臂结构相同，所述上桥臂包括开通回路、关断回路、下拉电阻、6.8V稳压管、第三电阻、第四电阻和PNP三极管；所述开通回路包括第一电阻、回路磁珠和GaN器件；所述关断回路包括第二电阻、肖特基二极管、所述回路磁珠和GaN器件；所述第一电阻一端和第二电阻一端均与所述驱动芯片的输出端连接，所述第二电阻另一端与所述肖特基二极管负极连接；所述肖特基二极管正极与所述第一电阻另一端并联后，与所述回路磁珠一端连接，位于该连接线路上还并联设置有所述6.8V稳压管和下拉电阻，所述6.8V稳压管正极和下拉电阻一端均接地；所述回路磁珠另一端与所述GaN器件栅极连接，所述GaN器件源极与所述下桥臂中的GaN器件漏极连接，所述GaN器件漏极做出输出端；所述第三电阻一端和第四电阻一端均与所述驱动芯片的输出端连接，所述第三电阻另一端与所述PNP三极管基极连接，所述第四电阻另一端接地；所述PNP三极管发射极并联在所述回路磁珠另一端与所述GaN器件栅极之间，所述PNP三极管集电极接地。

5.如权利要求3或4所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述驱动芯片选用双路PWM输入芯片SI8233AD-D-IS或者单路PWM输入芯片SI8274GB4D-IS1。

6.如权利要求1所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述主控制模块包括核心处理器、处理器内核电源和显示模块；所述处理器内核电源把所述第二AC/DC电源转换电路输出的DC24V转变为所述显示模块和核心处理器的正常工作电压；所述核心处理器与所述功率控制模块进行信息交互。

7.如权利要求6所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述显示模块采用数码管和液晶显示模块。

8.如权利要求6所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述核心处理器采用的是XILNX公司的ZYNQ7000系列芯片。

9.如权利要求1所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述主控制模块与外设连接。

10.如权利要求9所述的一种基于GaN功率器件的超高速主轴控制器，其特征在于：所述外设包括外设IO连接接口、USB通讯模块、CAN通讯模块、RS232通讯模块、具有工业ModBus协议的RS485通讯模块以及具有工业ModBus协议的100M以太网通讯模块。