[发明专利]直流起动发电一体化功率变换器及其控制方法

权利要求书

1.一种直流起动发电一体化功率变换器，其特征在于包括起动发电机、三相变换器、外部直流电源、电压和电流检测与信号调理电路、AD转换电路、FPGA电路和栅极驱动电路；所述起动发电机与三相变换器连接，所述三相变换器与外部直流电源连接，所述电压和电流检测与信号调理电路的检测输入端连接在起动发电机与三相变换器之间，输出端连接AD转换电路，所述AD转换电路连接FPGA电路，所述FPGA电路连接栅极驱动电路，所述栅极驱动电路连接三相变换器；

所述三相变换器主要由6个MosFET及其反并联体二极管组成，MosFET双向可控导通，体二极管单向导通，6个MosFET在起动逆变模式下构成逆变电路，在发电整流模式下构成整流电路；在发电整流模式下，FPGA电路根据电压和电流检测与信号调理电路检测的电机电枢电压和电流，判断三相变换器中MosFET的体二极管的导通状态，控制MosFET在体二极管导通后滞后一段时间开通，替代体二极管实现整流功能，并在体二极管关断之前将MosFET关断。

2.如权利要求1所述的直流起动发电一体化功率变换器，其特征在于所述FPGA电路包括AD读逻辑单元、整流开关控制逻辑单元、起动逆变控制逻辑单元和三态门；所述AD读逻辑单元的输入端连接AD转换电路的输出端，AD读逻辑单元的一个输出端连接整流开关控制逻辑单元的输入端，另一个输出端连接起动逆变控制逻辑单元的输入端，所述整流开关控制逻辑单元和起动逆变控制逻辑单元的输出端分别连接至所述三态门的两个输入端，所述三态门的输出端连接至所述栅极驱动电路。

3.根据权利要求2所述的直流起动发电一体化功率变换器的控制方法，其特征在于：

在起动逆变工作模式下，由起动逆变控制逻辑单元完成电机矢量控制算法，即在旋转坐标下完成电枢电流在d轴和q轴的闭环控制，同时在静止坐标下完成空间电压矢量调制；

在发电整流工作模式下，MosFET的体二极管先导通，接着整流开关控制逻辑单元驱动MosFET导通，并在体二极管关断之前关断MosFET。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于：在发电整流工作模式下，根据实时检测的发电机三相电枢电压和三相电枢电流，判断MosFET的体二极管的导通状态，控制MosFET在体二极管导通后滞后一段时间开通，并在体二极管关断之前将MosFET关断。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在发电整流工作模式下，在判断MosFET的体二极管的导通状态时，加入一个电流阀值ΔI，当某相电流大于-ΔI且小于ΔI时，判定该相桥臂上管MosFET的体二极管不导通，当某相电流大于ΔI时，判定该相桥臂上管MosFET的体二极管导通，当某相电流小于-ΔI时，判定该相桥臂下管MosFET的体二极管导通；在进行提前关断MosFET判断时，加入一个电压阀值ΔU，当某相电压与另两相任一相电压之差小于ΔU，关断该相桥臂上管MosFET，当某相电压与另两相任一相电压之差大于-ΔU，关断该相桥臂下管MosFET。

6.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于：在发电整流工作模式下，当检测到电枢电流流进某相桥臂时，判定该相桥臂的上管MosFET的体二极管导通；当检测到电枢电流流出某相桥臂时，判定该相桥臂的下管MosFET的体二极管导通；当检测到某相电枢电压高于另外两相电枢电压时，判定该相桥臂的上管MosFET的体二极管具有导通的条件；当检测到某相电枢电压低于另外两相电压时，判定该相桥臂的下管MosFET的体二极管具有导通的条件。