[发明专利]一种超声驱动单元零电压-零电流软开关式驱动方法

说明书

一种超声电机零电压‑零电流软开关式驱动方法，涉及两相致动器的驱动技术领域。本发明是解决了传统超声电机驱动电路中损耗高、发热量大等问题。所提出的方法通过优化设计匹配电感感值大小、缓冲电容容值大小、死区时间数值和延迟时间数值，实现了串联电感与缓冲电容器间的谐振，进而使功率管可实现零电压和零电流开关。本发明两相伪全桥逆变的两个信号输入端连接电网，两相伪全桥逆变电路的两个信号输出端分别连接匹配电路的两个信号输入端，匹配电路的输出端分别用于连接两相超声电机。

技术领域

本发明涉及两相致动器的驱动技术，更具体地说，涉及用于控制两相超声电机的具有软开关能力的逆变电路及控制方法；本发明的方案特别适用于对两相超声电机驱动电路的优化设计中。

背景技术

现有超声波电机的驱动技术通常取决于逆变器，随着超声电机的出现及范围应用的扩大，现有驱动技术中所存在的问题在超声电机系统中的应用日益突出。

两相超声电机是一种新型的两相致动器，与传统的两相电磁电机相比，超声波电机在高位移灵敏度，精确的定位精度和输入电源切断时的高静止扭矩等方面具有很多优点，因此，超声电机在许多工业应用中被认为是传统电磁电机的优越替代品，特别是在精确定位应用中。然而，为了使超声电机得以正常工作，超声电机所需的电压频率通常较高，一般在20kHz以上，远远高于电磁电机的正常工作频率，如此高的工作频率对变频器的设计提出了挑战。超声电机广泛使用的逆变器包括全桥和推挽逆变器。在相同设计规格下，推挽逆变器的总线电压要比全桥逆变器的母线电压高出数倍，因此产生损耗，导致驱动器的能量传输效率受限。变压器引入的损耗大于全桥逆变器中额外开关管所引入的损耗。

综上所述，较高的开关损耗制约着超声电机驱动电路性能的提升，进而在一定程度上限制了超声电机系统的应用。

发明内容

本发明是为了解决传统逆变拓扑结构所设计出的超声电机驱动电路的损耗高、体积大、效率低等问题。一种超声电机零电压-零电流软开关式驱动方法，其特征在于，由具有软开关能力的两相伪全桥逆变电路(101)、匹配电路(102)、特定的匹配电感、缓冲电容、死区时间和延迟时间计算方法组成。

具有软开关能力的两相伪全桥逆变电路，其特征在于，其特征在于，具有软开关能力的两相伪全桥逆变电路(101)由六个功率开关管所组成，包括一号MOS管(Q₁)、二号MOS管(Q₂)、三号MOS管(Q₃)、四号MOS管(Q₄)、五号MOS管(Q₅)、六号MOS管(Q₆)、一号缓冲电容(C_Q2)、二号缓冲电容(C_Q4)、一号变压器(T_A)和二号变压器(T_B)，

一号MOS管(Q₁)的漏极、三号MOS管(Q₃)的漏极和五号MOS管(Q₅)的漏极相连，与两相伪全桥逆变电路(101)的直流母线正极相连，

二号MOS管(Q₂)的源极、四号MOS管(Q₄)的源极、六号MOS管(Q₆)的源极、一号缓冲电容(C_Q2)的一端和二号缓冲电容(C_Q4)的一端相连，与两相伪全桥逆变电路(101)的直流母线负极相连，

一号MOS管(Q₁)的源极、二号MOS管(Q₂)的漏极、一号缓冲电容(C_Q2)的另一端和一号变压器(T_A)初级绕组的一端相连，一号变压器(T_A)次级绕组与此端为同名端的一端作为两相伪全桥逆变电路(101)的第一电压输出端，