[发明专利]一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统及其控制方法

权利要求书

1.一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，包括：

控制单元，由DSP微控制器和FPGA模块组成的数字控制器，负责控制算法运算和换相的逻辑处理；

驱动单元，由驱动电路和三相全桥电路组成，其接受所述控制单元的输出信号，并且产生输入高速无刷直流电机的三相电压；

电流检测单元，用于电机相电流和直流母线电流的采样，经过处理后，传入控制单元；

位置检测单元，用于检测转子的实时位置和估计电机转速，传入控制单元。

2.根据权利要求1所述的一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，

所述的驱动电路是由三个半桥驱动电路组成的，驱动芯片采用NCP51820。

3.根据权利要求1所述的一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，

所述的三相全桥电路是由宽带隙半导体开关元件组成，所述宽带隙半导体是由氮化镓系材料构成。

4.根据权利要求3所述的一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，

所述的宽带隙半导体开关元件工作时的开关频率为80khz—200khz。

5.根据权利要求1所述的一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，

所述的电流检测单元包括电流采样电路和信号调理电路。

6.根据权利要求1所述的一种小电枢电感高速无刷直流电机低功耗驱动系统，其特征在于，

所述的位置检测单元包括有位置检测单元和无位置检测单元，所述有位置检测单元包括开关霍尔元件，所述的无位置检测单元包括基于虚拟中性点的电压检测模块。

7.根据权利要求1-6之一所述的一种小电枢电感的高速无刷直流电机低功耗驱动系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：通过所述位置检测单元获取位置信号，传入FPGA模块获取转子的实时位置θ和当前电机转速N，将当前电机转速N送入DSP微控制器，根据当前转速N与给定转速N_ref之间的差值，计算下一周期参考电流I_ref；

步骤2：通过电流检测单元获取无刷直流电机的直流母线电流I，根据直流母线电流I和电流参考值I_ref之间的差值，确定下一周期的电压参考值U_ref；

步骤3：根据逆变器开关损耗公式，P_{LOSS_SW}＝K*I_ref*U_ref*(T_on+T_off)*f_sw，确定开关损耗与开关频率之间的函数关系，其中P_{LOSS_SW}为逆变器开关损耗，K为常数，T_on为逆变器打开一次需要的时间，T_off为逆变器关闭一次需要的时间，f_sw为逆变器开关频率；

步骤4：综合考虑开关频率对电机铁芯损耗的影响，结合DSP微控制器中的离线损耗表，计算无刷直流电机总体损耗；

步骤5：给出无刷直流电机整体损耗最小的最优开关频率；

步骤6：根据步骤1中转子位置θ和步骤5中的最优开关频率，确定换向信号，对无刷直流电机进行PWM控制。