[发明专利]一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器

摘要

一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器，包括三个功率开关管、三个续流二极管、一个三路耦合电感、母线电压传感器、母线电流传感器、数字控制器、线反电动势过零点信号检测电路、三相桥式逆变器与高速电动机。直流电经功率开关管和续流二极管斩波后由三路耦合电感滤波，滤波后的直流电能由母线电压传感器和母线电流传感器检测后输入到三相桥式逆变器与高速电动机。数字控制器接收母线电压传感器、母线电流传感器输出的两路模拟信号和三路线反电动势过零点信号进行逻辑运算后输出三路PWM移相信号进行交错并联Buck变换器输出电能跟踪控制。本发明有效地解决了高速电动机控制用电力电子变换问题，对高速电动机控制研究有重要的应用价值。

主权项

一种高速电动机控制用交错并联Buck变换器，其特征在于：包括三个功率开关管(1)、三个续流二极管(2)、一个三路耦合电感(3)、母线电压传感器(4)、母线电流传感器(5)、数字控制器(6)、线反电动势过零点信号检测电路(7)、三相桥式逆变器与高速电动机(8)；直流电经功率开关管(1)和续流二极管(2)斩波后由三路耦合电感(3)滤波，经滤波后的直流电压由母线电压传感器(4)检测，并与母线电流传感器(5)串联后输入到三相桥式逆变器与高速电动机(8)；母线电压传感器(4)输出电压模拟信号和母线电流传感器(5)输出电流模拟信号共两路模拟信号送入数字控制器(6)的AD转换接口进行模数转换；数字控制器(6)采用主DSP和从DSP结构；数字控制器(6)从DSP的CAP接口捕获线反电动势过零点信号检测电路(7)输出的三路过零点信号；数字控制器(6)主DSP的PWM接口向三个功率开关管(1)输出三路相同占空比、相同频率的移相PWM信号，实现三个功率开关管(1)依次分别导通，进而实现三相桥式逆变器与高速电动机(8)直流母线电压和电流调制，采用所述的高速电动机控制用交错并联Buck变换器，实现交错并联Buck变换器的调制方法，包括以下步骤：步骤一，数字控制器(6)初始化，即完成程序和数据存储器空间的分配；步骤二，控制模式选择；数字控制器(6)从DSP芯片的CAP接口捕获线反电动势过零点信号检测电路(7)输出的三路过零点信号，根据过零点信号频率计算出电机当前转频；假设数字控制器(6)所计算得到的电动机当前转频为f，所设定的电动机额定转频为fn，数字控制器(6)判断f和fn之间的倍数关系进行控制模式选择；如果f≥0.1*fn，则交错并联Buck变换器采用恒压输出模式，否则，采用恒流输出模式；在交错并联Buck变换器恒流输出模式中，数字控制器(6)执行电流闭环控制模块，控制三相桥式逆变器直流母线电流；步骤三，恒流输出模式和恒压输出模式选择；在交错并联Buck变换器恒流输出模式中，数字控制器(6)执行电流闭环控制模块；数字控制器(6)主DSP芯片实时检测逆变器母线电流，并判断母线电流检测值是否等于母线电流设定值；如果检测值不等于设定值，则同时调节功率开关管(1)的占空比，根据所接收到的三路相同占空比、相同频率的移相PWM信号，进行逆变器母线电流控制；如果检测母线电流值等于设定值，则数字控制器(6)进入步骤四，执行速度闭环控制模块；在交错并联Buck变换器恒压输出模式中，数字控制器(6)执行电压闭环控制模块，控制逆变器母线电压；在电压闭环控制模块中，数字控制器(6)主DSP芯片实时检测逆变器母线电压，并判断母线电压检测值是否等于母线电压设定值；如果检测值不等于设定值，则调节功率开关管(1)的占空比，进行逆变器母线电压控制；如果检测母线电压值等于设定值，则数字控制器(6)进入步骤四，执行速度闭环控制模块；步骤四，速度闭环控制模块；在速度闭环控制模块中，数字控制器(6)的从DSP芯片CAP接口捕获三路线反电动过零点信号，并根据过零点信号频率计算出电动机当前转频f；步骤五，调节完成或者重新选择控制模式；假设电动机给定转频为fref，从DSP芯片对比f与fref之间的倍数关系判断交错并联Buck变换器调节是否成功；如果f≤0.1％*fref，则表明交错并联Buck变换器调节成功；否则，数字控制器(6)返回到步骤二，根据f与0.1*fn之间的数值大小关系重新进行交错并联Buck变换器控制模式选择，再次进行电流闭环控制或者电压闭环控制。