一種永磁同步電機的驅動電路及驅動方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及電機控制技術領域，更具體的說，涉及一種永磁同步電機的驅動電路 及驅動方法。
【背景技術】
[0002] 永磁同步電機（PMSM)由于其自身具有重量輕、體積小、結構簡單和功率密度高等 一些優(yōu)點，在日常生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國家經(jīng)濟發(fā)展中起到了重要的作用。由于永磁材料 性能的不斷提高和完善，以及電力電子器件的進一步發(fā)展，永磁同步電機的應用越來越廣 泛。在一些應用場合中希望能最大限度控制系統(tǒng)的成本，無位置傳感器技術省去了常規(guī)的 位置傳感器，如光電編碼盤、旋轉變壓器等設備，大大降低了系統(tǒng)的成本。傳統(tǒng)的無位置傳 感器的永磁同步電機的控制方案采用矢量控制，無位置傳感器的矢量控制可以實現(xiàn)較好的 永磁同步電機控制，但是存在算法復雜，計算量大，需要較高級的處理器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明提出了一種永磁同步電機的驅動電路及驅動方法，通過采樣永 磁同步電機的其中一相的電壓和電流信息來估算出對應相的反電勢信息，之后，將表征所 述反電勢信息的第一電壓信號和表征電流信息的電流采樣信號的角度差進行計算，以獲得 一角度差值信號，所述角度差值信號用以調(diào)節(jié)第一馬蹄形調(diào)制波的幅值，以控制轉子的電 流相位與第一馬蹄形調(diào)制波的相位相一致，使得每安培電流產(chǎn)生的轉矩最大。
[0004] 依據(jù)本發(fā)明的一種永磁同步電機的驅動電路，用以控制三相逆變器中開關管的開 關動作，以調(diào)節(jié)所述永磁同步電機的電流，所述驅動電路包括電流采樣電路、反電勢估算模 塊，轉矩調(diào)節(jié)電路；
[0005] 所述電流采樣電路采樣所述永磁同步電機的其中一相的轉子電流信息以獲得電 流米樣?目號；
[0006] 所述反電勢估算模塊接收所述電流采樣信號和表征該相轉子電壓信息的電壓采 樣信號，據(jù)此估算該相的反電勢信息，并輸出表征所述反電勢信息的第一電壓信號；
[0007] 所述轉矩調(diào)節(jié)電路接收所述電流采樣信號和所述第一電壓信號，并對所述第一電 壓信號和所述電流采樣信號的角度差進行計算，以獲得一角度差值信號，所述角度差值信 號用以調(diào)節(jié)第一馬蹄形調(diào)制波的幅值，以使得轉子的電流相位與所述第一馬蹄形調(diào)制波的 相位相一致，保證每安培電流產(chǎn)生的轉矩最大。
[0008] 進一步的，所述轉矩調(diào)節(jié)電路包括角度計算電路和PID調(diào)節(jié)器，
[0009] 所述角度計算電路接收所述第一電壓信號和所述電流采樣信號，并進行差值計算 以獲得所述角度差值信號；
[0010] 所述PID調(diào)節(jié)器接收所述角度差值信號和零角度信號，并據(jù)此產(chǎn)生一比例系數(shù)。
[0011] 優(yōu)選的，所述反電勢估算模塊利用滑模計算方式獲得所述反電勢信息，并通過開 關函數(shù)表征，在一個工作周期內(nèi)，所述反電勢信息表現(xiàn)為一個完整的正弦波。
[0012] 進一步的，所述驅動電路還包括PffM控制電路，所述PffM控制電路包括三相PffM控 制子電路，
[0013] 每一相PffM控制子電路均包括調(diào)制波產(chǎn)生電路、第一乘法電路和開關信號產(chǎn)生電 路，
[0014] 每一相的調(diào)制波產(chǎn)生電路根據(jù)預先設定的角速度產(chǎn)生固定頻率的第一馬蹄形調(diào) 制波，其中，三相的第一馬蹄形調(diào)制波相位互差120° ;
[0015] 每一相的第一乘法電路接收所述第一馬蹄形調(diào)制波和所述比例系數(shù)，以生成第二 馬蹄形調(diào)制波；
[0016] 每一相的開關信號產(chǎn)生電路接收所述第二馬蹄形調(diào)制波和一三角波信號，以產(chǎn)生 該相的PWM控制信號；
[0017] 所述該相的PffM控制信號用以控制三相逆變器中對應一相開關管的導通和關斷， 以調(diào)節(jié)所述三相逆變器加載到所述永磁同步電機上的電壓。
[0018] 優(yōu)選的，采樣對應相的轉子電壓信息以獲得所述電壓采樣信號，所述對應相與采 樣轉子電流信息的相為相同的一相。
[0019] 優(yōu)選的，所述驅動電路還包括第二乘法電路，所述第二乘法電路接收一正弦波信 號和所述比例系數(shù)，經(jīng)乘法運算后生成所述電壓采樣信號，其中，所述正弦波信號與所述第 一馬蹄形調(diào)制波相位相同。
[0020] 依據(jù)本發(fā)明的一種永磁同步電機的驅動方法，通過控制三相逆變器中開關管的開 關動作，以調(diào)節(jié)所述永磁同步電機中的電流，所述驅動方法包括以下步驟：
[0021] 采樣所述永磁同步電機的其中一相的轉子電流信息以獲得電流采樣信號；
[0022] 接收所述電流采樣信號和表征該相轉子電壓信息的電壓采樣信號，據(jù)此估算該相 的反電勢信息，并產(chǎn)生表征所述反電勢信息的第一電壓信號；
[0023] 接收所述電流采樣信號和所述第一電壓信號，并對所述第一電壓信號和所述電流 采樣信號的角度差進行計算，以獲得一角度差值信號，所述角度差值信號用以調(diào)節(jié)一馬蹄 形調(diào)制波的幅值，以使得轉子的電流相位與馬蹄形調(diào)制波的相位相一致，保證每安培電流 產(chǎn)生的轉矩最大。
[0024] 進一步的，接收所述第一電壓信號和所述電流采樣信號，并進行差值計算以獲得 所述角度差值信號；
[0025] 接收所述角度差值信號和零角度信號，經(jīng)比例積分微分調(diào)節(jié)器計算處理后產(chǎn)生一 比例系數(shù)。
[0026] 優(yōu)選的，利用滑模計算方式獲得所述反電勢信息，并通過開關函數(shù)表征，在一個工 作周期內(nèi)，所述反電勢信息表現(xiàn)為一個完整的正弦波。
[0027] 進一步的，根據(jù)預先設定的角速度產(chǎn)生固定頻率的第一馬蹄形調(diào)制波，三相的第 一馬蹄形調(diào)制波相位互差120° ;
[0028] 將每一相的所述第一馬蹄形調(diào)制波和所述比例系數(shù)相乘，以生成第二馬蹄形調(diào)制 波；
[0029] 將每一相的所述第二馬蹄形調(diào)制波和一三角波信號進行比較，以產(chǎn)生該相的PffM 控制信號；
[0030] 所述該相的PffM控制信號用以控制三相逆變器中對應一相開關管的導通和關斷， 以調(diào)節(jié)所述三相逆變器加載到所述永磁同步電機上的電壓。
[0031 ] 根據(jù)上述的永磁同步電機的驅動電路及驅動方法，通過采樣永磁同步電機的其中 一相的電壓和電流信息來估算出對應相的反電勢信息，之后，將表征所述反電勢信息的第 一電壓信號和表征電流信息的電流采樣信號的角度差進行計算，以獲得一角度差值信號， 所述角度差值信號用以調(diào)節(jié)第一馬蹄形調(diào)制波的幅值，以控制轉子的電流相位與第一馬蹄 形調(diào)制波的相位相一致，使得每安培電流產(chǎn)生的轉矩最大。本發(fā)明通過估算得出反電勢信 息，不需要復雜的坐標變換，算法簡單、易于實現(xiàn)。此外，本發(fā)明通過調(diào)節(jié)電機電流以改變電 機反電勢與相電流的相位差，以實現(xiàn)最大轉矩控制，電機效率高。
【附圖說明】
[0032] 圖1所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅動電路的第一實施例的電路框圖；
[0033] 圖2所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的等效模型電路圖；
[0034] 圖3所不為A相的反電勢和轉子位置信息的一種表述方式；
[0035] 圖4所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅動電路的第二實施例的電路框圖。
【具體實施方式】
[0036] 以下結合附圖對本發(fā)明的幾個優(yōu)選實施例進行詳細描述，但本發(fā)明并不僅僅限于 這些實施例。本發(fā)明涵蓋任何在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方 案。為了使公眾對本發(fā)明有徹底的了解，在以下本發(fā)明優(yōu)選實施例中詳細說明了具體的細 節(jié)，而對本領域技術人員來說沒有這些細節(jié)的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0037] 參考圖1，所示為依據(jù)本發(fā)明的永磁同步電機的驅動電路的第一實施例的電路框 圖；三相逆變器11接收外部電壓信號V bus，以轉換為三相交變電壓信號供給永磁同步電機 (P