一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备
阅读说明:本技术 一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备 (Switching power supply equipment of low-voltage switch reluctance motor controller ) 是由 徐峰亮 张亮 王发义 王争一 肖德银 黄志敏 赵思军 胡洋 沈德国 张震 江家龙 于 2021-08-05 设计创作,主要内容包括:本申请涉及一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备,整体电路包括控制电路、驱动电路、输出电路组成。控制电路根据检测的位置信号、电流、电压信号,产生PWM信号,控制电机绕组的电流,采用单周期检测,保证电机控制器有良好的线性调整率,实现电路过流保护。驱动电路采用变压-储能-释放能量-整流-滤波-稳压-再滤波-再稳压-第三次滤波-输出的经典设计,提高电源利用率和负载的输出功率。输出电路保证控制电路大电流输出的要求,起到进一步减小纹波电压的作用,保证输出电压的质量。(The application relates to a switching power supply device of a low-voltage switch reluctance motor controller, wherein an integral circuit comprises a control circuit, a drive circuit and an output circuit. The control circuit generates PWM signals according to the detected position signals, current signals and voltage signals to control the current of the motor winding, and adopts single-cycle detection to ensure that the motor controller has good linear regulation rate and realize circuit overcurrent protection. The driving circuit adopts the classical design of transformation, energy storage, energy release, rectification, filtering, voltage stabilization, secondary filtering, secondary voltage stabilization, third filtering and output, and improves the power utilization rate and the output power of the load. The output circuit guarantees the requirement of heavy current output of the control circuit, plays a role in further reducing ripple voltage, and guarantees the quality of output voltage.)
技术领域
本申请涉及电机控制与开关电源领域,具体涉及一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备。
背景技术
随着电力电子技术的发展,开关电源逐步得到应用。开关电源起初被应用于飞机控制器上,相比于传统的线性电源,开关电源由于工作频率较高,体积较小,非常适合在航空领域应用。开关电源在国外应用广泛,20世纪70年代已经进入民用电器领域,在很多领域已经取代线性电源,到上世纪80年代已经达到普及程度。国外高频开关电源已经向模块化和微型化方向发展,产品体积更小、制造成本更低。在大功率开关电源研究方面,节能环保的高频开关电源已取得重大进展,使高频开关电源在很多大功率用电设备中不断取代线性电源。20世纪80年代,开关电源随着国外电器产品逐渐出现在国内市场,当时开关电源设计技术有限,面临许多技术难题。随着国内研究的不断深入,国内也逐渐有了自主研发的产品。目前,我国在通信领域、家电生产制造领域、国防安全等领域已经广泛采用高频开关电源产品,开关电源的效率已经能够与国际先进水平相媲美。然而在大功率高频开关电源方面,国内技术仍然明显落后于国际先进水平。但在大功率方面,由于既要保证大功率,又要保证开关电源的工作效率,还有很多技术难题需要解决攻克。在大功率开关电源方面,国内开关电源技术跟国外相比在性能上还有较大差距,因此大功率开关电源仍然多选用国外品牌。综合以上分析,我国的开关电源技术仍然有很大的发展空间。基于此现状,本文设计了一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备。
如图1所示,为现有技术的光电控制电路,采用MCP4921芯片作为运算中心,计算速度快,但驱动能力弱,控制精度低,稳当性较差。
如图2所示,为现有技术的驱动电路,输出功率高,输出电流大,但对前级信号反应不灵敏,自动反馈性差。
发明内容
(一)技术问题
1. 现有技术的开关电源,控制精度低,稳定性差。
2. 现有技术的开关电源,难以实现信号自动反馈补偿。
(二)技术方案
针对上述技术问题,本申请提出的一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备,包括依次连接的控制电路、驱动电路、输出电路组成。
控制电路:将输入检测的位置信号、电流、电压信号,产生PWM(脉冲宽度调制信号),控制电机绕组的电流,采用单周期检测,保证电机控制器有良好的线性调整率,实现电路过流保护,信号流入功率场效应晶体管Q1、功率场效应晶体管Q2、功率场效应晶体管Q3、功率场效应晶体管Q6、功率场效应晶体管Q7、功率场效应晶体管Q5组成的放大电路对信号进行放大,通双向钳位二极管D1稳定输入信号,流入二极管D2组成的整流电路会对信号进行分流,并且通过电感L1、电感L2、沟道L4,起到了传递能量和变换电压等级的作用,经过电容C5和电容C6进行能量存储,输出得到稳定的电压信号。
驱动电路:采用变压-储能-释放能量-整流-滤波-稳压-再滤波-再稳压-第三次滤波-输出信号,提高电源利用率和负载的输出功率,信号输入至放大器U1的同相输入端,与给定的输入端参考电压进行比较,产生误差电压信号,误差电压信号再通过放大器U2调制器中与锯齿波进行比较,产生复位信号,信号流过功率场效应晶体管Q8、场效应晶体管Q15进行分压得到输出电压反馈信号,经过功率场效应晶体管Q12、功率场效应晶体管Q13以及三极管Q9输出电平信号,控制开关管功率场效应晶体管Q14开启与关断,保障了开关电源设备的电路供电。
输出电路:控制电路大电流输出的要求,起到进一步减小纹波电压的作用,保证输出电压的质量,信号流过三极管Q4,电容C4、电容C9,电阻R2电路处理前级输入信号,起到电路保护作用,经过电感L3和电容C8稳定信号,并且保证了大电流输出的需求,信号流过电容C2进行信号耦合,与二极管D3共同起到稳压作用,信号流过电阻R3,滑动变阻器R5以及电阻R6和电容C3、电容C10电容,起到进一步减小纹波电压的作用,保证了开关电源设备输出电压的质量。
信号通过控制电路、驱动电路、输出电路的处理,在耗电量较小的情况下,保证了低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备稳定的供电输出多路相互隔离的电压,提高了开关设备的工作性能,保障了工作流程的稳定安全高效。
(三)有益效果
一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备,首先,采用电流型控制模式,具有电压反馈和电流采样的双闭环控制系统,控制精度更高,动态性能更好,消除输出滤波电感带来的双极点不稳定问题,周期性检测使得变换器有良好的线性调整率,还具有过流保护功能,自动均衡磁通功能。其次,采用可自由设定工作频率的电流模式控制器,能实现脉冲宽度的精确控制,自动前馈补偿,锁存脉宽调制,逐个周期限流,内部参考电压可以实现微调,具有欠压锁定功能。
附图说明
图1为现有技术的光电控制电路。
图2为现有技术的驱动电路。
图3为本申请的控制电路原理图。
图4为本申请的驱动电路原理图。
图5为本申请的输出电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
如图3、图4、图5所示,为本申请提出的一种低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备,包括依次连接的控制电路、驱动电路、输出电路组成。
控制电路:将输入检测的位置信号、电流、电压信号,产生PWM(脉冲宽度调制信号),控制电机绕组的电流,采用单周期检测,保证电机控制器有良好的线性调整率,实现电路过流保护,信号流入功率场效应晶体管Q1、功率场效应晶体管Q2、功率场效应晶体管Q3、功率场效应晶体管Q6、功率场效应晶体管Q7、功率场效应晶体管Q5组成的放大电路对信号进行放大,通双向钳位二极管D1稳定输入信号,流入二极管D2组成的整流电路会对信号进行分流,并且通过电感L1、电感L2、沟道L4,起到了传递能量和变换电压等级的作用,经过电容C5和电容C6进行能量存储,输出得到稳定的电压信号。
具体而言,所述控制电路包括输入端口IN,双向钳位二极管D1,二极管D2,电阻R8,电容C5,3个电感L1、L2、L4,所述控制电路中输入端口IN分别与是双向钳位二极管D1的一端、电阻R8的一端连接,双向钳位二极管D1的另一端与电感L1的一端连接,电感L1的另一端分别与电感L2的一端、电容C5的一端连接,电感L2的另一端与高电平VCC连接,电容C5的另一端分别与电阻R8的另一端、二极管D2的正极、电感L4的一端连接,电感L4的另一端接地。所述控制电路包括输出端口Va,电容C6,二极管D2,6个功率场效应晶体管Q1、Q2、Q3、Q5、Q6、Q7,所述控制电路中二极管D2的负极分别与功率场效应晶体管Q1的栅极、功率场效应晶体管Q6的栅极、功率场效应晶体管Q2的栅极、功率场效应晶体管Q7的栅极连接,功率场效应晶体管Q1的漏端与高电平VCC连接,功率场效应晶体管Q1的源端与功率场效应晶体管Q6的漏端连接,功率场效应晶体管Q6的源端接地,功率场效应晶体管Q2的漏端与高电平VCC连接,功率场效应晶体管Q2的源端与功率场效应晶体管Q7的漏端连接,功率场效应晶体管Q7的源端接地,功率场效应晶体管Q3的漏端与高电平VCC连接,功率场效应晶体管Q3的源端与功率场效应晶体管Q5的漏端连接,功率场效应晶体管Q5的源端接地,电容C6的一端与功率场效应晶体管Q3的栅极连接,另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接,输出端口Va与功率场效应晶体管Q5的漏端连接。
驱动电路:采用变压-储能-释放能量-整流-滤波-稳压-再滤波-再稳压-第三次滤波-输出信号,提高电源利用率和负载的输出功率,信号输入至放大器U1的同相输入端,与给定的输入端参考电压进行比较,产生误差电压信号,误差电压信号再通过放大器U2调制器中与锯齿波进行比较,产生复位信号,信号流过功率场效应晶体管Q8、场效应晶体管Q15进行分压得到输出电压反馈信号,经过功率场效应晶体管Q12、功率场效应晶体管Q13以及三极管Q9输出电平信号,控制开关管功率场效应晶体管Q14开启与关断,保障了开关电源设备的电路供电。
具体而言,所述驱动电路包括输入端口Va,双向钳位二极管D4,2个放大器U1、U2,3个电容C12、C14、C15,6个电阻R11、R12、R13、R14、R15、R16,所述驱动电路中输入端口V啊分别与电阻R11的一端、电阻R14的一端、电阻R15的一端连接,电阻R11的另一端与高电平VCC连接,电阻R14的另一端分别与电容C15的一端、放大器U1的1号接口连接,电容C15的另一端分别与电阻R15的另一端、放大器U1的5号接口、地线连接,放大器U1的3号接口与高电平VCC连接,放大器U1的4号接口分别与放大器U1的2号接口、双向钳位二极管D4的一端、电阻R12的一端连接,双向钳位二极管D4的另一端接地,电阻R12的另一端分别与电容C12的一端、电阻R13的一端、放大器U2的2号接口连接,电容C12的另一端与高电平VCC连接,电阻R13的另一端分别与电容C13的一端、电阻R16的一端、放大器U2的4号接口连接,电容C13的另一端与高电平VCC连接,放大器U2的3号接口与高电平VCC连接,放大器U2的1号接口接地,放大器U2的5号接口接地。所述驱动电路包括输出端口Vb,双向钳位二极管D6,2个三极管Q9、Q11,二极管D5,4个场效应晶体管Q15、Q16、Q17、Q18,5个功率场效应晶体管Q8、Q10、Q12、Q13、Q14,3个电容C14、C16、C17,3个电阻R16、R17、R18,所述驱动电路中电阻R16的另一端与场效应晶体管Q15的栅极连接,功率场效应晶体管Q8的源端与高电平VCC连接,功率场效应晶体管Q8的栅极分别与场效应晶体管Q15的漏端、场效应晶体管Q16的源端、功率场效应晶体管Q8的漏端、功率场效应晶体管Q10的栅极、场效应晶体管Q16的栅极、场效应晶体管Q17的栅极、功率场效应晶体管Q12的栅极、电容C17的一端连接,电容C17的另一端接地,场效应晶体管Q15的源端分别与场效应晶体管Q16的漏端、双向钳位二极管D6的一端连接,双向钳位二极管D6的另一端接地,功率场效应晶体管Q10的漏端与高电平VCC连接,功率场效应晶体管Q10的源端与场效应晶体管Q17的漏端连接,场效应晶体管Q17的源端接地,三极管Q9的集电极与高电平VCC连接,三极管Q9的发射极分别与电容C14的一端、功率场效应晶体管Q12的漏端、功率场效应晶体管Q13的源端连接,电容C14的另一端与场效应晶体管Q18的源端连接,场效应晶体管Q18的漏端接地,场效应晶体管Q18的栅极分别与电阻R17的一端、功率场效应晶体管Q12的源端连接,电阻R17的另一端接地,功率场效应晶体管Q13的漏端与电阻R18的一端连接,电阻R18的另一端接地,功率场效应晶体管Q13的栅极分别与电容C16的一端、功率场效应晶体管Q14的栅极、三极管Q11的发射极、功率场效应晶体管Q14的漏端连接,电容C16的另一端接地,三极管Q9的基极分别与高电平VCC、三极管Q11的集电极、三极管Q11的基极连接,功率场效应晶体管Q14的源端与二极管D5的正极连接,二极管D5的负极接地,输出端口Vb与功率场效应晶体管Q14的漏端连接。
输出电路:控制电路大电流输出的要求,起到进一步减小纹波电压的作用,保证输出电压的质量,信号流过三极管Q4,电容C4、电容C9,电阻R2电路处理前级输入信号,起到电路保护作用,经过电感L3和电容C8稳定信号,并且保证了大电流输出的需求,信号流过电容C2进行信号耦合,与二极管D3共同起到稳压作用,信号流过电阻R3,滑动变阻器R5以及电阻R6和电容C3、电容C10电容,起到进一步减小纹波电压的作用,保证了开关电源设备输出电压的质量。
具体而言,所述输出电路包括输入端口Va,三极管Q4,3个电容C1、C4、C9,3个电阻R2、R4、R10,所述输出电路中输入端口Vb与电容C4的负极连接,电容C4的正极分别与电阻R4的一端、三极管Q4的基极、电容C9的一端连接,电阻R4的另一端分别与电阻R2的一端、三极管Q4的集电极连接,电阻R2的另一端与高电平VCC连接,电容C9的另一端分别与三极管Q4的发射极、电阻R10的一端连接,电阻R10的另一端接地。所述输出电路包括输出端口Vout,三极管Q4,二极管D3,电感L3,2个滑动变阻器R5、R7,7个电容C1、C2、C3、C7、C8、C10、C11,4个电阻R1、R3、R6、R9,所述输出电路中三极管Q4的集电极分别与电感L3的一端、电容C8的一端连接,电感L3的另一端分别与电容C8的另一端、电容C2的正极、二极管D3的负极连接,电容C2的另一端分别与电阻R3的一端、电容C7的一端连接,电容C7的另一端与滑动变阻器R7电阻的一端连接,滑动变阻器R7电阻的另一端与电容C11的一端连接,电容C11的另一端接地,电阻R3的另一端分别与电容C3的一端、滑动变阻器R5电阻的一端连接,电容C3的另一端分别与电阻R1的一端、滑动变阻器R5的滑片端、电阻R6的一端、电容C10的一端、电阻R9的一端连接,电容C10的另一端分别与电阻R9的另一端、滑动变阻器R5电阻的另一端连接,电阻R1的另一端遇到高电平VCC连接,电阻R6的另一端分别与输出端口Vout、滑动变阻器R7的滑片端连接。
信号通过控制电路、驱动电路、输出电路的处理,在耗电量较小的情况下,保证了低压开关磁阻电机控制器的开关电源设备稳定的供电输出多路相互隔离的电压,提高了开关设备的工作性能,保障了工作流程的稳定安全高效。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明,但所述内容仅为本发明的较佳实施例,不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等,均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。