阅读说明：本技术 一种含pfc的电机驱动电路及其控制方法 (Motor driving circuit containing PFC and control method thereof ) 是由 刘斌 周镇 胡质良 李俊 于 2020-08-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种含PFC的电机驱动电路及其控制方法。该含PFC的电机驱动电路包括PFC电路、储能续流电路和逆变电路,其中,PFC电路用以调整电流波形,提高功率因数；储能续流电路用以向所述逆变电路供应逆变驱动电流；逆变电路用以驱动三相电机。本发明的电机驱动电路能够适用于不同功率电机,实现软启动,提高了效率,具有高功率因数、低电流谐波含量、高效率等优点。(The invention provides a motor driving circuit containing PFC and a control method thereof. The motor driving circuit with the PFC comprises a PFC circuit, an energy storage follow current circuit and an inverter circuit, wherein the PFC circuit is used for adjusting current waveform and improving power factor; the energy storage follow current circuit is used for supplying an inversion driving current to the inversion circuit; the inverter circuit is used for driving the three-phase motor. The motor driving circuit can be suitable for motors with different powers, realizes soft start, improves efficiency, and has the advantages of high power factor, low current harmonic content, high efficiency and the like.)

一种含PFC的电机驱动电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及电子驱动技术，特别涉及一种含PFC的电机驱动电路及其控制方法。

背景技术

电机在工业场合无处不在。大功率电机在启动瞬间会产生较大的电流冲击，会造成电网电压下降，影响其它用电设备的正常运行。同时过大的启动电流会使电机绕组发热，从而加速绝缘老化，影响电机寿命。

发明内容

基于此，本发明提供一种可应用于不同功率且能实现软启动的含PFC的电机驱动电路及其控制方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：

一种含PFC的电机驱动电路，包括PFC电路、储能续流电路和逆变电路，其中，

所述PFC电路包括功率开关管Q₁、功率开关管Q₂、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、功率开关管Q₅、功率开关管Q₆、二极管D₁、二极管D₂、二极管D₃、二极管D₄、二极管D₅和二极管D₆，功率开关管Q₁的集电极、功率开关管Q₂的集电极和二极管D₁的阴极相连，功率开关管Q₃的集电极、功率开关管Q₄的集电极和二极管D₃的阴极相连，功率开关管Q₅的集电极、功率开关管Q₆的集电极和二极管D₅的阴极相连；功率开关管Q₂的发射极和二极管D₂的阳极相连，功率开关管Q₄的发射极和二极管D₄的阳极相连，功率开关管Q₆的发射极和二极管D₆的阳极相连；二极管D₂的阴极、二极管D₄的阴极、二极管D₆的阴极和所述储能续流电路的第一端相连；二极管D₁的阳极、二极管D₃的阳极、二极管D₅的阳极和所述储能续流电路的第二端相连；

所述逆变电路包括功率开关管Q₁’、功率开关管Q₂’、功率开关管Q₃’、功率开关管Q₄’、功率开关管Q₅’、功率开关管Q₆’、二极管D₁’、二极管D₂’、二极管D₃’、二极管D₄’、二极管D₅’和二极管D₆’，二极管D₁’的阴极、二极管D₃’的阴极、二极管D₅’的阴极和所述储能续流电路的第一端相连；二极管D₁’的阳极和功率开关管Q₁’的发射极相连，二极管D₃’的阳极和功率开关管Q₃’的发射极相连，二极管D₅’的阳极和功率开关管Q₅’的发射极相连；功率开关管Q₁’的集电极和二极管D₂’的阴极相连，功率开关管Q₃’的集电极和二极管D₄’的阴极相连，功率开关管Q₅’的集电极和二极管D₆’的阴极相连；二极管D₂’的阳极和功率开关管Q₂’的发射极相连，二极管D₄’的阳极和功率开关管Q₄’的发射极相连，二极管D₆’的阳极和功率开关管Q₆’的发射极相连；二极管D₂’的阴极、二极管D₄’的阴极、二极管D₆’的阴极和所述储能续流电路的第二端相连。

在使用时，功率开关管Q₁的发射极、功率开关管Q₃的发射极、功率开关管Q₅的发射极分别与三相三线电源的三根相线相连；功率开关管Q₁’的集电极与二极管D₂’的阴极相连处作为三相电机U相接入点，功率开关管Q₃’的集电极与二极管D₄’的阴极相连处作为三相电机V相接入点，功率开关管Q₅’的集电极与二极管D₆’的阴极相连处作为三相电机W相接入点。

进一步地，所述储能续流电路包括电感L₁，电感L₁的一端为所述储能续流电路的第一端，电感L₁的另一端为所述储能续流电路的第二端。

进一步地，所述功率开关管Q₁、功率开关管Q₂、功率开关管Q₃、功率开关管Q₄、功率开关管Q₅、功率开关管Q₆、功率开关管Q₁’、功率开关管Q₂’、功率开关管Q₃’、功率开关管Q₄’、功率开关管Q₅’、功率开关管Q₆’分别为MOS管或IGBT管。

上述的含PFC的电机驱动电路的控制方法，包括PFC电路控制及逆变电路控制，其中，

所述PFC电路控制包括如下步骤：

步骤一、根据三相电源电压相互关系将一个基波周期分为十二个扇区；

步骤二、对当前输入的三相电源电压信号进行幅值检测，判断三相电源电压在当前时刻所处的扇区和相位；

步骤三、在每个扇区内，根据三相电源电压大小分别定义为高电压相、中电压相和低电压相：其中，当所述中电压相电压幅值为正时，执行步骤四；当所述中电压相电压幅值为负时，执行步骤五；

步骤四、一直导通所述低电压相所对应的负向功率开关管，同时对所述高电压相所对应的正向功率开关管和所述中电压相所对应的正向功率开关管进行PWM控制，在扇区内一直关闭其余三个功率开关管；

步骤五、一直导通所述高电压相所对应的正向功率开关管，同时对所述中电压相所对应的负向功率开关管和所述低电压相所对应的负向功率开关管进行PWM控制，在扇区内一直关闭其余三个功率开关管；

所述逆变电路控制包括如下步骤：

步骤一、对当前的三相电机感应电压信号进行幅值检测，根据三相电机感应电压大小分别定义为高电压相、中电压相和低电压相；

步骤二、根据电机控制原理计算出电机三相给定电流，根据三相给定电流大小(以流入电机方向为电流正方向)分别定义为高电流相、中电流相和低电流相：其中，当所述中电流相电流幅值为正时，执行步骤三；当所述中电流相电流幅值为负时，执行步骤四；

步骤三、一直导通所述低电流相所对应的上桥臂功率开关管，其中，当所述高电流相对应相感应电压幅值大于中电流相对应相感应电压幅值时，执行步骤五；当所述高电流相对应相感应电压幅值小于中电流相对应相感应电压幅值时，执行步骤六；

步骤四、一直导通所述高电流相所对应的下桥臂功率开关管，其中，当所述中电流相对应相感应电压幅值大于低电流相对应相感应电压幅值时，执行步骤七；当所述中电流相对应相感应电压幅值小于低电流相对应相感应电压幅值时，执行步骤八；

步骤五、一直导通所述高电流相所对应的下桥臂功率开关管，对所述中电流相所对应的下桥臂功率开关管进行PWM控制；

步骤六、一直导通所述中电流相所对应的下桥臂功率开关管，对所述高电流相所对应的下桥臂功率开关管进行PWM控制；

步骤七、一直导通所述低电流相所对应的上桥臂功率开关管，对所述中电流相所对应的上桥臂功率开关管进行PWM控制；

步骤八、一直导通所述中电流相所对应的上桥臂功率开关管，对所述低电流相所对应的上桥臂功率开关管进行PWM控制。

进一步地，所述PFC电路控制电感L1电流等于电机三相给定电流绝对值最大项。

本发明的有益效果：本发明的含PFC的电机驱动电路能够适用于不同功率电机，实现软启动，提高了效率，具有高功率因数、低电流谐波含量、高效率等优点。

附图说明

图1为本发明一个实施例的含PFC的电机驱动电路的示意图。

图2(a)～(c)显示了在电网电压U_a>U_b>0>U_c时，一种典型控制方式下，本发明一个实施例的含PFC的电机驱动电路实现全控整流的电流回路模态。

图3(a)～(b)显示了在电机参考电流i_v>0>i_u>i_w、电机感应电压U_v>U_u>0>U_w时，一种典型控制方式下，本发明一个实施例的含PFC的电机驱动电路实现逆变的电流回路模态。

附图标记解释：100.PFC电路、200.储能续流电路、300.逆变电路。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。

请参阅图1，为本发明一较佳实施方式的含PFC的电机驱动电路，包括PFC电路100、储能续流电路200和逆变电路300。其中，PFC电路100包括六个功率开关管Q₁～Q₆与六个二极管D₁～D₆；储能续流电路200包括电感L₁；逆变电路300包括六个功率开关管Q₁’～Q₆’与六个二极管D₁’～D₆’。

PFC电路100的三个功率开关管Q₁、Q₃、Q₅的发射极分别与三相三线电源的三根相线相连；三个功率开关管Q₂、Q₄、Q₆的发射极分别与三个二极管D₂、D₄、D₆的阳极相连，集电极分别与三个二极管D₁、D₃、D₅的阴极相连；三个二极管D₂、D₄、D₆的阴极相连，作为PFC电路100的输出正极；三个二极管D₁、D₃、D₅的阳极相连，作为PFC电路100的输出负极。

PFC电路100的功率开关管Q₁的集电极同时连接到二极管D₁的阴极和功率开关管Q₂的集电极；功率开关管Q₃的集电极同时连接到二极管D₃的阴极和功率开关管Q₄的集电极；功率开关管Q₅的集电极同时连接到二极管D₅的阴极和功率开关管Q₆的集电极。

电感L₁的两端分别与所述PFC电路100的输出正极和所述PFC电路100的输出负极相连。

逆变电路300的三个二极管D₁’、D₃’、D₅’的阴极均与所述PFC电路100的输出正极相连；三个功率开关管Q₂’、Q₄’、Q₆’的集电极均与所述PFC电路100的输出负极相连。逆变电路300的三个二极管D₁’、D₃’、D₅’的阳极分别与三个功率开关管Q₁’、Q₃’、Q₅’的发射极相连；三个功率开关管Q₂’、Q₄’、Q₆’的发射极分别与三个二极管D₂’、D₄’、D₆’的阳极相连。

逆变电路300的功率开关管Q₁’的集电极与二极管D₂’的阴极相连作为三相电机U相接入点；率开关管Q₃’的集电极与二极管D₄’的阴极相连作为三相电机V相接入点；功率开关管Q₅’的集电极与二极管D₆’的阴极相连作为三相电机W相接入点。

为了简化分析，认为三相电网电压对称，则对于其他电网电压情况，本领域技术人员应能理解本实施例中三相可控整流电路的一种控制方式。三相电压绝对值中间、最小相对应的功率开关管进行PWM调制，其中三相电压绝对值最大相对应的功率开关管处于常通状态。由于三相对称，则ia+ib+ic＝0，且异号相电流绝对值等于同号相电流绝对值之和。

工作时，利用功率开关管Q₁～Q₆来实现PFC，以U_a>U_b>0>U_c为例分析，此时a相和b相电流流出电网，c相电流流入电网，则功率开关管Q₂、Q₄高频PWM调制，功率开关管Q₅常通，功率开关管Q₁、Q₃、Q₆关断，当Q₅和Q₂导通时PFC电路电流流向如图2(a)所示，当Q₅和Q₄导通时PFC电路电流流向如图2(b)所示，当Q₅和Q₄都关断时，PFC电路没有电流流过。其余情况同理分析。

工作时，利用PFC电路中高频调制的功率开关管Q₁～Q₆控制电感L1的电流为直流量。

工作时，利用功率开关管Q₁’～Q₆’来实现电机控制，以电机参考电流i_v>0>i_u>i_w为例分析，此时u相和w相电流流出电机，v相电流流入电机，功率开关管Q₄’常通，当电机感应电压U_u>U_w时，功率开关管Q₁’高频PWM调制，功率开关管Q₂’、Q₃’、Q₆’关断，当功率开关管Q₁’导通，逆变电路电流流向如图3(b)所示，Q₁’导通期间，开通Q₅’，不会改变电流路径；当功率开关管Q₁’关断，逆变电路电流流向如图3(a)所示。当电机感应电压U_w>U_u时，功率开关管Q₅’高频PWM调制，功率开关管Q₂’、Q₃’、Q₆’关断，当功率开关管Q₅’导通，逆变电路电流流向如图3(a)所示，Q₅’导通期间，开通Q₁’，不会改变电流路径；当功率开关管Q₅’关断，逆变电路电流流向如图3(b)所示。其余情况同理分析。

本实施例中，通过控制PFC电路100使三相电流与电网电压保持同相位，使系统具有高功率因数，低谐波含量；同时控制PFC电路100的占空比能实现对电感L1的电流控制，而电感L1向逆变电路供应电流，使系统适用于不同功率级别的电机，且能实现电机的软启动，从而避免电机过大的启动电流。

以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。