双电机驱动逆变器转让专利
申请号 : CN201510032368.0
文献号 : CN105871263B
文献日 : 2019-01-15
发明人 : 庄凯
申请人 : 乐金电子研发中心(上海)有限公司
摘要 :
本发明提供了一种双电机驱动逆变器，该双电机驱动逆变器包括：一个直流电源、六个开关管桥臂和二个电机。每个开关管桥臂连接于所述直流电源的正负极之间，每个开关管桥臂由串联连接晶体管和二极管组成；第一电机的第一中心线与直流电源正母线连接，第二电机的第二中心线与直流电源负母线连接，电机的三相分别与开关管桥臂的中点连接，从而实现对两个电机三相电压的控制；本发明具有结构简单、使用电子元器件少的优点，还能实现开关器件的零电压开通，提高了双电机驱动逆变器的效率。
权利要求 :
1.一种双电机驱动逆变器，其特征在于，该双电机驱动逆变器包括：
一直流电源，具有一正母线和一负母线；
第一开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第一二极管和第二晶体管组成；
第二开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第三二极管和第四晶体管组成；
第三开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第五二极管和第六晶体管组成；
第四开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第一晶体管和第二二极管组成；
第五开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第三晶体管和第四二极管组成；
第六开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第五晶体管和第六二极管组成；
第一电机，第一中心线与所述正母线连接，第一电机的第一相与所述第一开关管桥臂的中点连接，第一电机的第二相与所述第二开关管桥臂的中点连接，第一电机的第三相与所述第三开关管桥臂的中点连接；以及第二电机，第二中心线与所述负母线连接，第二电机的第一相与所述第四开关管桥臂的中点连接，第二电机的第二相与所述第五开关管桥臂的中点连接，第二电机的第三相与所述第六开关管桥臂的中点连接；
所述第一电机的第一相与所述第二电机的第一相连接，所述第一电机的第二相与所述第二电机的第二相连接，所述第一电机的第三相与所述第二电机的第三相连接。
2.如权利要求1所述的双电机驱动逆变器，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管互补导通；所述第三晶体管和所述第四晶体管互补导通；所述第五晶体管和所述第六晶体管互补导通。
3.如权利要求2所述的双电机驱动逆变器，其特征在于，所述双电机驱动逆变器通过控制所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管以及所述第六晶体管的导通时间控制所述第一电机和所述第二电机。
4.如权利要求1所述的双电机驱动逆变器，其特征在于，所述第一晶体管的漏极和源极之间并联有第一寄生二极管；所述第二晶体管的漏极和源极之间并联有第二寄生二极管；
所述第三晶体管的漏极和源极之间并联有第三寄生二极管；所述第四晶体管的漏极和源极之间并联有第四寄生二极管；所述第五晶体管的漏极和源极之间并联有第五寄生二极管；
所述第六晶体管的漏极和源极之间并联有第六寄生二极管。
5.如权利要求4所述的双电机驱动逆变器，其特征在于，所述第一寄生二极管与所述第一二极管相同；所述第二寄生二极管与所述第二二极管相同；所述第三寄生二极管与所述第三二极管相同；所述第四寄生二极管与所述第四二极管相同；所述第五寄生二极管与所述第五二极管相同；所述第六寄生二极管与所述第六二极管相同。
6.如权利要求1-5任一所述的双电机驱动逆变器，其特征在于，所述第一晶体管、所述第二晶体管、所述第三晶体管、所述第四晶体管、所述第五晶体管和所述第六晶体管为MOS管、或为IGBT、或为双极性晶体管。
说明书 :
双电机驱动逆变器
技术领域
[0001] 本发明涉及一种电动机控制技术，尤其涉及电动机驱动逆变器，具体来说就是一种双电机驱动逆变器。
背景技术
[0002] 逆变器是把直流电能(电池、蓄电瓶)转变成交流电(一般为220V，50Hz正弦波)。逆变器一般由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。逆变器广泛适用于空调、家庭影院、电动砂轮、电机驱动工具等方面。
[0003] 目前，逆变器在电机驱动控制方面起着重用作用，现有技术中逆变器驱动三相电机的电路图如图1所示，图1为三个开关管桥臂组成的单电机驱动逆变器，每个开关桥臂控制三相电机的一相电压。现有技术中还存在利用一个逆变器驱动双电机的电路结构，现有技术中利用逆变器驱动双电机主要有两种方式：一种方式为五个开关管桥臂组成的逆变器(如图2所示)，其中四个桥臂分别控制两个电机的两相电压，第五个开关管桥臂同时控制两个电机的第三相电压；另一种方式为四个开关管桥臂和一个电容桥臂组成的逆变器(如图3所示)，其中四个桥臂分别控制两个电机的两相电压，电容桥臂中点连接到两个电机的第三相，构成电流通路。
[0004] 如图1所示，三个开关管桥臂组成的逆变器，仅能驱动一个电机，而且逆变器使用的电子元器件比较多。
[0005] 如图2和图3所示双电机逆变器，图2中的四个开关管桥臂可以自由控制各个电机的两相电压，第五开关管桥臂根据各电机前两相的工作状态，以及控制目标，给出控制信号，同时控制两个电机的第三相电压；图3中的四个开关管桥臂分别控制两个电机的两相电压，电容桥臂仅提供电流通路。
[0006] 其中，图2中的第五桥臂的电流应力较大，为其余四桥臂电流应力的两倍；图3中的双电机逆变器为了保证良好的电流输出，电容桥臂需要较大容量的电解电容，为两个电机的第三相提供电流通路，并且该电路输出电压约为传统驱动方式输出电压的一半，这两种方式的使用的电子元器件仍然较多，电路成本与两个单电机驱动逆变器电路相比并没有降低。因此，本领域亟待需求一种使用电子元器件较少，又能驱动双电机的逆变器。
发明内容
[0007] 本发明一种双电机驱动逆变器，利用并联于正负极之间的六个开关管桥臂分别控制两个电机的运转，解决了现有技术中电机驱动逆变器使用电子元器件较多，成本较高的问题。
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明的一个实施例中，提供一种双电机驱动逆变器，该双电机驱动逆变器包括：一直流电源，具有一正母线和一负母线；第一开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第一二极管和第二晶体管组成；第二开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第三二极管和第四晶体管组成；第三开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第五二极管和第六晶体管组成；第四开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第一晶体管和第二二极管组成；第五开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第三晶体管和第四二极管组成；第六开关管桥臂，连接于所述直流电源的所述正母线和所述负母线之间，由串联连接的第五晶体管和第六二极管组成；第一电机，第一中心线与正母线连接，第一电机的第一相与所述第一开关管桥臂的中点连接，第一电机的第二相与所述第二开关管桥臂的中点连接，第一电机的第三相与所述第三开关管桥臂的中点连接；以及第二电机，第二中心线与负母线连接，第二电机的第一相与所述第四开关管桥臂的中点连接，第二电机的第二相与所述第五开关管桥臂的中点连接，第二电机的第三相与所述第六开关管桥臂的中点连接。
[0009] 本发明一种双电机驱动逆变器，利用并联于正负极之间的六个开关管桥臂分别控制两个电机的运转，其中，第一电机的第一中心线与正母线连接，第一电机的三相分别连接三个开关管桥臂的中点，第二电机的第二中心线与负母线连接，第二电机的三相分别连接另外三个开关管桥臂的中点，具有结构简单、器件少、成本低的优点，成本与传统的单电机驱动逆变器电路相同；还能实现开关器件的零电压开通，提高了逆变器的效率。
[0010] 应了解的是，上述一般描述及以下具体实施方式仅为示性例及阐释性的，其并不能限制本发明所欲主张的范围。
附图说明
[0011] 下面的所附附图是本发明的说明书的一部分，其绘示了本发明的示例实施例，所附附图与说明书的描述一起用来说明本发明的原理。
[0012] 图1为现有技术中单逆变器单电机系统的电路示意图；
[0013] 图2为现有技术中单逆变器双电机系统的电路示意图；
[0014] 图3为现有技术中另一种单逆变器双电机系统的电路示意图；
[0015] 图4为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式一的电路示意图；
[0016] 图5为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式二的电路示意图；
[0017] 图6为图5所示电路示意图的另一种表示形式；
[0018] 图7为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式三的电路示意图。
[0019] 附图符号说明：
[0020] U 直流电源
[0021] Q1 第一晶体管 Q2 第二晶体管
[0022] Q3 第三晶体管 Q4 第四晶体管
[0023] Q5 第五晶体管 Q6 第六晶体管
[0024] D1 第一二极管 D2 第二二极管
[0025] D3 第三二极管 D4 第四二极管
[0026] D5 第五二极管 D6 第六二极管
[0027] M1 第一电机 M2 第二电机
[0028] L1 第一中心线 L2 第二中心线
[0029] D11 第一寄生二极管 D22 第二寄生二极管
[0030] D33 第三寄生二极管 D44 第四寄生二极管
[0031] D55 第五寄生二极管 D66 第六寄生二极管
[0032] U1 第一电机的第一相 V1 第一电机的第二相
[0033] W1 第一电机的第三相 U2 第二电机的第一相
[0034] V2 第二电机的第二相 W2 第二电机的第三相
具体实施方式
[0035] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面将以附图及详细叙述清楚说明本发明所揭示内容的精神，任何所属技术领域技术人员在了解本发明内容的实施例后，当可由本发明内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本发明内容的精神与范围。
[0036] 本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。另外，在附图及实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。
[0037] 关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，也非用以限定本发明，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
[0038] 关于本文中所使用的“包含”、“包括”、“具有”、“含有”等等，均为开放性的用语，即意指包含但不限于。
[0039] 关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。
[0040] 关于本文中所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此申请的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本申请的用词将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本申请的描述上额外的引导。
[0041] 图4为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式一的电路示意图，如图4所示，该双电机驱动逆变器包括：直流电源U、第一开关管桥臂、第二开关管桥臂、第三开关管桥臂、第四开关管桥臂、第五开关管桥臂、第六开关管桥臂、第一电机M1和第二电机M2；其中，直流电源U具有一正母线和一负母线；第一开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第一开关管桥臂由串联连接的第一二极管D1和第二晶体管Q2组成；第二开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第二开关管桥臂由串联连接的第三二极管D3和第四晶体管Q4组成；第三开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第三开关管桥臂由串联连接的第五二极管D5和第六晶体管Q6组成；第四开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第四开关管桥臂由串联连接的第一晶体管Q1和第二二极管D2组成；第五开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第五开关管桥臂由串联连接的第三晶体管Q3和第四二极管D4组成；第六开关管桥臂连接于所述直流电源U的所述正母线和所述负母线之间，第六开关管桥臂由串联连接的第五晶体管Q5和第六二极管D6组成；第一电机M1和第二电机M2均为中心线引出的三相电机，第一电机M1的中心线为第一中心线L1，第二电机M2的中心线为第二中心线L2；第一电机M1的第一中心线L1与正母线连接，第一电机M1的第一相U1与所述第一开关管桥臂的中点连接，第一电机M1的第二相V1与所述第二开关管桥臂的中点连接，第一电机M1的第三相W1与所述第三开关管桥臂的中点连接；第二电机M2的第二中心线L2与负母线连接，第二电机M2的第一相U2与所述第四开关管桥臂的中点连接，第二电机M2的第二相V2与所述第五开关管桥臂的中点连接，第二电机M2的第三相W2与所述第六开关管桥臂的中点连接。
[0042] 如图4所示，当第二晶体管Q2截止时，第一电机M1的第一相U1电压为直流电源电压U+，由于第一电机M1的第一中心线L1电压也为U+，所以第一中心线L1与第一相U1之间的电势差为0；当第二晶体管Q2导通时，第一电机M1的第一相U1电压为0，此时第一中心线L1与第一相U1之间的电势差为U+；同理，第四晶体管Q4的导通与否，决定第一电机M1的第二相V1电压，第六晶体管Q6的导通与否，决定第一电机M1的第三相W1电压。
[0043] 当第一晶体管Q1截止时，所述第二电机M2的第一相U2电压为0，由于第二电机M2的第二中心线L2与直流电源U的负母线连接，因此第二电机M2的第二中心线L2电压也为0，此时，第一相U2与第二中心线L2之间的电势差为0；当第一晶体管Q1导通时，所述第二电机M2的第一相U2电压为直流电源电压U+，此时，第一相U2与第二中心线L2之间的电势差为U+；同理，Q3控制第二电机M2的第二相V2与第二中心线L2之间的电势差，Q5控制第二电机M2的第三相W2与第二中心线L2之间的电势差。
[0044] 如图4所述，第一电机M1在第一、第二和第三开关管桥臂的控制下运转，第二电机M2在第四、第五和第六开关管桥臂的控制下运转。本实施例所使用的电子元器件与传统的单电机驱动逆变器所使用的电子元器件相同，实现了电子元器件的节省，降低了生产成本。
[0045] 图5为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式二的电路示意图，图5是在图4基础上变换而来，即，将图4中的所述第一电机M1的第一相U1与所述第二电机M2的第一相U2连接，所述第一电机M1的第二相V1与所述第二电机M2的第二相V2连接，所述第一电机M1的第三相W1与所述第二电机M2的第三相W2连接。
[0046] 如图5所示，所述第一晶体管Q1和所述第二晶体管Q2互补导通；所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4互补导通；所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6互补导通。当所述第一晶体管Q1导通，并且所述第二晶体管Q2截止时，所述第一电机M1的第一相U1电压和第二电机M2的第一相U2电压均为直流电源电压U+，由于第一电机M1的第一中心线L1电压为U+，第二电机M2的第二中心线L2电压为0，因此，第一电机M1的第一中心线L1与第一相U1之间的电势差为0，第二电机M2的第二中心线L2与第一相U2之间的电势差为U+。当所述第一晶体管Q1截止，并且所述第二晶体管Q2导通时，所述第一电机M1的第一相U1电压和第二电机M2的第一相U2电压均为0，由于第一电机M1的第一中心线L1电压为U+，第二电机M2的第二中心线L2电压为0，因此，第一电机M1的第一中心线L1与第一相U1之间的电势差为直流电源电压U+，第二电机M2的第二中心线L2与第一相U2之间的电势差为0。同理，所述第三晶体管Q3和所述第四晶体管Q4互补导通，决定了第一电机M1的第一中心线L1与第二相V1之间的电势差，以及第二电机M2的第二中心线L2与第二相V2之间的电势差；所述第五晶体管Q5和所述第六晶体管Q6互补导通，决定了第一电机M1的第一中心线L1与第三相W1之间的电势差，以及第二电机M2的第二中心线L2与第三相W2之间的电势差。
[0047] 如图5所示，此时，双电机驱动逆变器通过控制所述第一晶体管Q1、所述第二晶体管Q2、所述第三晶体管Q3、所述第四晶体管Q4、所述第五晶体管Q5以及所述第六晶体管Q6的导通时间控制所述第一电机M1和所述第二电机M2的运转。第一二极管D1成为第一晶体管Q1的寄生二极管，第二二极管D2成为第二晶体管Q2的寄生二极管，第三二极管D3成为第三晶体管Q3的寄生二极管，第四二极管D4成为第四晶体管Q4的寄生二极管，第五二极管D5成为第五晶体管Q5的寄生二极管，第六二极管D6成为第六晶体管Q6的寄生二极管，能够实现晶体管的零电压开通，提高了逆变器效率，成本与现有的单电机驱动逆变器电路相同。
[0048] 图6为图5所示电路示意图的另一种表示形式，图6与图5所示的双电机驱动逆变器完全相同，所实现的功能，达到的技术效果也相同，图6直接将二极管以寄生二极管的形式画出，更加直观，方便本领域技术人员理解。
[0049] 图7为本发明实施例提供的一种双电机驱动逆变器的实施方式三的电路示意图，图7是在图4的基础上变化而来，如图7所示，所述第一晶体管Q1的漏极和源极之间并联有第一寄生二极管D11；所述第二晶体管Q2的漏极和源极之间并联有第二寄生二极管D22；所述第三晶体管Q3的漏极和源极之间并联有第三寄生二极管D33；所述第四晶体管Q4的漏极和源极之间并联有第四寄生二极管D44；所述第五晶体管Q5的漏极和源极之间并联有第五寄生二极管D55；所述第六晶体管Q6的漏极和源极之间并联有第六寄生二极管D66。
[0050] 如图7所示，每个晶体管上均带有寄生二极管，寄生二极管可用来防止晶体管反向击穿，当晶体管截止时，相电流还可以经过寄生二极管进行短时间的续流，带有寄生二极管的晶体管桥臂可以应用于大功率高频电路，扩大了本发明的使用场合，而且由于寄生二极管的存在，整个逆变器工作更加稳定可靠，且与传统的单电机驱动逆变器的成本基本相同。
[0051] 本发明中的晶体管可以为MOS管(或者为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)、双极性晶体管等功率开关器件)，利用MOS管形成的双电机驱动逆变器具有电路结构简单可靠，只需单电源即可提供导通时的正、关断时负压，占空比固定时，通过合理的参数设计，具有较快的开关速度的优点。
[0052] 本发明提供一种双电机驱动逆变器，利用并联于正负极之间的六个开关管桥臂分别控制两个电机的运转，其中，第一电机的第一中心线与正母线连接，第一电机的三相分别连接三个开关管桥臂的中点，第二电机的第二中心线与负母线连接，第二电机的三相分别连接另外三个开关管桥臂的中点，每个开关管桥臂由一个晶体管和一个二极管组成，每个晶体管导通与否，决定了与该开关管桥臂相连的电机的相电压，再利用各个开关管桥臂的占空比，来控制电机的运转，具有结构简单、器件少、成本低的优点，成本与传统的单电机驱动逆变器电路相同；还能实现开关器件的零电压开通，提高了逆变器的效率。
[0053] 以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，在不脱离本发明的构思和原则的前提下，任何本领域的技术人员所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。