用于無刷電機的ac/ac變換器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于無刷電機的驅動電路。
【背景技術】
[0002]無刷電機通常包括驅動電路，該驅動電路用于控制電機的相繞組的激勵。當交流電壓被供應時，該驅動電路往往包括整流器，有效功率因數矯正段(PFC)和大容量電容器。共同地，整流器和有效功率因數矯正段和大容量電容器輸出相對穩定的直流電壓，用于激勵相繞組。然而，有效功率因數矯正段是相對昂貴的。附加的，大容量電容器的電容量是相對高的，且由此該電容器是大的且昂貴的。
[0003]W02011/128659描述了控制相繞組的激勵的新方法。特別地，相繞組被激勵一段時間(其跨交流電壓的每個半周期變化)。結果，電源供應的電流在不需要激勵功率因數矯正段或高電容量的大容量電容器的情況下接近正弦曲線的波形。

【發明內容】

[0004]本發明提供了一種用于無刷電機的驅動電路，該驅動電路包括用于輸送交流電壓的電力線、逆變器和控制器，該逆變器包括跨電力線并聯連接的一個或多個腿部，每個腿部被連接到電機的相繞組且包括一個或多個雙向開關，該控制器用于輸出一個或多個控制信號用于控制該開關，其中該控制器輸出信號以在交流電壓的每個半周期期間多次打開和關閉每個開關，且該控制器輸出控制信號以激勵電機的相繞組，該控制信號使得一對開關在交流電壓的正半周期期間沿第一方向導通且在交流電壓的負半周期期間沿第二相反方向導通。
[0005]通過使用可在兩個方向被控制的雙向開關，且通過產生控制信號使得開關沿取決于電力線上輸送的交流電壓的極性的方向導通，驅動電路能夠在不需要整流器或高電容量的大容量電容器的情況下使用交流電壓激勵相繞組。結果，更緊湊且可能低成本的驅動電路可被實現。
[0006]該控制器可在交流電壓的正半周期期間打開第一對開關以便激勵相繞組從而沿特定方向驅動電流穿過相繞組，且該控制器可在交流電壓的負半周期期間打開第二不同對開關以便激勵相繞組從而沿相同特定方向驅動電流穿過相繞組。驅動電路因此能夠在交流電壓的正和負半周期期間沿相同的方向激勵相繞組。
[0007]該控制器可輸出控制信號以續流相繞組。該控制信號于是可使得在交流電壓的正半周期期間一對開關中的一個沿第一方向導通且該對開關中的另一個沿第二相對方向導通從而沿特定方向穿過相繞組續流電流。此外，該控制信號可使得在交流電壓的負半周期期間該對開關的所述一個沿第二方向導通且該對開關的所述另一個沿第一方向導通從而沿相同特定方向穿過相繞組續流電流。驅動電路因此能夠在交流輸出電壓的正和負半周期期間沿相同的方向續流相繞組。如果需要，驅動電路還能夠沿與交流電壓的極性無關的兩個方向激勵相繞組且續流相繞組。
[0008]本發明還提供了一種用于無刷電機的驅動電路，該驅動電路包括用于輸送交流電壓的電力線、逆變器和控制器，該逆變器包括跨電力線并聯連接的一個或多個腿部，每個腿部被連接到電機的相繞組且包括一個或多個雙向開關，該控制器用于輸出一個或多個控制信號用于控制該開關，其中該控制器輸出信號以在交流電壓的每個半周期期間多次打開和關閉每個開關，且該控制器在交流電壓的正半周期期間打開第一對開關以便激勵相繞組從而沿特定方向驅動電流穿過相繞組，該控制器在交流電壓的負半周期期間打開第二不同對開關以便激勵相繞組從而沿相同特定方向驅動電流穿過相繞組。
[0009]通過使用可沿兩個方向被控制的雙向開關，驅動電路能夠在不需要整流器或高電容量的大容量電容器的情況下使用交流電源驅動電機。因此，可能更便宜，更小和/或更有效率的驅動電路可被實現。
[0010]該驅動電路在交流電壓的正半周期期間打開第一對開關，且在交流電壓的負半周期打開第二對開關。結果，驅動電路能夠在交流電壓的正和負半周期期間沿相同的方向激勵相繞組。因此，驅動電路可被用于單極性激勵，例如，如果在交流電壓的正半周期期間僅打開第一對開關，且在交流電壓的負半周期期間僅僅打開第二對開關。替代地，如果在交流電壓的每個半周期期間第一對開關和第二對開關被順序地打開，該驅動電路可被用于雙極性激勵。
[0011 ] 該控制器可輸出控制信號以續流相繞組。該控制信號于是可使得在交流電壓的正半周期期間一對開關中的一個沿第一方向導通且該對開關中的另一個沿第二相對方向導通，從而沿特定方向穿過相繞組續流電流。此外，該控制信號可使得在交流電壓的負半周期期間該對開關中的所述一個沿第二方向導通且該對開關中的所述另一個沿第一方向導通從而沿相同特定方向穿過相繞組續流電流。驅動電路因此能夠在交流輸出電壓的正和負半周期期間沿相同的方向續流相繞組。如果需要，驅動電路還能夠沿與交流電壓的極性無關的兩個方向激勵和續流繞組。
[0012]該控制器可在交流電壓的正半周期期間的多次打開和關閉第一對開關中的至少一個開關，且該控制器可在交流電壓的負半周期期間的多次打開和關閉第二對開關中的至少一個開關。于是這個使得能夠在交流電壓的每個半周期期間多次激勵相繞組。因此，如果相繞組中的電流超過閥值，來自每對的開關中的一個可被關閉以便暫停激勵。另一個開關被保持打開以便允許相繞組中的電流穿過開關續流。附加地或替代地，如果驅動電路被用于雙極性激勵，則第一對(或第二對)的兩個開關可被關閉且第二對(或第一對)的兩個開關可被打開以便換向相繞組。
[0013]本發明還提供了一種電機系統，該系統包括無刷電機和如上述段落中的任一個所述的驅動電路。
【附圖說明】
[0014]為了本發明可被更容易地理解，本發明的實施例現在將要參考附圖通過實例而被描述，其中:
[0015]圖1是根據本發明的電機系統的方框圖；
[0016]圖2是電機系統的示意圖；
[0017]圖3詳細說明了逆變器的開關響應電機系統的控制器發送的控制信號的被允許的狀態；
[0018]圖4示出了在激勵期間響應控制器的控制信號穿過逆變器和電機的相繞組的電流的方向；
[0019]圖5示出了在續流期間響應控制器的控制信號穿過逆變器和電機的相繞組的電流的方向；以及
[0020]圖6是根據本發明的替代電機系統的示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ] 圖1和2的電機系統I包括無刷電機2和驅動電路3。該電機系統意圖由交流電源4供電，比如家庭電源。
[0022]該電機2包括永磁轉子5和定子6，該定子6具有單個相繞組7。
[0023]該驅動電路包括一對電力線8、9、過濾器10、電壓傳感器11、逆變器12、電流傳感器13、位置傳感器14、門驅動器15和控制器16。
[0024]電力線8、9意圖連接到交流電源4的火線端子和零線端子。該電力線8、9因此輸送交流電壓。
[0025]過濾器10包括電容器Cl和電感器LI。該電容器Cl用于平滑逆變器12的相對高的dv/dt切換效果。附加地，電容器Cl用于在換向期間儲存從電機2提取的能量。重要地，電容器Cl不被要求平滑在基本頻率下的交流電壓。因此，相對低的電容量的電容器可被使用。電感器LI用于平滑任何參與電流波紋(其主要源于電機換向)。再者，由于電感器LI被用于減少電機頻率下的波紋，相對低的電感的電感器可被使用，特別當電機2在相對高速度處操作時或具有相對高的極數時更是如此。
[0026]電壓傳感器11包括一對電阻器Rl、R2，其被布置為跨電力線8、9的分壓器。電壓傳感器13輸出信號到控制器16，AC_V0LTS表示跨電力線8、9的交流電壓的縮小比例的測量值。
[0027]逆變器12包括兩個腿部12a、12b，兩個腿部12a、12b跨電力線8、9并聯連接。該腿部12a、12b被連接到相繞組7相對端子。每個腿部12a、12b包括串聯布置的兩個開關Ql、Q2和Q3、Q4。每個腿部12a、12b于是在兩個開關之間的連接點處被連接到相繞組7。
[0028]開關Q1-Q4為雙向的且可沿兩個方向被控制。換句話說，每個