CN104158434A

CN104158434A - 基于双pwm功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法

Info

Publication number: CN104158434A
Application number: CN201410368588.6A
Authority: CN
Inventors: 梁大志; 张军; 赵淳生
Original assignee: JIANGSU FENGKE UTRASONIC MOTORS TECHNOLOGY Co Ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: JIANGSU FENGKE UTRASONIC MOTORS TECHNOLOGY Co Ltd; Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2014-07-30
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2014-11-19
Anticipated expiration: 2034-07-30
Also published as: CN104158434B

Abstract

本发明公开一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于令PWM_A_G01（或PWM_B_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）为固定值，仅调节改变PWM_B_G01（或PWM_A_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）从最小值到最大值变化，实现超声电机调节转速的控制方法；本发明能够超声电机的速度调节范围宽、转速调节线性、低速调节特性好且效率高，优于调频调速。

Description

基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法

技术领域

本发明涉及一种超声电机控制方法，尤其是一种超声电机功率驱动电源技术，具体地说是一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法。

背景技术

与传统电机相比，超声电机具有低转速、力矩/质量比大、响应速度快、断电自锁、纳米级分辨率、无电磁干扰等特点。

超声电机需要由超声电机驱动控制器提供两路正交相位的超声频率来驱动工作。例如：发明专利 “一种超声电机双PWM功率驱动拓扑结构（申请日2012年11月13日，申请号 201210451717.9）”所公开了一种超声电机的输出级，采用的是恒流供电PWM_POWER和功率耦合PWM_DRIVE两个PWM组件的双PWM功率驱动拓扑结构，其优点是将输出电压的调节与输出频率的调节，实现了相互不影响的正交调节。超声电机驱动控制器是分别驱动两路双PWM功率拓扑结构的PWM_A和PWM_B组件，实现对两路输出信号电压的幅值调节控制。输出信号的幅值是由同步调节改变两路PWM_A_G01和PWM_B_G01的PWM驱动信号脉冲的宽度（占空比），称为调压调速。该方法超声电机转速调节线性，受到超声电机最低驱动阈值电压的限制，使得调速范围变较窄，而较少被采用。另一方面超声电机调频调速因其调速范围宽，被广泛采用。但又因其转速调节非线性，给超声电机的速度控制带来较大的困难。在超声电机转速较低时，其驱动信号频率又因远离电机谐振频率点，造成低速特性差而且效率较低。

发明内容

所要解决的技术问题：

为了解决调压调速方法中调速范围小，而调频调速方法中，转速调节非线性的问题，，本发明提出一种速度调节范围宽且转速线性调节的单相调压调速方法。

技术方案：

为了实现以上功能，本发明提供了一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，设置两路双PWM功率拓扑结构组件PWM_A、PWM_B；

其次，令PWM_A组件中的第一功率管QA1的栅极驱动信号为PWM_A_G01，PWM_A组件中的第二功率管QA2接受来自栅极PWM_A_G02的PWM驱动信号的控制；令PWM_B组件中的第一功率管QB1的栅极驱动信号为PWM_B_G01，PWM_B组件中的第二功率管QB2接受来自栅极PWM_B_G02的PWM驱动信号的控制；

第三，令PWM_A_G01的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）为固定值，仅调节改变PWM_B_G01的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比），使其从最小值到最大值变化；PWM_A_G01的PWM驱动信号脉冲宽度（占空比）的宽窄，控制了双PWM功率拓扑结构的PWM_A_OUT输出信号电压的幅值高低；

或者令PWM_B_G01的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）为固定值，仅调节改变PWM_A_G01的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比），使其从最小值到最大值变化；PWM_B_G01的PWM信号脉冲宽度（占空比）的宽窄，控制双PWM功率拓扑结构的PWM_B_OUT输出信号电压的幅值高低。

PWM_A_G01与PWM_B_G01的PWM驱动信号频率是相同的。

所述驱动信号PWM_A_G01和PWM_A_G02是一对互补的栅极驱动信号；所述PWM_B_G01和PWM_B_G02是一对互补的栅极驱动信号。

所述双PWM功率拓扑结构组件PWM_A包括功率管QA1、QA2、QA3、QA4，电感器LA1，变量器TA1；具体连接方式为：所述PWM_A组件中的第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VCC，PWM_A组件中的第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND，PWM_A组件中的第一功率管QA1源极与PWM_A组件中的第二功率管QA2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头；所述变量器TA1另两个抽头分别连接PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。

所述双PWM功率拓扑结构组件PWM_B的结构与双PWM功率拓扑结构组件PWM_A的结构相同。

有益效果：

本发明的目的在于提供基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，令PWM_A_G01（或PWM_B_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）为固定值，仅调节PWM_B_G01（或PWM_A_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）从最小值到最大值变化，实现超声电机调节转速的控制方法，称为单相调压调速控制方法。单相调压调速控制方法具有1、超声电机的速度调节范围宽；2、转速线性调节；3、低速调节特性好且效率高，优于调频调速等优点；同时具有调压调速的线性调节的特点又具有较宽的速度调节范围。

附图说明

图1 –两路双PWM功率驱动拓扑结构功能框图；

图2 – PWM_A拓扑结构图；

图3 –PWM_B拓扑结构图。

图中符号说明如下：

QA1、QA2、QB1、QB2、QA3、QA4、QB3、QB4为MOSFET功率管；

PWM_A_G01、PWM_A_G02、PWM_B_G01、PWM_B_G02为MOSFET功率管栅极的PWM驱动信号；

PWM_A_OUT、PWM_B_OUT为输出信号的电压输出；

LA1、LB1为电感器；

TA1、TB1为输出变量器；

VCC为直流供电电源的正极；

GND为直流供电电源的负极。

具体实施方式

为表明本发明的效果，下面通过具体的实施例进一步说明本发明。但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地解释本发明，而不应理解为用于限定本发明。

本发明为一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，设置两路双PWM功率拓扑结构组件PWM_A、PWM_B；

PWM_A_G01与PWM_B_G01的PWM驱动信号频率是相同的。

下面结合附图说明本发明的电路结构及工作原理。

本发明的基于双PWM功率驱动拓扑结构的两路单相调压调速控制方法，包括PWM_A、PWM_B等两路双PWM功率拓扑结构组件，如图1所示。PWM_A由图2所示的功率管QA1、QA2、QA3、QA4，电感器LA1，变量器TA1组成；PWM_B由图3所示的功率管QB1、QB2、QB3、QB4、电感器LA1、变量器TB1组成。

PWM_A中，PWM_A组件中的第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VDD，PWM_A组件中的第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND。PWM_A组件中的第一功率管QA1源极与第二功率管QA2漏极连接后再通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头，变量器TA1另两个抽头分别经过PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。PWM_A组件中的第一功率管QA1接受来自栅极PWM_A_G01的PWM驱动信号的控制，PWM_A组件中的第二功率管QA2接受来自栅极PWM_A_G02的PWM驱动信号的控制。PWM_A_G01和PWM_A_G02是一对互补的栅极驱动信号。通过，控制PWM_A_G01的PWM信号脉冲的宽度，即控制了流经电感器LA1的电流的时间；经过互补导通的PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4让电流分别流经变量器TA1各自的初级绕组，再由变量器TA1升压以后经由PWM_A_OUT输出频率信号电压。所以，PWM_A_G01的PWM驱动信号脉冲宽度（占空比）的宽窄，就决定了双PWM功率拓扑结构的PWM_A_OUT输出信号电压的幅值高低。

PWM_B中，PWM_B组件中的第一功率管QB1的漏极接直流电源正极VDD，PWM_B组件中的第二功率管QB2的源极接直流电源负极GND。PWM_B组件中的第一功率管QB1源极与第二功率管QB2漏极连接后再通过电感器LB1连接至变量器TB1的中心抽头，变量器TB1另两个抽头分别经过PWM_B组件中的第三功率管QB3、第四功率管QB4的漏极，分别再经由PWM_B组件中的第三功率管QB3、第四功率管QB4的源极到电源的负极GND。功率管QB1接受来自栅极PWM_B_G01的PWM驱动信号的控制，PWM_B组件中的第二功率管QB2接受来自栅极PWM_B_G02的PWM驱动信号的控制。PWM_B_G01和PWM_B_G02是一对互补的栅极驱动信号。通过，控制PWM_B_G01的PWM信号脉冲的宽度，即控制了流经电感器LB1的电流的时间；经过互补导通的PWM_B组件中的第三功率管QB3、第四功率管QB4让电流分别流经变量器TB1各自的初级绕组，再由变量器TB1升压以后经由PWM_B_OUT输出频率信号电压。所以，PWM_B_G01的PWM信号脉冲宽度（占空比）的宽窄，就决定了双PWM功率拓扑结构的PWM_B_OUT输出信号电压的幅值高低。

令PWM_A_G01（或PWM_B_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）为固定值，仅调节PWM_B_G01（或PWM_A_G01）的PWM驱动信号的脉冲宽度（占空比）从最小值到最大值变化，实现超声电机调节转速的控制方法，称为单相调压调速控制方法。单相调压调速控制方法优点在于：超声电机的速度调节范围宽（单频时与调频调速相当）、转速调节线性（调频非线性）、低速调节特性好且效率高（优于调频调速）。

本发明不局限于上述具体实施方式，本领域的一般技术人员根据本发明公开的内容，可以采用其他多种实施方式。因此，凡是基于本发明的技术思路，做一些简单的变化或更改的设计，都落入本发明保护的范围。

Claims

1.一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先，设置两路双PWM功率拓扑结构组件PWM_A、PWM_B；

2.根据权利要求1所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于：PWM_A_G01与PWM_B_G01的PWM驱动信号频率是相同的。

3.根据权利要求1所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于：所述驱动信号PWM_A_G01和PWM_A_G02是一对互补的栅极驱动信号；所述PWM_B_G01和PWM_B_G02是一对互补的栅极驱动信号。

4.根据权利要求1所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于：所述双PWM功率拓扑结构组件PWM_A包括功率管QA1、QA2、QA3、QA4，电感器LA1，变量器TA1；具体连接方式为：所述PWM_A组件中的第一功率管QA1的漏极接直流电源正极VCC，PWM_A组件中的第二功率管QA2的源极接直流电源负极GND，PWM_A组件中的第一功率管QA1源极与PWM_A组件中的第二功率管QA2漏极连接后通过电感器LA1连接至变量器TA1的中心抽头；所述变量器TA1另两个抽头分别连接PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的漏极，再经由PWM_A组件中的第三功率管QA3、第四功率管QA4的源极到电源的负极GND。

5.根据权利要求4所述的一种基于双PWM功率驱动拓扑结构的单相调压调速控制方法，其特征在于：所述双PWM功率拓扑结构组件PWM_B的结构与双PWM功率拓扑结构组件PWM_A的结构相同。