CN104201926B - 一种半h桥功率逆变*** - Google Patents

Abstract

本发明属于一种无刷直流电机驱动器功率逆变***，具体公开一种半H桥功率逆变***，包括多个并联的桥臂电路，每个桥臂电路均由多个并联的功率电路组成，每个功率电路均由场效应管、开关速度调控电路、栅极控制钳位电路组成；电机驱动器控制信号输出端与每个开关速度调控电路的输入端均连通，每个开关速度调控电路输出端均分别与相应的栅极控制钳位电路输入端、场效应管的栅极连通；同一个桥臂电路中的每个场效应管的漏极D之间均连通，同一个桥臂电路中的每个场效应管的源极S之间均连通；相邻两个桥臂电路中场效应管的漏极D与源极S之间均连通。该***功率大、体积小、可靠性高、电磁兼容性好；能够实现无刷直流电机的精确控制和连续可靠运转。

Description

一种半H桥功率逆变***

技术领域

本发明属于一种无刷直流电机驱动器功率逆变***，具体涉及一种半H桥功率逆变***。

背景技术

伺服机构是我国对运载火箭飞行控制执行机构子***的统称，目前运载火箭伺服机构中广泛采用了电动液压伺服技术，即由电机作为液压动力，带动液压泵实现伺服机构液压***建压推动伺服机构完成火箭指令要求的动作。由于传统的有刷电机具有电刷磨损及不适用高真空环境的局限性，现在最新发展趋势为用无刷直流电机代替有刷电机实现能源驱动功能，电机驱动器作为无刷直流电机运转的必备电子装置，作为火箭导航控制的液压伺服机构的能源与动力来源，其工作可靠性对火箭飞行成败起决定性作用。控制驱动器功率达到数千瓦到数十千瓦，且需要满足航天产品的轻质、小体积、高功率要求，技术难度很高。

无刷直流电机具有结构简单、可靠性高、维护简便和运行效率高等优点，渐渐取代了有刷电机。

由于无刷直流电机的连续运转需要电子精确控制，需要由专门的电机驱动器来完成，其控制复杂程度也大大增加。

无刷直流电机驱动器成为无刷直流电机运转控制的必备装置，其中核心功能功率电压、电流输出需要由功率逆变***实现，将控制信号转变为交变大功率电机驱动信号，驱动电机高性能连续运转。功率逆变***的性能、功率密度和可靠性决定整个伺服机构乃至整发运载火箭的可靠性，对运载火箭的研制具有非常重要的意义。

现有技术中的功率逆变***多采用功率器件单余度设计。容错能能力低，功率小、体积大，而且可靠性低和电磁兼容性差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半H桥功率逆变***，该***功率大、体积小、可靠性高、电磁兼容性好；能够产生交变电压、电流信号，实现无刷直流电机的精确控制和连续可靠运转。

实现本发明目的的技术方案：一种半H桥功率逆变***，该***包括多个并联的桥臂电路，每个桥臂电路均由多个并联的功率电路组成，每个功率电路均由场效应管、开关速度调控电路、栅极控制钳位电路组成；无刷直流电机驱动器的控制信号输出端与每个开关速度调控电路的输入端均连通，每个开关速度调控电路输出端均分别与相应的栅极控制钳位电路输入端、场效应管的栅极连通；同一个桥臂电路中的每个场效应管的漏极D之间均连通，同一个桥臂电路中的每个场效应管的源极S之间均连通；相邻两个桥臂电路中场效应管的漏极D与源极S之间均连通；刷直流电机驱动器的控制信号输入开关速度调控电路进行上升速度调控，经过上升速度调控的控制信号控制多个场效应管同时开启或关断；当无刷直流电机驱动器输出的控制信号传至场效应管的栅极与源极之间时，如果该控制信号为逻辑高电平时，每个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间导通；如果该控制信号为逻辑低电平时，每个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间关断；从而输出端产生交变的功率电压和电流，实现控制无刷直流电机的运转。

所述的每个桥臂电路均包括开路保护电路，开路保护电路的输入端与无刷直流电机驱动器的控制信号输出端之间连通，开路保护电路的输出端与场效应管的源极S连通；当场效应管中的电荷超过开路保护电路设定的阈值时，开路保护电路泻放场效应管中的电荷，使场效应管回复到关闭状态，从而起到开路保护作用。

所述的每个桥臂电路均包括吸收电路，吸收电路的一端与场效应管的漏极连通，吸收电路的另一端与场效应管的源极连通；当场效应管产生瞬态尖峰电压脉冲时，该脉冲被吸收电路吸收。

所述的桥臂电路为第一桥臂电路和第二桥臂电路两个电路；第一桥臂电路包括并联的第一功率电路、第二功率电路、第三功率电路；第二桥臂电路包括并联第二开路保护电路、第四功率电路、第五功率电路、第六功率电路；第一功率电路、第二功率电路、第三功率电路的输出端与第四功率电路、第五功率电路、第六功率电路的输出端均连通。

所述的第一功率电路包括第一功率器件场效应管、第一开关速度调控电路、第一栅极控制钳位电路；第二功率电路包括第二功率器件场效应管、第二开关速度调控电路、第二栅极控制钳位电路；第三功率电路包括第三功率器件场效应管、第三开关速度调控电路、第三栅极控制钳位电路；无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第一开关速度调控电路的输入端、第二开关速度调控电路的输入端、第三开关速度调控电路的输入端连通；第一开关速度调控电路的输出端分别与第一栅极控制钳位电路的正极、第一功率器件场效应管的栅极G连通；第二开关速度调控电路的输出端分别与第二栅极控制钳位电路的正极、第二功率器件场效应管的栅极G连通；第三开关速度调控电路的输出端分别与第三栅极控制钳位电路的正极、第三功率器件场效应管的栅极G连通；第一功率器件场效应管的漏极D、第二功率器件场效应管的漏极D、第三功率器件场效应管的漏极D之间均互相连通；第一功率器件场效应管的源极S、第二功率器件场效应管的源极S、第三功率器件场效应管的源极S之间均互相连通；第一栅极控制钳位电路C的负极与第一功率器件场效应管的源极S连通，第二栅极控制钳位电路的负极与第二功率器件场效应管的源极S连通，第三栅极控制钳位电路的负极与第三功率器件场效应管的源极S连通。

所述的第一桥臂电路还包括第一开路保护电路，第一开路保护电路的输入端与无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端连通，第一开路保护电路的输出端与第一功率器件场效应管的源极S、第二功率器件场效应管的源极S、第三功率器件场效应管的源极S连通。

所述的第一桥臂电路还包括第一吸收电路，第一吸收电路由第一电阻和第一电容组成，第一吸收电路的第一电阻的一端与第一电容的一端连通，第一电阻的另一端分别与第一功率器件场效应管的漏极D、第二功率器件场效应管的漏极D、第三功率器件场效应管的漏极D连通；第一电容的另一端分别与第一功率器件场效应管的源极S、第二功率器件场效应管的源极S、第三功率器件场效应管的源极S连通。

所述的第二功率电路包括第四功率器件场效应管、第四开关速度调控电路、第四栅极控制钳位电路；第五功率电路包括第五功率器件场效应管、第五开关速度调控电路、第五栅极控制钳位电路；第六功率电路包括第六功率器件场效应管、第六开关速度调控电路、第六栅极控制钳位电路；无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第四开关速度调控电路的输入端、第五开关速度调控电路的输入端、第六开关速度调控电路的输入端连通；第四开关速度调控电路的输出端分别与第四栅极控制钳位电路的正极、第四功率器件场效应管的栅极G连通；第五开关速度调控电路的输出端分别与第五栅极控制钳位电路的正极、第五功率器件场效应管的栅极G连通；第六开关速度调控电路的输出端分别与第六栅极控制钳位电路的正极、第六功率器件场效应管的栅极G连通；第四功率器件场效应管的漏极D、第五功率器件场效应管的漏极D、第六功率器件场效应管的漏极D之间均互相连通；第四功率器件场效应管的源极S、第五功率器件场效应管的源极S、第六功率器件场效应管的源极S之间均互相连通；第四栅极控制钳位电路C的负极与第四功率器件场效应管的源极S连通，第五栅极控制钳位电路的负极与第五功率器件场效应管的源极S连通，第六栅极控制钳位电路的负极与第六功率器件场效应管的源极S连通。

所述的第二桥臂电路还包括第二开路保护电路，第二开路保护电路的输入端与无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端连通，第二开路保护电路的输出端与第四功率器件场效应管的源极S、第五功率器件场效应管的源极S、第六功率器件场效应管的源极S连通。

所述的第二桥臂电路还包括第二吸收电路，第二吸收电路由第二电阻和第二电容组成，第二吸收电路的第二电阻的一端与第二电容的一端连通，第二电阻的另一端分别与第四功率器件场效应管的漏极D、第五功率器件场效应管的漏极D、第六功率器件场效应管的漏极D连通；第二电容的另一端分别与第四功率器件场效应管的源极S、第五功率器件场效应管的源极S、第六功率器件场效应管的源极S连通。

本发明的有益技术效果在于：(1)本发明的装置以弱电控制信号作为输入信号，将低压开关信号转变为高压大电流电机驱动信号，同时自带尖峰抑制和干扰吸收功能，具有功率大、体积小、可靠性高、电磁兼容性好的特点；用于火箭飞行控制的伺服机构的电机控制驱动，可实现高功率密度集成。(2)本发明的装置能够实现功率逆变***的功率器件三余度设计，具备功率器件两度故障容错和工作能力，容错能力与已有单余度器件显著提高。(3)具备功率器件三余度开关速度调控功能，确保三余度并联功率器件开通速度的一致性和均衡性，可有效防止三余度器件开通速度不一致导致的器件过流和发热不均衡性。(4)半桥式设计简化了电路外部连接，且方便扩展，可轻松扩展为H桥电路和三相全桥电路，可实现电机驱动器完全整体化设计，减少驱动器内部连线，使用和维护性能大大提高。(5)与现有技术中的功率器件相比，功率逆变***的功率器件三余度设计使三组功率器件并联同时工作，功率逆变***的功率性能和级别提高到原来的三倍，降额等级和可靠性明显提高。(6)集成了开关噪声吸收抑制功能，功能齐备，无需额外配备开关噪声抑制电路，简化了使用，提高了电磁兼容性。(7)集成了栅极控制钳位功能，当外接控制信号短时超过功率器件允许输入电压时，栅极控制钳位电路会对输入信号进行钳位，确保其输入电压不超过安全电压，保护功率器件。(8)集成了半导体器件开路保护功能，即当外部无控制信号输入或其输入电平处于不确定状态时，开路保护功能可确保功率回路控制电压迅速泻放防止误开通，该设计可有效防止工作时出现开路故障时引起器件损伤。(9)能够实现功率器件两度故障容错和工作能力，集成了完备的开关干扰抑制功能，***电路简单，具有良好的可扩展性，在功率级别及可靠性大大提高。(10)三组功率电路开关产生的动态开关电磁干扰信号连接至吸收电路，由其动态吸收，保证整个装置良好的电磁兼容性。(11)栅极控制钳位电路接收控制电路的弱电电机控制开关信号，当该信号超出钳位门限时，钳位电路将开关信号钳位在门限以下，保证控制信号不超过功率器件允许信号范围。(12)功率电路接收到有效的开关信号后，按照控制信号进行开关，从而产生交变电压、电流信号，实现电机的精确控制和连续可靠运转。

附图说明

图1为本发明所提供的一种半H桥功率逆变***的***框图；

图2为本发明所提供的一种半H桥功率逆变***的电路原理图。

图中：1.第一桥臂电路，101.第一开路保护电路，102.第一功率电路，103.第二功率电路，104.第三功率电路，105.第一吸收电路；

102A.第一功率器件场效应管，102B.第一开关速度调控电路，102C.第一栅极控制钳位电路；

103A.第二功率器件场效应管，103B.第二开关速度调控电路，103C.第二栅极控制钳位电路；

104A.第三功率器件场效应管，104B.第三开关速度调控电路，104C.第三栅极控制钳位电路；

R1.第一电阻，C1.第一电容；

2.第二桥臂电路，201.第二开路保护电路，202.第四功率电路，203.第五功率电路，204.第六功率电路，205.第二吸收电路；

202A.第四功率器件场效应管，202B.第四开关速度调控电路，202C.第四栅极控制钳位电路；

203A.第五功率器件场效应管，203B.第五开关速度调控电路，203C.第五栅极控制钳位电路；

204A.第六功率器件场效应管，204B.第六开关速度调控电路，204C.第六栅极控制钳位电路；

R2.第二电阻，C2.第二电容。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种半H桥功率逆变***，包括第一桥臂电路1和第二桥臂电路2，第一桥臂电路1与第二桥臂电路2并联。

如图1和图2所示，第一桥臂电路1包括第一开路保护电路101、第一功率电路102、第二功率电路103、第三功率电路104、第一吸收电路105。第一桥臂电路1的第一功率电路102、第二功率电路103、第三功率电路104为三路结构相同、相互独立且冗余并联的功率电路；功率电路均由场效应管、开关速度调控电路和栅极控制钳位电路组合而成，三者为全并联结构，实现功率电路三冗余连接。

如图1所示，第一功率电路102包括第一功率器件场效应管102A、第一开关速度调控电路102B、第一栅极控制钳位电路102C。第二功率电路103包括第二功率器件场效应管103A、第二开关速度调控电路103B、第二栅极控制钳位电路103C。第三功率电路104包括第三功率器件场效应管104A、第三开关速度调控电路104B、第三栅极控制钳位电路104C。

如图1和图2所示，无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第一开路保护电路101的输入端、第一开关速度调控电路102B的输入端、第二开关速度调控电路103B的输入端、第三开关速度调控电路104B的输入端连通。第一开路保护电路101的输出端分别与第一功率器件场效应管102A的源极S、第二功率器件场效应管103A的源极S、第三功率器件场效应管104A的源极S连通。第一吸收电路105的第一电阻R1的一端与第一电容C1的一端连通，第一电阻R1的另一端分别与第一功率器件场效应管102A的漏极D、第二功率器件场效应管103A的漏极D、第三功率器件场效应管104A的漏极D连通。第一电容C1的另一端分别与第一功率器件场效应管102A的源极S、第二功率器件场效应管103A的源极S、第三功率器件场效应管104A的源极S连通。

如图1和图2所示，第一开关速度调控电路102B的输出端分别与第一栅极控制钳位电路102C的正极、第一功率器件场效应管102A的栅极G连通。第二开关速度调控电路103B的输出端分别与第二栅极控制钳位电路103C的正极、第二功率器件场效应管103A的栅极G连通。第三开关速度调控电路104B的输出端分别与第三栅极控制钳位电路104C的正极、第三功率器件场效应管104A的栅极G连通。第一栅极控制钳位电路102C的负极与第一功率器件场效应管102A的源极S连通。第二栅极控制钳位电路103C的负极与第二功率器件场效应管103A的源极S连通。第三栅极控制钳位电路104C的负极与第三功率器件场效应管104A的源极S连通。第一功率器件场效应管102A的源极S、第二功率器件场效应管103A的源极S、第三功率器件场效应管104A的源极S之间均互相连通。第一功率器件场效应管102A的漏极D、第二功率器件场效应管103A的漏极D、第三功率器件场效应管104A的漏极D均匀与电源Vcc的正极连通；第一功率器件场效应管102A的源极S、第二功率器件场效应管103A的源极S、第三功率器件场效应管104A的源极S均匀与电源Vcc的负极连通。

如图2所示，第一开路保护电路101由电阻构成，该电阻的阻值范围为1～20kΩ。在第一桥臂电路1未连接的转运过程中或第一桥臂电路1接入工作中高端控制信号出现开路时，第一开路保护电路101时可随时泻放第一功率电路102、第二功率电路103、第三功率电路104中场效应管电荷，使其迅速回复到关闭状态，从而起到开路保护作用。第一开关速度调控电路102B、第二开关速度调控电路103B、第三开关速度调控电路104B均各由一个电阻组成，电阻的阻值均为5～50Ω；随着电阻阻值越大，开关时间越长，第一功率电路102、第二功率电路103、第三功率电路104的工作一致性越高。第一栅极控制钳位电路102C、第二栅极控制钳位电路103C、第一栅极控制钳位电路104C均各由一只稳压管组成，当无刷直流电机驱动器输出的控制信号电压幅值超过栅极控制钳位电路的稳压阈值时，栅极控制钳位电路齐纳击穿导通并稳压，确保传输至第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A的电信号不会超过其耐受电压，保证电路可靠性。第一吸收电路105由第一电阻R1和第一电容C1串联组成，第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A高频开关会在其D-S之间产生瞬态尖峰电压脉冲，该脉冲频率可达10kHz～100MHz，如果不加以抑制容易引起较强电磁干扰，影响自身乃至其它设备工作；高频开关信号产生电磁干扰信号的瞬态尖峰电压脉冲经第一吸收电路105被缓冲抑制吸收，保证整个装置良好的电磁兼容性；第一吸收电路105还可以采用C即单纯电容型、R-D-C即电阻-二极管-电容组成的电路网络等其它的适用形式。

如图1和图2所示，第二桥臂电路2包括第二开路保护电路201、第四功率电路202、第五功率电路203、第六功率电路204、第二吸收电路205。第二桥臂电路2的第四功率电路202、第五功率电路203、第六功率电路204为三路结构相同、相互独立且冗余并联的功率电路；功率电路均由场效应管、开关速度调控电路和栅极控制钳位电路组合而成，三者为全并联结构，实现功率电路三冗余连接。

如图1所示，第四功率电路202包括第四功率器件场效应管202A、第四开关速度调控电路202B、第四栅极控制钳位电路202C。第五功率电路203包括第五功率器件场效应管203A、第五开关速度调控电路203B、第五栅极控制钳位电路203C。第六功率电路204包括第六功率器件场效应管204A、第六开关速度调控电路204B、第六栅极控制钳位电路204C。

如图1和图2所示，无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第二开路保护电路201的输入端、第四开关速度调控电路202B的输入端、第五开关速度调控电路203B的输入端、第六开关速度调控电路204B的输入端连通。第二开路保护电路201的输出端分别与第四功率器件场效应管202A的源极S、第五功率器件场效应管203A的源极S、第六功率器件场效应管204A的源极S连通。第二吸收电路205的第二电阻R2的一端与第二电容C2的一端连通，第二电阻R2的另一端分别与第四功率器件场效应管202A的漏极D、第五功率器件场效应管203A的漏极D、第六功率器件场效应管204A的漏极D连通。第二电容C2的另一端分别与第四功率器件场效应管202A的源极S、第五功率器件场效应管203A的源极S、第六功率器件场效应管204A的源极S连通。

如图1和图2所示，第四开关速度调控电路202B的输出端分别与第四栅极控制钳位电路202C的正极、第四功率器件场效应管202A的栅极G连通。第五开关速度调控电路203B的输出端分别与第五栅极控制钳位电路203C的正极、第五功率器件场效应管203A的栅极G连通。第六开关速度调控电路204B的输出端分别与第六栅极控制钳位电路204C的正极、第六功率器件场效应管204A的栅极G连通。第四栅极控制钳位电路202C的负极与第四功率器件场效应管202A的源极S连通。第五栅极控制钳位电路203C的负极与第五功率器件场效应管203A的源极S连通。第六栅极控制钳位电路204C的负极与第六功率器件场效应管204A的源极S连通。第四功率器件场效应管202A的源极S、第五功率器件场效应管203A的源极S、第六功率器件场效应管204A的源极S之间均互相连通。第四功率器件场效应管202A的漏极D、第五功率器件场效应管203A的漏极D、第六功率器件场效应管204A的漏极D均匀与电源Vcc的正极连通；第四功率器件场效应管202A的源极S、第五功率器件场效应管203A的源极S、第六功率器件场效应管204A的源极S均匀与电源Vcc的负极连通。

如图2所示，第二开路保护电路201由电阻构成，该电阻的阻值范围为1～20kΩ。在第二桥臂电路2未连接的转运过程中或第二桥臂电路2工作中高端控制信号出现开路时，第二开路保护电路201时可随时泻放第四功率电路202、第五功率电路203、第六功率电路204中场效应管电荷，使其迅速回复到关闭状态，从而起到开路保护作用。第四开关速度调控电路202B、第五开关速度调控电路203B、第六开关速度调控电路204B均各由一个电阻组成，电阻的阻值均为5～50Ω；随着电阻阻值越大，开关时间越长，第四功率电路202、第五功率电路203、第六功率电路204的工作一致性越高。第四栅极控制钳位电路202C、第五栅极控制钳位电路203C、第六栅极控制钳位电路204C均各由一只稳压管组成，当无刷直流电机驱动器输出的控制信号电压幅值超过栅极控制钳位电路的稳压阈值时，栅极控制钳位电路齐纳击穿导通并稳压，确保传输至第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A的电信号不会超过其耐受电压，保证电路可靠性。第二吸收电路205由第二电阻R2和第二电容C2串联组成，第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A高频开关会在其D-S之间产生瞬态尖峰电压脉冲，该脉冲频率可达10kHz～100MHz，如果不加以抑制容易引起较强电磁干扰，影响自身乃至其它设备工作；高频开关信号产生电磁干扰信号的瞬态尖峰电压脉冲经第二吸收电路205被缓冲抑制吸收，保证整个装置良好的电磁兼容性；第二吸收电路205还可以采用C即单纯电容型、R-D-C即电阻-二极管-电容组成的电路网络等其它的适用形式。

如图1和图2所示，本发明所提供的一种半H桥功率逆变***的工作原理如下：

(1)第一桥臂电路1的工作原理：无刷直流电机驱动器输出的高端控制信号经过第一开路保护电路101，分三路独立信号分别进入第一栅极控制钳位电路102C的负极、第二栅极控制钳位电路103C的负极、第三栅极控制钳位电路104C的负极。当第一桥臂电路1未连接的转运过程中或第一桥臂电路1接入工作中高端控制信号出现开路时，第一开路保护电路101泻放功率电路中场效应管电荷，可随时泻放第一功率电路102、第二功率电路103、第三功率电路104中场效应管电荷，使其迅速回复到关闭状态，从而起到开路保护作用。同时，无刷直流电机驱动器的高端控制信号分三路分别进入第一开关速度调控电路102B、第二开关速度调控电路103B、第三开关速度调控电路104B，第一开关速度调控电路102B、第二开关速度调控电路103B、第三开关速度调控电路104B分别对相应的高端控制信号进行上升速度调控，以调节第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A开通时间，保证开通时间一致性。经过上升速度调控的三路高端控制信号分别输入第一栅极控制钳位电路102C的正极、第二栅极控制钳位电路103C的正极、第三栅极控制钳位电路104C的正极，第一栅极控制钳位电路102C、第二栅极控制钳位电路103C、第三栅极控制钳位电路104C分别将超出钳位电路钳位电压的控制信号抑制到钳位电压以下，保证各自对应的第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A输入信号不超过其输入电压≤20V的要求。第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A在相同控制信号的控制下同时开启或关断。电源Vcc的供电电流通过第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A；供电电流同时并联流过第一功率器件场效应管102A、第二功率器件场效应管103A、第三功率器件场效应管104A；每组电路中的场效应管仅需通过1/3的电流，场效应管的发热降低、可靠性提高。当无刷直流电机驱动器输出的控制信号传至三个场效应管的栅极G与源极S之间时，如果该控制信号为逻辑高电平时，三个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间导通；如果该控制信号为逻辑低电平时，三个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间关断；从而使得本发明的装置的输出端产生交变的功率电压和电流，实现无刷直流电机的精确控制和连续可靠运转。

(2)第二桥臂电路2的工作原理：无刷直流电机驱动器输出的低端控制信号经过第二开路保护电路201进行转换后分三路独立信号分别进入第四栅极控制钳位电路202C的负极、第五栅极控制钳位电路203C的负极、第六栅极控制钳位电路204C的负极。当第二桥臂电路2未连接的转运过程中或第二桥臂电路2接入工作中高端控制信号出现开路时，第一开路保护电路101泻放功率电路中场效应管电荷的作用，可随时泻放第四功率电路202、第五功率电路203、第六功率电路204中场效应管电荷，使其迅速回复到关闭状态，从而起到开路保护作用。同时，无刷直流电机驱动器的低端控制信号分三路分别进入第四开关速度调控电路202B、第五开关速度调控电路203B、第六开关速度调控电路204B，第四开关速度调控电路202B、第五开关速度调控电路203B、第六开关速度调控电路204B分别对相应的高端控制信号进行上升速度调控，以调节第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A开通时间，保证开通时间一致性。经过上升速度调控的三路高端控制信号分别输入第四栅极控制钳位电路202C的正极、第五栅极控制钳位电路203C的正极、第六栅极控制钳位电路204C的正极，第四栅极控制钳位电路202C的正极、第五栅极控制钳位电路203C的正极、第六栅极控制钳位电路204C的正极分别将超出钳位电路钳位电压的控制信号抑制到钳位电压以下，保证各自对应的第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A输入信号不超过其输入≤20V的电压要求。第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A在相同控制信号的控制下同时开启和关断。电源Vcc的供电电流通过第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A；供电电流同时并联流过第四功率器件场效应管202A、第五功率器件场效应管203A、第六功率器件场效应管204A；每组电路中的场效应管仅需通过1/3的电流，场效应管的发热降低、可靠性提高。当无刷直流电机驱动器输出的控制信号传至三个场效应管的栅极G与源极S之间时，如果该控制信号为逻辑高电平时，三个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间导通；如果该控制信号为逻辑低电平时，三个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间关断；从而使得本发明的装置的输出端产生交变的功率电压和电流，实现无刷直流电机的精确控制和连续可靠运转。

两组本发明中的半H桥功率逆变***并联即得到全H桥逆变***，可用于直流有刷电机的控制驱动及PWM调速，两组半H桥功率逆变***的输出端为两相直流有刷电机的驱动电流信号，分别连接直流有刷电机的正负极。三组本发明中的半H桥功率逆变***并联得到三相全桥逆变***，可用于三相无刷直流电机的控制驱动及PWM调速，三组半H桥功率逆变***的输出端分别为U、V、W三相无刷直流电机的驱动电流信号，分别连接无刷直流电机的U、V、W三相。

上述实施例仅给出功率逆变***包括两个桥臂电路、每个桥臂电路由三个功率电路组成的情形，上述情形实施例能够实现功率电路三冗余连接。除了上述实施例中以外，本发明还可以采用三个或者三个以上桥臂电路，每个桥臂电路也可以由四个或者四个以上功率电路组成，即本发明还可以采用3、4乃至更多余度设计。

通常情况下，一台无刷直流电机驱动器中需要使用3组本发明所提的半H桥功率逆变***组成的三相全桥。此时，如果功率逆变***需要功率为15kW，则每组功率逆变***设计功率取5kW。正常工作时，3组功率电路同时工作，每组平均承担1.7kW的功率。如果其中两组功率电路失效，剩余一组功率电路仍可以提供全额的驱动功率5kW需求。因此，本发明，具备功率器件两度故障容错能力。并且，单组功率逆变器件的功率水平与单通道设计相比下降了2/3，无故障工作时降额水平和可靠性显著提高。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (8)

1.一种半H桥功率逆变***，其特征在于：该***包括多个并联的桥臂***，每个桥臂***均由多个并联的功率***组成，每个功率***均由场效应管、开关速度调控***、栅极控制钳位***组成；无刷直流电机驱动器的控制信号输出端与每个开关速度调控***的输入端均连通，每个开关速度调控***输出端均分别与相应的栅极控制钳位***输入端、场效应管的栅极连通；同一个桥臂***中的每个场效应管的漏极D之间均连通，同一个桥臂***中的每个场效应管的源极S之间均连通；相邻两个桥臂***中场效应管的漏极D与源极S之间均连通；无刷直流电机驱动器的控制信号输入开关速度调控***进行上升速度调控，经过上升速度调控的控制信号控制多个场效应管同时开启或关断；当无刷直流电机驱动器输出的控制信号传至场效应管的栅极与源极之间时，如果该控制信号为逻辑高电平时，每个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间导通；如果该控制信号为逻辑低电平时，每个场效应管的漏极D与源极S之间均瞬间关断；从而输出端产生交变的功率电压和电流，实现控制无刷直流电机的运转；

所述的每个桥臂***均包括开路保护***，开路保护***的输入端与无刷直流电机驱动器的控制信号输出端之间连通，开路保护***的输出端与场效应管的源极S连通；当场效应管中的电荷超过开路保护***设定的阈值时，开路保护***泻放场效应管中的电荷，使场效应管回复到关闭状态，从而起到开路保护作用；

所述的每个桥臂***均包括吸收***，吸收***的一端与场效应管的漏极连通，吸收***的另一端与场效应管的源极连通；当场效应管产生瞬态尖峰电压脉冲时，该脉冲被吸收***吸收。

2.根据权利要求1所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的桥臂***为第一桥臂***(1)和第二桥臂***(2)两个***；第一桥臂***(1)包括并联的第一开路保护***(101)、第一功率***(102)、第二功率***(103)、第三功率***(104)；第二桥臂***(2)包括并联的第二开路保护***(201)、第四功率***(202)、第五功率***(203)、第六功率***(204)；第一功率***(102)、第二功率***(103)、第三功率***(104)的输出端与第四功率***(202)、第五功率***(203)、第六功率***(204)的输出端均连通。

3.根据权利要求2所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第一功率***(102)包括第一功率器件场效应管(102A)、第一开关速度调控***(102B)、第一栅极控制钳位***(102C)；第二功率***(103)包括第二功率器件场效应管(103A)、第二开关速度调控***(103B)、第二栅极控制钳位***(103C)；第三功率***(104)包括第三功率器件场效应管(104A)、第三开关速度调控***(104B)、第三栅极控制钳位***(104C)；无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第一开关速度调控***(102B)的输入端、第二开关速度调控***(103B)的输入端、第三开关速度调控***(104B)的输入端连通；第一开关速度调控***(102B)的输出端分别与第一栅极控制钳位***(102C)的正极、第一功率器件场效应管(102A)的栅极G连通；第二开关速度调控***(103B)的输出端分别与第二栅极控制钳位***(103C)的正极、第二功率器件场效应管(103A)的栅极G连通；第三开关速度调控***(104B)的输出端分别与第三栅极控制钳位***(104C)的正极、第三功率器件场效应管(104A)的栅极G连通；第一功率器件场效应管(102A)的漏极D、第二功率器件场效应管(103A)的漏极D、第三功率器件场效应管(104A)的漏极D之间均互相连通；第一功率器件场效应管(102A)的源极S、第二功率器件场效应管(103A)的源极S、第三功率器件场效应管(104A)的源极S之间均互相连通；第一栅极控制钳位***(102)C的负极与第一功率器件场效应管(102A)的源极S连通，第二栅极控制钳位***(103C)的负极与第二功率器件场效应管(103A)的源极S连通，第三栅极控制钳位***(104C)的负极与第三功率器件场效应管(104A)的源极S连通。

4.根据权利要求3所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第一桥臂***(1)还包括第一开路保护***(101)，第一开路保护***(101)的输入端与无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端连通，第一开路保护***(101)的输出端与第一功率器件场效应管(102A)的源极S、第二功率器件场效应管(103A)的源极S、第三功率器件场效应管(104A)的源极S连通。

5.根据权利要求4所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第一桥臂***(1)还包括第一吸收***(105)，第一吸收***(105)由第一电阻(R1)和第一电容(C1)组成，第一吸收***(105)的第一电阻(R1)的一端与第一电容(C1)的一端连通，第一电阻(R1)的另一端分别与第一功率器件场效应管(102A)的漏极D、第二功率器件场效应管(103A)的漏极D、第三功率器件场效应管(104A)的漏极D连通；第一电容(C1)的另一端分别与第一功率器件场效应管(102A)的源极S、第二功率器件场效应管(103A)的源极S、第三功率器件场效应管(104A)的源极S连通。

6.根据权利要求5所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第二功率***(202)包括第四功率器件场效应管(202A)、第四开关速度调控***(202B)、第四栅极控制钳位***(202C)；第五功率***(203)包括第五功率器件场效应管(203A)、第五开关速度调控***(203B)、第五栅极控制钳位***(203C)；第六功率***(204)包括第六功率器件场效应管(204A)、第六开关速度调控***(204B)、第六栅极控制钳位***(204C)；无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端分别与第四开关速度调控***(202B)的输入端、第五开关速度调控***(203B)的输入端、第六开关速度调控***(204B)的输入端连通；第四开关速度调控***(202B)的输出端分别与第四栅极控制钳位***(202C)的正极、第四功率器件场效应管(202A)的栅极G连通；第五开关速度调控***(203B)的输出端分别与第五栅极控制钳位***(203C)的正极、第五功率器件场效应管(203A)的栅极G连通；第六开关速度调控***(204B)的输出端分别与第六栅极控制钳位***(204C)的正极、第六功率器件场效应管(204A)的栅极G连通；第四功率器件场效应管(202A)的漏极D、第五功率器件场效应管(203A)的漏极D、第六功率器件场效应管(204A)的漏极D之间均互相连通；第四功率器件场效应管(202A)的源极S、第五功率器件场效应管(203A)的源极S、第六功率器件场效应管(204A)的源极S之间均互相连通；第四栅极控制钳位***(202)C的负极与第四功率器件场效应管(202A)的源极S连通，第五栅极控制钳位***(203C)的负极与第五功率器件场效应管(203A)的源极S连通，第六栅极控制钳位***(204C)的负极与第六功率器件场效应管(202A)的源极S连通。

7.根据权利要求6所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第二桥臂***(1)还包括第二开路保护***(201)，第二开路保护***(201)的输入端与无刷直流电机驱动器的高端控制信号输出端连通，第二开路保护***(201)的输出端与第四功率器件场效应管(202A)的源极S、第五功率器件场效应管(203A)的源极S、第六功率器件场效应管(204A)的源极S连通。

8.根据权利要求7所述的一种半H桥功率逆变***，其特征在于：所述的第二桥臂***(1)还包括第二吸收***(205)，第二吸收***(205)由第二电阻(R1)和第二电容(C1)组成，第二吸收***(205)的第二电阻(R2)的一端与第二电容(C2)的一端连通，第二电阻(R2)的另一端分别与第四功率器件场效应管(202A)的漏极D、第五功率器件场效应管(203A)的漏极D、第六功率器件场效应管(204A)的漏极D连通；第二电容(C2)的另一端分别与第四功率器件场效应管(202A)的源极S、第五功率器件场效应管(203A)的源极S、第六功率器件场效应管(204A)的源极S连通。