諧振直流環節逆變器驅動bldcm的控制器設計
賀虎成
（西安科技大學電氣與控制工程學院，西安710054）
摘要：根據無刷直流電機( bldcm)的脈寬調制(pwivi)特點和諧振直流環節逆變器(rdcli)的工作原理，利用脈寬調制專用集成芯片和復雜可編程邏輯器件( cpld)，設計了新型并聯諧振直流環節軟開關逆變器驅動無刷直流電機的pwni控制器。數字仿真和實驗結果表明，設計的控制器實現了諧振直流環節逆變器的正常工作和無刷直流電機的pwm調制運行。
關鍵詞：無刷直流電機；諧振直流環節；pwm；控制器
中圖分類號：tm36 +1; tm302 文獻標志碼：a 文章編號：1001-6848( 2010)06-0059-04
0引 言
無刷直流電機( brushless dc motor，bldcm)以其體積小、重量輕、效率高、特性好、響應快等優點，得到了廣泛應用。然而，無刷直流電機通常采用硬開關逆變器驅動，硬開關逆變器的系統效率較低，開關器件的電壓、電流應力大，開關器件開通和關斷瞬間的電壓和電流尖峰可能使器件的運行軌跡超出安全工作區，從而導致開關器件的損壞，影響系統的可靠性。因此，硬開關逆變器嚴重地影響了bldcm系統性能的進一步提升。
諧振贏流環節軟開關逆變器( 簡稱rdcli)作為一種有效的解決途徑，研究已產生許多拓撲和控制方法，但這些拓撲仍存在一些不足，諸如開關器件電流電壓應力較高、控制比較復雜、直流母線中點電壓平衡問題等。
文獻[5]提出了一種新型并聯諧振直流環節軟開關逆變電路。該新型軟開關變換電路具有這些優點：
①諧振網絡無諧振閾值限制；
②諧振過程所用的時間較短，消耗功率較小；
③逆變橋的續流二極管實現了軟性關斷，克服了反向恢復問題；
④可以實現pwm控制且方法簡單，便于工程實現；
⑤省去了阻流環節的大電容，無中點電位不平衡問題；
⑥功率器件具有棱小的開關應力；
⑦逆變橋開關操作均為零電壓開關( zvs)，諧振單元的開關器件操作為zvs或零電流開關(zcs)。
文獻[6]提出了該新型諧振直流環節逆變器在無刷直流電機應用中的控制策略。本文在文獻[5-6]的研究基礎上，探討該新型諧振直流環節逆變器在無刷直流電機中應用的pwm控制器實現。
1新型諧振直流環節軟開關逆變器
新型諧振直流環節軟開關逆變器的拓撲電路如圖1所示，包括直流電源、諧振單元、三相電壓源逆變器和電機。
為了便于后續分析，先簡單介紹軟開關逆變器的工作原理。逆變器過渡狀態的等效電路如圖2，電壓和電流的參考方向如圖中標定。圖3為逆變器狀態過渡期間一個開關周期的動作波形，圖中dul、du2、du3分別為輔助開關v1、v2、v3的驅動信號，uc為電容cr兩端的電壓，即直流環節或直流母線電壓，ucl、uc2分別為電容c1、c2兩端電壓，i為諧振電感電流，恒流源i0為等效負載電流，td/為等效續流二極管。新型諧振直流環節逆變器的一個完整pwm開關周期由十個階段構成。
假定這是電路的初始工作狀態，v2，v3斷開，v1導通，電源e經v1向負載提供電流。
模式b[t1-t2]
t=t2時，pwm關斷信號到來，在zvs條件下直接關斷開關v，，同時zcs條件下開通v3。
模式c[t2~t3j
t=t2時，直流母線電壓諧振下降到零，負載電流i0流過續流二極管tdi，同時，因二極管d1的導通，阻止了諧振的進行，電容不能反向充電，電感l1、開關管v3和二極管d1自形成回路，使電感電流為恒值。此時可zvs條件下軟關斷v3。電感和電容c1發生諧振，電容c1被充電電壓升高，電感電流下降。
模式(l[t4~t3]
t= t3時，諧振中止，電感電流轉換到二極管d2，向電源回饋能量，使電感電流迅速減
小為零。
模式e[ t4~她]
在t4 - t5階段，逆變橋續流二極管和負載電流構成回路，和傳統的逆變器工作狀態相同。在t2-t3階段直流環節電壓為零，逆變橋開關器件可以完成一次zvs開關過程，等開關過程結束后，進行母線電壓回 |
