三相交流电机用基于大功率运放的线性功率驱动控制器

摘要

三相交流电机用基于大功率运放的线性功率驱动控制器，它由线性功率驱动模块、信号检测模块、数字控制模块及D/A转换模块组成；信号检测模块检测电机三相绕组电流信号和电机转子位置信号，并转换成数字控制模块能够直接接收的信号形式，传递给数字控制模块；数字控制模块根据接收到的电机状态信息，完成控制算法的计算，并给出数字量的控制信号；D/A转换模块负责把该数字量的控制信号转换成模拟量的控制信号，传递给线性功率驱动模块；线性功率驱动模块把模拟量的控制信号与功率级信号相隔离，并进一步进行功率放大，提供给电机绕组高电压和大电流，从而实现对三相交流电机的高精度控制。本发明在电动机自动控制技术领域里有良好的应用前景。

主权项

三相交流电机用基于大功率运放的线性功率驱动控制器，其特征在于：它由线性功率驱动模块、信号检测模块、数字控制模块及D/A转换模块四部分组成；信号检测模块检测电机的三相绕组电流信号和电机转子位置信号，并转换成数字控制模块能够直接接收的信号形式，传递给数字控制模块；数字控制模块根据接收到的电机状态信息，完成控制算法的计算，并给出数字量的控制信号；D/A转换模块负责把该数字量的控制信号转换成模拟量的控制信号，传递给线性功率驱动模块；线性功率驱动模块把模拟量的控制信号与功率级信号相隔离，并进一步进行功率放大，提供给电机绕组高电压和大电流，从而实现对三相交流电机的高精度控制；所述的线性功率驱动模块包括：高速输入隔离放大器和大功率运放；其中，高速输入隔离放大器接收D/A转换模块的输出信号，实现电机三相线电压模拟控制信号到功率信号的电气隔离，高速输入隔离放大器的输出信号直接作为大功率运放的输入信号；大功率运放接收来自高速输入隔离放大器的输出信号，进行功率放大，给电机三相绕组提供高电压和大电流；所述的信号检测模块包括：用于检测三相绕组电流的霍尔式电流传感器，A/D转换器，用于检测转子位置的绝对式光电编码器和485通信电路；其中，霍尔式电流传感器将电机三相绕组的电流转换成相应的电压信号，同时实现与功率级信号的电气隔离；A/D转换器的单芯片上集成了四个16位ADC，它将霍尔式电流传感器输出的电压信号转换成相应的数字信号，并通过DSP的数据总线传递给DSP；绝对式光电编码器检测转子的当前位置，以485通信的形式传递给485通信电路，485通信电路将绝对式光电编码器发出的位置信号转换成电平与DSP的SCI接口相匹配的串行二进制数据，通过SCI接口传递给DSP，同时该485通信电路还实现了绝对式光电编码器与数字控制模块间的电气隔离；DSP利用得到的电机三相绕组电流信息及转子位置信息，经过相关控制算法的计算给出三相绕组线电压的控制信号，从而实现对电机的闭环控制；所述的数字控制模块包括：32位浮点高速DSP，其具有150MHz的高速处理能力，具备32位浮点处理单元，应用其浮点运算单元，可快速编写控制算法，且可以较容易的实现复杂控制算法；DSP作为系统的数字控制器，负责整个系统的任务调度，其通过数据总线及SCI通信接口接收来自霍尔式电流传感器和光电编码器的电机三相电流及转子位置信号，经过位置环、速度环和电流环的相关控制算法计算，给出系统的三相线电压控制信号，该信号通过DSP的数据总线传递给D/A转换模块，得到三相线电压的模拟控制信号，并经过后续的高速输入隔离放大器和大功率运放实现隔离和功率放大，实现对电机的三相绕组电流的高精度控制；所述的D/A转换模块包括：电压输出型14位并行D/A转换器，具有低初始误差和低温度漂移特性并可以进行精密调整的基准电压源；其中，电压输出型14位并行D/A转换器，单芯片上集成了四个14位DAC，它将DSP给出的电机三相绕组线电压的数字控制信号转换成模拟量的控制信号，因为该D/A转换器具有14位精度、电压型输出形式和并行输入方式，从而可实现高速、高精度的转换；具有低初始误差和低温度漂移特性并可以进行精密调整的基准电压源，为D/A转换器提供高精度的转换参考电压，所述的基准电压源可以对D/A转换器的输出进行零位和满量程调整，保证了D/A转换模块的转换精度和输出电压的高线性度。