电动汽车无刷电机高频链驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电动汽车无刷电机高频链驱动器，特别涉及180度控制的电动汽车无 刷电机高频链驱动器，属于电力电子功率变换器调制及无刷电机控制领域。
【背景技术】
[0002] 电动汽车的主要研宄核心是电气驱动系统，但目前应用的电气驱动系统主要存在 体积大而笨重、效率低及噪音大等缺点，传统逆变技术很难解决上述这些问题。高频链逆变 技术，应用的是体积更小的高频变压器，因此高频链逆变技术省去了笨重的工频变压器，通 过提高变压器的工作频率，大大减小了变压器的体积，增加了系统的功率密度，在很大程度 上减小了生产的成本。同时提高开关频率，使其超过人的听觉上限，噪声也会降低。
[0003] 无刷直流电机运行一般采用两两导通控制方式，这种控制方式在每一时刻只有两 相导通，第三相悬空，导通相在每一时刻上、下桥臂都分别仅有一只功率器件导通，不会使 同一桥臂发生直通现象，这种两两导通方式目前研宄比较多。而对于三三导通的控制方式， 研宄还比较少，三三导通方式指每一瞬间逆变桥均有三只功率器件同时导通，在三三导通 方式下，各相绕组不是在反电势波形的平顶部分换相，而是在反电势的过零点换相。三三导 通无刷直流电机控制系统，能够控制电机的三个绕组都工作，进一步提高了绕组的利用率， 减小转矩波动，提高了电机的输出功率。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于解决公知的普通逆变器体积大，效率低、噪音大以及180度导 通方式下出现同一桥臂上、下开关管直通短路导致开关器件损害的问题，且解决了高频链 矩阵变换器的调制及控制方法实现复杂，不能简单有效解决双向开关安全换流问题，提出 了一种适用于180度控制的电动汽车无刷直流电机高频链驱动器的HPWM调制策略。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0006] 将高频链矩阵变换器应用到电动汽车驱动器中，使其具有带无刷直流电机的能 力。将高频链矩阵变换器解耦思想与普通全桥无刷直流电机180°三三导通控制方式电路 驱动信号相结合，得到了高频链矩阵变换器带无刷直流电机负载的新型调制策略，并详细 分析了高频链逆变器在变压器前级逆变环节高频开关工作周期内的工作模态。
[0007] 一种电动汽车无刷电机高频链驱动器，包括高频逆变器、高频变压器和六个结构 相同的双向开关组成的三相矩阵变换器，所述三相矩阵变换器为高频化、能量双向流动的 拓扑结构，三相矩阵变换器中的每个双向开关是由两个全控开关管反接串联形成。
[0008] 上述电动汽车无刷电机高频链驱动器的180度控制方法，无刷电机的高频链驱动 信号采用180度三三导通控制方式，任一非换相时刻高频链矩阵变换器的三相桥臂中都有 上桥臂或下桥臂处于开通状态，去控制电机的三个绕组都工作；在180度导通控制方式中， 采用一种基于拓扑解耦的方波控制解耦调制方法，该调制方法是在普通180度三三导通方 式中融入了方波的解耦调制；这种解耦调制就是将矩阵变换器一分为二成两个普通三相逆 变器，分别为正组逆变器和负组逆变器，并且两组逆变器的输入电压极性相反，是前级高频 逆变器产生的周期互补的高频方波信号，当方波交流电压为正时，正组逆变器工作，当方波 交流电压为负时，负组逆变器工作，即把原本耦合在一起的两个电压型逆变器解耦为两个 可单独控制的正、负两组逆变器；解耦后的导通桥臂在任意时刻仅有一个全控开关管关闭， 开关管的驱动信号是高低频相间的方波脉冲信号组成。
[0009] 本发明的有益效果在于：
[0010] 高频链技术省去了笨重的工频变压器，通过提高变压器的工作频率，大大减小了 变压器的体积，同时也减小了滤波器的体积，提高了系统的功率密度和可靠性，对于驱动系 统的小型化、高效率以及低噪音具有很好的实际意义。180度控制的电动汽车无刷电机高频 链驱动器，有效提升了电机的效率和减小了转矩波动，有助于无刷电机的广泛推广，尤其适 用于电动汽车领域使用。
【附图说明】
[0011] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0012] 图1为本发明所提及的高频链矩阵变换器带无刷直流电机主电路举例。
[0013] 图2为本发明的高频链矩阵变换器带无刷直流电机解耦结构图举例。
[0014] 图3为本发明的三相绕组的反电势波形及其三三导通方式下的导通规律举例。
[0015] 图4以矩阵变换器A相波形合成的展示举例。
[0016] 图5以无刷电机在一个电角度周期内的波形的举例。
[0017] 图6以无刷直流电机在扇区波形的举例。
[0018] 图7以无刷直流电机在扇区的前级逆变器各个驱动信号的举例。
[0019] 图8以无刷电机在扇区内的工作模态的举例。
[0020] 图9以三三导通非零电压空间矢量的举例。
【具体实施方式】
[0021] 图1为本发明所提及的高频链矩阵变换器带无刷直流电机主电路举例。高频链矩 阵变换器的前、后级以高频变压器的初、次级界定，前级为四个IGBT开关管组成的高频逆 变电路，产生高频带有死区的正负变换方波；后级为矩阵变换器，将高频交流方波变换为工 频的三相交流电。该矩阵变换器由两个IGBT开关管反接串联形成的双向开关组成，电路中 采用双向功率开关、无中间储能环节是该种电源结构的鲜明特点。
[0022] 图2为本发明的高频链矩阵变换器带无刷直流电机解耦结构图举例。结解耦是解 耦和结耦的结合，解耦是指将矩阵变换器的双向开关分解为单向开关，简化其控制。结耦是 指通过逻辑组合，把适用于普通逆变器的控制信号经过逻辑变换与处理，使其能够适合矩 阵变换器双向开关的要求。图中是将矩阵变换器等效成两个普通的三相逆变器，分别为正 组逆变器和负组逆变器，两组逆变器的输入电压即为前级极性相反、周期互补的高频方波 信号，当方波交流电压为正时，要保证系统工作在普通电压型逆变器的状态，必须控制双向 开关中的下管处于全通，而上管处于普通的三相调制状态，即正组逆变器