摘要：根据无刷直流电机( bldcm)的脉宽调制(pwivi)特点和谐振直流环节逆变器(rdcli)的工作原理，利用脉宽调制专用集成芯片和复杂可编程逻辑器件( cpld)，设计了新型并联谐振直流环节软开关逆变器驱动无刷直流电机的pwni控制器。数字仿真和实验结果表明，设计的控制器实现了谐振直流环节逆变器的正常工作和无刷直流电机的pwm调制运行。

关键词：无刷直流电机；谐振直流环节；pwm；控制器

中图分类号：tm36 +1; tm302    文献标志码：a    文章编号：1001-6848( 2010)06-0059-04

    无刷直流电机( brushless dc motor，bldcm)以其体积小、重量轻、效率高、特性好、响应快等优点，得到了广泛应用。然而，无刷直流电机通常采用硬开关逆变器驱动，硬开关逆变器的系统效率较低，开关器件的电压、电流应力大，开关器件开通和关断瞬间的电压和电流尖峰可能使器件的运行轨迹超出安全工作区，从而导致开关器件的损坏，影响系统的可靠性。因此，硬开关逆变器严重地影响了bldcm系统性能的进一步提升。

    谐振赢流环节软开关逆变器( 简称rdcli)作为一种有效的解决途径，研究已产生许多拓扑和控制方法，但这些拓扑仍存在一些不足，诸如开关器件电流电压应力较高、控制比较复杂、直流母线中点电压平衡问题等。

    文献[5]提出了一种新型并联谐振直流环节软开关逆变电路。该新型软开关变换电路具有这些优点：

①谐振网络无谐振阈值限制；

②谐振过程所用的时间较短，消耗功率较小；

③逆变桥的续流二极管实现了软性关断，克服了反向恢复问题；

④可以实现pwm控制且方法简单，便于工程实现；

⑤省去了阻流环节的大电容，无中点电位不平衡问题；

⑥功率器件具有棱小的开关应力；

⑦逆变桥开关操作均为零电压开关( zvs)，谐振单元的开关器件操作为zvs或零电流开关(zcs)。

     文献[6]提出了该新型谐振直流环节逆变器在无刷直流电机应用中的控制策略。本文在文献[5-6]的研究基础上，探讨该新型谐振直流环节逆变器在无刷直流电机中应用的pwm控制器实现。

  新型谐振直流环节软开关逆变器的拓扑电路如图1所示，包括直流电源、谐振单元、三相电压源逆变器和电机。

    为了便于后续分析，先简单介绍软开关逆变器的工作原理。逆变器过渡状态的等效电路如图2，电压和电流的参考方向如图中标定。图3为逆变器状态过渡期间一个开关周期的动作波形，图中dul、du2、du3分别为辅助开关v1、v2、v3的驱动信号，uc为电容cr两端的电压，即直流环节或直流母线电压，ucl、uc2分别为电容c1、c2两端电压，i为谐振电感电流，恒流源i0为等效负载电流，td/为等效续流二极管。新型谐振直流环节逆变器的一个完整pwm开关周期由十个阶段构成。

  假定这是电路的初始工作状态，v2，v3断开，v1导通，电源e经v1向负载提供电流。

  模式b[t1-t2]

  t=t2时，pwm关断信号到来，在zvs条件下直接关断开关v，，同时zcs条件下开通v3。

  模式c[t2~t3j

  t=t2时，直流母线电压谐振下降到零，负载电流i0流过续流二极管tdi，同时，因二极管d1的导通，阻止了谐振的进行，电容不能反向充电，电感l1、开关管v3和二极管d1自形成回路，使电感电流为恒值。此时可zvs条件下软关断v3。电感和电容c1发生谐振，电容c1被充电电压升高，电感电流下降。

   模式(l[t4~t3]

   t= t3时，谐振中止，电感电流转换到二极管d2，向电源回馈能量，使电感电流迅速减

小为零。

   模式e[ t4~她]

   在t4 - t5阶段，逆变桥续流二极管和负载电流构成回路，和传统的逆变器工作状态相同。在t2-t3阶段直流环节电压为零，逆变桥开关器件可以完成一次zvs开关过程，等开关过程结束后，进行母线电压回