基于GaN功率器件的高频伺服驱动系统设计

发布时间：2021-10-29 08:13

　　电机驱动系统广泛应用在装备制造、航空航天、自动化等领域,沿着智能化、高功率密度、高可靠性的发展趋势快速发展。而作为电机驱动系统中的重要组成部分,当前的功率变换系统基本采用基于Si材料的功率器件,开关频率低,很难兼顾高功率密度和高效率等需求。随着半导体技术的不断发展,基于氮化镓（GaN）材料的功率器件具有优良的开关特性和高频工作性能。若将GaN功率器件应用于电机驱动领域,将能够显著降低系统体积、降低损耗、提升系统的功率密度,并降低电机驱动系统工作时的音频噪声。因此,基于GaN功率器件的高频电机驱动系统研究,对电机控制性能的提升具有重要意义。本文研制了基于GaN功率器件的伺服驱动器,并对驱动器关键的控制算法进行了研究。首先,分析了驱动电路及功率电路中寄生参数对GaN功率器件驱动性能的影响,给出了寄生参数的优化顺序及优化方法,并设计了基于GaN功率器件伺服驱动器的硬件电路,完成了伺服驱动器样机的研制。其次,在逆变器输出侧与电机输入侧之间串入LC输出滤波器,以减小开关管高速开关产生的dv/dt和di/dt并实现电机的正弦波驱动。与此同时,本文研究了由LC输出滤波器带来的谐振问题,分析了电流环延... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

基于GaN功率器件的伺服驱动器PCB图

表 4-1 SINC3 数字滤波器模块的管脚描述表管脚名称 属性 二进制位数shshushushu数管脚说明CLK_100M Input 1 时钟输入Rst Input 1 复位信号Mdata Input 1 采样信号输入Mclk Output 1 采样时钟输出Data Output 16 电流转换值输出本文应用 Modelsim仿真软件对 SINC3数字滤波器模块进行了仿真检验，这里 SINC3 数字滤波器模块的输入时钟频率为 100MHz，与此同时，在 SINC3模块中对其进行六分频，得到约为 16MHz 的采样时钟。与此同时，编写测试文件用于模拟产生 AD7401A 输出的 16MHz 串行数据信号 Mdata，用于SINC3 数字滤波器的输入。当 Mdata 的占空比设定为 3/8 时，如图 4-3 所示，SINC3 模块输出的 diff3 为 98304，占滤波器直流增益的 3/8。当 Mdata 的占空比设定为 5/8，如图 4-4 所示，输出的 diff3 为 163840，占滤波器直流增益的 5/8。

图 4-4 64 倍过采样，5/8 占空比仿真波形由于抽取率为 64 时，总线位数为 19 位，这里截取高 16 位作为 Data 输出，低位舍弃。由图 4-3、图 4-4 可知，输出的 Data 分别为 24576 和 40960，占其滤波器直流增益(65536)的 3/8 和 5/8，与 Mdata 信号的占空比相等。由此，证明了 SINC3 数字滤波器模块的正确性。用 FPGA 实现的三相 SINC3 数字滤波器模块的资源占用量如图 4-5所示。图 4-5 三相 SINC3 数字滤波器模块的资源占用量4.3.2 位置采样模块4.3.2.1 绝对式解码模块

【参考文献】：
期刊论文
[1]宽禁带碳化硅功率器件在电动汽车中的研究与应用[J]. 王学梅.  中国电机工程学报. 2014(03)
[2]CORDIC算法在基于FPGA的PMSM控制器中的应用[J]. 吴恒,王淦泉,陈桂林.  电机与控制学报. 2009(S1)
[3]在DSP与FPGA之间做出设计选择[J]. Bamdad Afra,Amit Kapadiya.  世界电子元器件. 2008(09)

硕士论文
[1]全电飞机驱动用永磁同步电机高功率密度设计方法研究[D]. 孙沛亮.哈尔滨工业大学 2017
[2]宽禁带功率半导体器件损耗研究[D]. 张宁.浙江大学 2016
[3]电动汽车用高功率密度永磁同步电机设计研究[D]. 张力.天津大学 2016
[4]碳化硅功率器件在永磁同步电机驱动器中的应用研究[D]. 聂新.南京航空航天大学 2015
[5]基于FPGA的交流伺服电机驱动技术[D]. 宋建庆.山东大学 2014
[6]基于FPGA的数据采集与处理系统设计[D]. 刘怿恒.湖南大学 2013
[7]基于FPGA的永磁同步电机矢量控制系统的设计与实现[D]. 覃曾攀.广东工业大学 2013
[8]基于FPGA的永磁同步电机模糊控制研究[D]. 乔海.黑龙江大学 2013
[9]基于FPGA的交流伺服系统电流环设计[D]. 伍庆.华中科技大学 2013



本文编号：3464303