1.本发明属于电机技术领域，具体涉及一种无刷直流电机驱动器、电机及舵机系统。
背景技术：2.伺服系统在实际使用时，电机会频繁的启动、制动、换向，这些过程主要通过控制功率器件按照控制逻辑频繁的开通、关断来实现，功率器件的开通、关断又会导致电机驱动器功率母线产生突波电压、突波电流。突波电压、突波电流的出现易导致直流母线电容的电应力过大、电容过应力损坏，而且突波电压、突波电流等信号也会传导、辐射耦合进入弱电控制电路，对弱电控制电路的工作可靠性造成威胁及舵系统的电磁兼容性很难满足。
3.相关技术中采用多芯组瓷介电容+钽电容的方式对突波电压、突波电流的抑制效果不佳，尤其是在大功率情况下使用时，缺陷尤为明显，导致无刷直流电机驱动器工作可靠性较差。
技术实现要素：4.本发明的目的是提供一种无刷直流电机驱动器、电机及舵机系统，以解决相关技术中的无刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
6.根据本发明的第一个方面，提供了一种无刷直流电机驱动器，其包括：正极母线和负极母线；逆变电路，逆变电路连接于正极母线和负极母线；rcd吸收电路，rcd吸收电路包括吸收电阻、电容和二极管，吸收电阻的第一端与正极母线连接，吸收电阻的第二端与电容的第一端连接，电容的第二端与负极母线连接，二极管的正极与正极母线连接，二极管的负极连接于吸收电阻的第二端和电容的第一端之间。
7.进一步地，吸收电阻为无感电阻，电容为薄膜电容，二极管为快恢复二极管。
8.进一步地，逆变电路为三相逆变桥电路，rcd吸收电路为三个，三个rcd吸收电路与三相逆变桥电路的三个桥臂一一对应地设置。
9.进一步地，电容的容值其中，cs为电容的容值，ls为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为rcd吸收电路的等效寄生电感，i0为驱动器功率母线的关断电流，v
pek
为驱动器功率母线的突波电压，ud为驱动器功率母线的供电电压。
10.进一步地，吸收电阻的阻值其中，rs为吸收电阻的阻值，ls为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为rcd吸收电路的等效寄生电感，cs为电容的容值，f为pwm调制频率。
11.进一步地，二极管的反向耐压等级与三相逆变桥电路中的igbt的电压等级相同，
二极管的反向恢复时间trr小于igbt导通时达到米勒平台的时间tf，二极管的额定直流电流其中，id为二极管的额定直流电流，i0为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的关断电流，tf为igbt导通时达到米勒平台的时间，f为pwm调制频率。
12.进一步地，无刷直流电机驱动器还包括钽电容，钽电容的正极与正极母线连接，钽电容的负极与负极母线连接。
13.进一步地，无刷直流电机驱动器还包括功率母线吸收电容，功率母线吸收电容的两端与正极母线及负极母线一一对应地连接。
14.根据本发明的第二个方面，提供了一种电机，电机包括无刷直流电机本体以及与无刷直流电机本体连接的驱动器，其中，驱动器为上述的无刷直流电机驱动器。
15.根据本发明的第三个方面，提供了一种舵机系统，舵机系统包括无刷直流电机、与无刷直流电机连接的驱动器、控制器、减速器以及角度传感器，控制器与驱动器连接以控制驱动器向无刷直流电机供电，减速器的输入轴连接无刷直流电机的输出轴，角度传感器用于检测减速器的输出轴的旋转角度，角度传感器与控制器通信连接，其中，驱动器为上述的无刷直流电机驱动器。
16.采用本发明的技术方案的无刷直流电机驱动器，其包括：正极母线和负极母线；逆变电路，逆变电路连接于正极母线和负极母线；rcd吸收电路，rcd吸收电路包括吸收电阻、电容和二极管，吸收电阻的第一端与正极母线连接，吸收电阻的第二端与电容的第一端连接，电容的第二端与负极母线连接，二极管的正极与正极母线连接，二极管的负极连接于吸收电阻的第二端和电容的第一端之间。采用这种结构设计的无刷直流电机驱动器，设置了包括吸收电阻、电容以及二极管的rcd吸收电路，吸收电阻和电容串联于正极母线和负极母线之间，二极管与吸收电阻并联，实现对无刷直流电机驱动器功率母线脉冲电压、脉冲电流的快速箝位吸收、减缓浪涌功率的泄放速率，抑制驱动器功率母线电压波动，有利于减小驱动器中功率器件的电应力，提高驱动器工作的可靠性，解决了相关技术中的无刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。
附图说明
17.图1是本发明实施例的一种无刷直流电机驱动器的结构示意图。
18.其中，上述附图包括以下附图标记：
19.1、正极母线；2、负极母线；3、逆变电路；4、rcd吸收电路；41、吸收电阻；42、电容；43、二极管；5、钽电容；6、功率母线吸收电容。
具体实施方式
20.以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图均采用非常简化的形式且均适用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
21.需要说明的是，为了清楚地说明本发明的内容，本发明特举多个实施例以进一步阐释本发明的不同实现方式，其中，该多个实施例是列举式而非穷举式。此外，为了说明的简洁，前实施例中已提及的内容往往在后实施例中予以省略，因此，后实施例中未提及的内
容可相应参考前实施例。
22.如图1所示，本发明的实施例提供了一种无刷直流电机驱动器，其包括：正极母线1和负极母线2；逆变电路3，逆变电路3连接于正极母线1和负极母线2；rcd吸收电路4，rcd吸收电路4包括吸收电阻41、电容42和二极管43，吸收电阻41的第一端与正极母线1连接，吸收电阻41的第二端与电容42的第一端连接，电容42的第二端与负极母线2连接，二极管43的正极与正极母线1连接，二极管43的负极连接于吸收电阻41的第二端和电容42的第一端之间。采用这种结构设计的无刷直流电机驱动器，设置了包括吸收电阻41、电容42以及二极管43的rcd吸收电路，吸收电阻41和电容42串联于正极母线1和负极母线2之间，二极管43与吸收电阻并联，实现对无刷直流电机驱动器功率母线脉冲电压、脉冲电流的快速箝位吸收、减缓浪涌功率的泄放速率，抑制驱动器功率母线电压波动，有利于减小驱动器中功率器件的电应力，提高驱动器工作的可靠性，解决了相关技术中的无刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。
23.优选地，吸收电阻41为无感电阻，电容42为薄膜电容，二极管43为快恢复二极管。
24.这样，可以利用快恢复二极管对脉冲电压箝位速率快、阻断恢复时间短、阻断恢复功率小等优点，薄膜电容较普通电容充、放电速率快的优点，无感功率电阻能限制电容充电电流、快速消耗电容放电功率的优点，更好地实现对驱动器功率母线中突波电压的控制，具有更好的控制效果，尤其适用于中、大功率电机驱动器。
25.具体地，逆变电路3为三相逆变桥电路，rcd吸收电路4为三个，三个rcd吸收电路与三相逆变桥电路的三个桥臂一一对应地设置。
26.具体地，电容42的容值其中，cs为电容42的容值，ls为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为rcd吸收电路4的等效寄生电感，i0为驱动器功率母线的关断电流，v
pek
为驱动器功率母线的突波电压，ud为驱动器功率母线的供电电压。
27.为了能够更合理地确定电容42的容值，驱动器中功率器件igbt(绝缘栅双极型晶体管)稳态导通时储存于电容42中的能量理论值为：
[0028][0029]
驱动器供电主回路杂散电感ls及rcd吸收电路4寄生电感l2中储存的能量为：
[0030][0031]
消耗于rcd吸收电路4中的吸收电阻41上的能量为：
[0032][0033]
电容42选择低阻抗，充、放电速率快的薄膜电容，按能量守恒原理，故电容42容值计算为：其中，cs为所述电容42的容值，ls为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为所述rcd吸收电路4的等效寄生电感，i0为所述驱动器功率母线的关断电流，v
pek
为所述驱动器功率母线的突波电压，ud为所述驱动器功率母线的
供电电压。
[0034]
吸收电阻41的阻值其中，rs为吸收电阻41的阻值，ls为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为rcd吸收电路4的等效寄生电感，cs为电容42的容值，f为pwm调制频率。
[0035]
吸收电阻41的阻值选择过大则会导致电容42充放电过慢，影响吸收效果，过小则会造成放电电流过快、引起驱动器功率母线产生较大的脉冲电压、脉冲电流，此外合适阻值的吸收电阻41可以抑制吸收电容放电电流振荡，优选地，rcd吸收电路4的吸收电阻41、电容42充放电时间常数选择驱动器的pwm调制频率的(1/3～1/6),例如可取1/4，因此，为了保证对脉冲电压、脉冲电流的抑制效果，吸收电阻41的阻值选择为：其中，rs为所述吸收电阻41的阻值，ls为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为所述rcd吸收电路4的等效寄生电感，cs为所述电容42的容值，f为pwm调制频率。
[0036]
具体地，二极管43的反向耐压等级与三相逆变桥电路中的igbt的电压等级相同，二极管43的反向恢复时间trr小于igbt导通时达到米勒平台的时间tf，二极管43的额定直流电流其中，id为二极管43的额定直流电流，i0为无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的关断电流，tf为igbt导通时达到米勒平台的时间，f为pwm调制频率。
[0037]
对于三相逆变桥电路，集中式rcd吸收电路4中快恢复二极管选择：反向耐压与三相逆变桥中功率器件igbt的电压等级一致，反向恢复时间(trr)应小于igbt导通时到达米勒开通平台的时间tf；为了保证对驱动器功率母线中的脉冲电压、脉冲电流的抑制效果，快恢复二极管的额定直流电流计算为：其中，id为所述二极管43的额定直流电流，i0为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的关断电流，tf所述igbt导通时达到米勒平台的时间，f为pwm调制频率。
[0038]
具体地，无刷直流电机驱动器还包括钽电容5，钽电容5的正极与正极母线1连接，钽电容5的负极与负极母线2连接。
[0039]
通过设置钽电容5，可实现为驱动器功率母线滤波、储能的作用，有利于提高驱动器功率母线中电压和电流的稳定性。
[0040]
无刷直流电机驱动器还包括功率母线吸收电容6，功率母线吸收电容6的两端与正极母线1及负极母线2一一对应地连接。
[0041]
设置功率母线吸收电容6可进一步提高对功率母线中的脉冲电压、脉冲电流的吸收效果，优选地，功率母线吸收电容6为多芯组瓷介电容。
[0042]
对于舵系统中电机的快速启动、加速、换向、制动的工况，相关技术中的方案无法实现对突波电压、突波电流的快速抑制，方案只能从提高功率器件、滤波电容的降额，牺牲电机驱动器的体积来提高电机驱动器中功率器件的工作可靠性，而本发明采用上述结构设计的无刷直流电机驱动器，与相关技术中的驱动器相比，存在以下优势：
[0043]
电路形式简单，可降低相关技术中驱动器功率母线滤波电容的容量及损耗，适用
于2kw-4kw中大功率电动舵机驱动器滤波电路；
[0044]
能快速箝位驱动器中功率器件快速开、关过程中产生的突波电压、突波电流，减小功率器件的电应力，增强驱动器工作可靠性；
[0045]
利用快恢复二极管对脉冲电压箝位速率快、阻断恢复时间短、阻断恢复功率小，薄膜电容较普通电容充、放电速率快，无感功率电阻能限制电容充电电流、快速消耗电容放电功率的特点，成本低、可实现度较高，可通用于中、大功率电机驱动器；
[0046]
可对舵系统制动过程中的电机产生的反电动势过冲进行抑制，减小驱动器功率母线电压波动，提高舵系统工作稳定性；
[0047]
通过rcd电路的组合设计可减小驱动器的体积，有利于提高驱动器的功率体积比。
[0048]
另外，本发明的实施例还提供了一种电机，电机包括无刷直流电机本体以及与无刷直流电机本体连接的驱动器，其中，驱动器为上述的无刷直流电机驱动器。
[0049]
最后，本发明的实施例还提供了一种舵机系统，舵机系统包括无刷直流电机、与无刷直流电机连接的驱动器、控制器、减速器以及角度传感器，控制器与驱动器连接以控制驱动器向无刷直流电机供电，减速器的输入轴连接无刷直流电机的输出轴，角度传感器用于检测减速器的输出轴的旋转角度，角度传感器与控制器通信连接，其中，驱动器为上述的无刷直流电机驱动器。
[0050]
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。
[0051]
需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0052]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述无刷直流电机驱动器包括：正极母线(1)和负极母线(2)；逆变电路(3)，所述逆变电路(3)连接于所述正极母线(1)和所述负极母线(2)；rcd吸收电路(4)，所述rcd吸收电路(4)包括吸收电阻(41)、电容(42)和二极管(43)，所述吸收电阻(41)的第一端与所述正极母线(1)连接，所述吸收电阻(41)的第二端与所述电容(42)的第一端连接，所述电容(42)的第二端与所述负极母线(2)连接，所述二极管(43)的正极与所述正极母线(1)连接，所述二极管(43)的负极连接于所述吸收电阻(41)的第二端和所述电容(42)的第一端之间。2.如权利要求1所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述吸收电阻(41)为无感电阻，所述电容(42)为薄膜电容，所述二极管(43)为快恢复二极管。3.如权利要求1所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述逆变电路(3)为三相逆变桥电路，所述rcd吸收电路(4)为三个，三个所述rcd吸收电路与所述三相逆变桥电路的三个桥臂一一对应地设置。4.如权利要求1至3中任一项所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述电容(42)的容值其中，c
s
为所述电容(42)的容值，l
s
为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为所述rcd吸收电路(4)的等效寄生电感，i0为所述驱动器功率母线的关断电流，v
pek
为所述驱动器功率母线的突波电压，u
d
为所述驱动器功率母线的供电电压。5.如权利要求1至3中任一项所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述吸收电阻(41)的阻值其中，r
s
为所述吸收电阻(41)的阻值，l
s
为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的等效寄生电感，l2为所述rcd吸收电路(4)的等效寄生电感，c
s
为所述电容(42)的容值，f为pwm调制频率。6.如权利要求3所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述二极管(43)的反向耐压等级与所述三相逆变桥电路中的igbt的电压等级相同，所述二极管(43)的反向恢复时间trr小于所述igbt导通时达到米勒平台的时间t
f
，所述二极管(43)的额定直流电流其中，i
d
为所述二极管(43)的额定直流电流，i0为所述无刷直流电机驱动器的驱动器功率母线的关断电流，t
f
为所述igbt导通时达到米勒平台的时间，f为pwm调制频率。7.如权利要求1至3中任一项所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述无刷直流电机驱动器还包括钽电容(5)，所述钽电容(5)的正极与所述正极母线(1)连接，所述钽电容(5)的负极与所述负极母线(2)连接。8.如权利要求7所述的无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述无刷直流电机驱动器还包括功率母线吸收电容(6)，所述功率母线吸收电容(6)的两端与所述正极母线(1)及所述负极母线(2)一一对应地连接。9.一种电机，其特征在于，所述电机包括无刷直流电机本体以及与所述无刷直流电机
本体连接的驱动器，其中，所述驱动器为权利要求1至8中任一项所述的无刷直流电机驱动器。10.一种舵机系统，其特征在于，所述舵机系统包括无刷直流电机、与所述无刷直流电机连接的驱动器、控制器、减速器以及角度传感器，所述控制器与所述驱动器连接以控制所述驱动器向所述无刷直流电机供电，所述减速器的输入轴连接所述无刷直流电机的输出轴，所述角度传感器用于检测所述减速器的输出轴的旋转角度，所述角度传感器与所述控制器通信连接，其中，所述驱动器为权利要求1至8中任一项所述的无刷直流电机驱动器。
技术总结本发明属于电机技术领域，具体公开了一种无刷直流电机驱动器、电机及舵机系统。无刷直流电机驱动器包括：正极母线和负极母线；逆变电路，逆变电路连接于正极母线和负极母线；RCD吸收电路，RCD吸收电路包括吸收电阻、电容和二极管，吸收电阻的第一端与正极母线连接，吸收电阻的第二端与电容的第一端连接，电容的第二端与负极母线连接，二极管的正极与正极母线连接，二极管的负极连接于吸收电阻的第二端和电容的第一端之间。本发明解决了相关技术中的无刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。刷直流电机驱动器工作可靠性较差的问题。
技术研发人员：徐德浩 李正喜 杨志伏 姜杰
受保护的技术使用者：贵州航天控制技术有限公司
技术研发日：2022.07.25
技术公布日：2022/11/1
