开绕组电机伺服控制中开关电源的设计与应用

冯君璞，洪俊杰，江梓丹

（广东工业大学自动化学院，广东 广州 510006）

开绕组电机（open winding motor）的伺服驱动系统具有多电平的电压输出能力、可减少开关损耗、具备一定的容错能力等优势，在国内的高校研究及工业伺服控制的应用日益增多[1]。开关电源通过高频变压器进行电压变换和电网隔离，相比传统直流稳压电源具有高效、高稳定性、体积小等优点[2]。由于开绕组电机伺服驱动系统的双逆变器拓扑较普通的电机单逆变器拓扑多一个逆变器，所以该伺服驱动系统的供电电源设计十分重要。

针对开绕组电机伺服驱动电路的双逆变器结构，需为两套逆变功率模块及相应的保护电路供电[3]。设计一种使用TOP247Y的两路输出单端反激式开关电源。两路高精度、低纹波的5 V输出分别为两部分电路供电：1）每一路5 V电源可直接对保护电路芯片供电；2）通过B0515LS直流变压模块对逆变功率模块供电[4]。这样设计减少了高频变压器的次级输出路数，从而减小高频变压器体积，降低了高频变压器的设计难度。实验结果表明，该开关电源满足开绕组电机伺服驱动电路的供电要求，稳定性好，纹波小。

1 基本原理

1.1 开绕组电机伺服系统原理

开绕组电机即在不改动电机的电磁设计和机械结构的情况下，将Y型中性点打开并在绕组两端各接一个逆变器，构成开绕组电机驱动拓扑结构[5]。其结构如图1所示。

由图1可知，开绕组电机左右各有三个端子a1，b1，c1以及 a2，b2，c2，分别连接两个三相逆变器INV1，INV2。单一的三相逆变器需要：1）独立供给上三桥臂的电源3路；……