1.一种用于高速开关磁阻电机的小电容多电平功率变换器,其特征在于:包括直流电源、滤波电感、瞬时功率模块101、共用桥臂102、第一桥臂103、第二桥臂104、第三桥臂105、第N桥臂10X和开关磁阻电机N相绕组;其中N为自然数,且N≥3;X=N+2;
所述直流电源Vin的正极连接滤波电感L的正极,直流电源Vin的负极与共用桥臂102的开关管S2的源极连接;滤波电感L的负极与共用桥臂102的开关管S1的源极、S2的漏极连接;
所述瞬时功率模块101包括一个开关管、三个二极管和两个电容,其中开关管S3的漏极同时连接第二电容C2的正极和共用桥臂102中开关管S1的漏极,开关管S3的源极同时连接第一电容C1的正极、第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阴极;第一电容C1的负极同时连接直流电源的Vin的负极和第三二极管D3的阳极;第二电容C2的负极同时连接第二二极管D2的阳极和第三二极管D3的阴极;第一二极管D1的阳极与共用桥臂102开关管S1的源极、S2的漏极连接;
所述共用桥臂102由开关管S1和开关管S2串联组成,开关管S1的源极与开关管S2的漏极连接;
所述第一桥臂103由二极管D4和开关管S4串联组成,其中二极管D4的阴极与共用桥臂
102中开关管S1的漏极连接,二极管D4的阳极与开关管S4的漏极连接,开关管S4的源极与共用桥臂102中开关管S2的源极连接;
所述第二桥臂104由二极管D5和开关管S5串联组成,其中二极管D5的阴极与共用桥臂
102中开关管S1的漏极连接,二极管D5的阳极与开关管S5的漏极连接,开关管S5的源极与共用桥臂102中开关管S2的源极连接;
所述第三桥臂105由二极管D6和开关管S6串联组成,其中二极管D6的阴极与共用桥臂
102中开关管S1的漏极连接,二极管D6的阳极与开关管S6的漏极连接,开关管S6的源极与共用桥臂102中开关管S2的源极连接;
所述第N桥臂10X由二极管DN+3和开关管SN+3串联组成,其中二极管DN+3的阴极与共用桥臂102中开关管S1的漏极连接,二极管DN+3的阳极与开关管SN+3的漏极连接,开关管SN+3的源极与共用桥臂102中开关管S2的源极连接;
所述开关磁阻电机N相绕组至少为三相绕组,每相电机绕组的正极均与共用桥臂102开‑
关管S1的源极、S2的漏极连接;A相电机绕组的负极A 与第一桥臂103中开关管S4的漏极连接‑
点、二极管D4的阳极连接点相连;B相电机绕组的负极B 与第二桥臂104中开关管S5的漏极连‑
接点、二极管D5的阳极连接点相连;C相电机绕组的负极C 与第三桥臂105中开关管S6的漏极‑
连接点、二极管D6的阳极连接点相连……N相电机绕组的负极N与第N桥臂10X中开关管SN+3的漏极连接点、二极管DN+3的阳极连接点相连,每个电机绕组形成的不对称半桥电路并联设置在共用桥臂102的两端。
2.权利要求1所述的高速开关磁阻电机驱动的小电容多电平功率变换电路的控制方法具体包括:拓扑状态变量控制回路201、电机位置变量控制回路202和电机转速变量控制回路203;
所述拓扑状态变量控制回路201包括电容电压控制回路和电感电流控制回路,电容电压控制回路作为外部控制回路,首先将电压传感器从瞬时功率模块101中第一电容C1检测到的电容电压vcap与电容电压设定参考值Vcap_ref进行比较,其次将得到的比较结果传递到PI控制器中,最后将PI控制器的输出值作为电感电流参考值iL_ref传递到电流控制回路输入端;内部的电感电流控制回路中,先将电感电流参考值iL_ref和电流传感器从滤波电感L检测到的电感电流值iL进行比较,其次将得到的比较结果作为PI调节器的输入值,PI调节器的输出则作为PWM信号发生器的输入,并将其与锯齿波的比较结果作为开关管S1、S2的占空比D,PWM信号发生器根据占空比D取值对开关管S1,S2输出驱动信号从而控制它们的导通和关断;
所述电机位置变量控制回路202的特征在于:外部控制回路为转速控制回路,先将转速设定值n_ref1和电机位置传感器检测到的实际转速值n进行比较,并将比较结果作为PI调节器的输入,PI调节器的输出则作为电机相电流参考值iY_ref,内部控制回路为相电流控制回路,电流滞环比较器将电流传感器从开关磁阻电机各相绕组获得的相电流检测值iY与电机相电流参考值iY_ref相比较,并将经过滞回控制器处理后的信号作为功率变换器开关管S4、S5、S6…SN+3的导通和关断驱动信号;其中Y=A,B,C,…,N;
所述电机转速变量控制回路203的特征在于:先将转速设定值n_ref2和电机转速传感器检测到的实际转速值n作为转速比较器的输入,并将转速比较器处理后的信号作为功率变换器开关管S3的导通和关断驱动信号;当开关磁阻电机实际转速值n低于转速设定值n_ref2时,转速比较器输出信号使开关管S3处于并保持在导通状态,此时功率变换器工作在低压去磁模式;如果电机运行速度n超过转速设定值n_ref2,则转速比较器输出信号使开关管S3处于并保持在关断状态,此时功率变换器工作在高压去磁模式。
3.根据权利要求1所述的小电容多电平功率变换器,其特征在于:所述开关管并联设置有二极管;所述开关管为IGBT管;或所述开关管为NMOS管。
4.根据权利要求1所述的小电容多电平功率变换器,其特征在于,所述共用桥臂102中的开关管S1和开关管S2的驱动信号互补,不同时导通,并且需要设置死区时间。