CN103929102B - 变频输入逆变式直流电机驱动控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频输入逆变式直流电机驱动控制器，它包括主电路和控制电路，主电路包括整流器，整流器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与逆变单元的输入端连接，逆变单元的输出端与高频主变压器的输入端连接，高频主变压器的输出端与高频整流器的输入端连接，高频整流器的输出端与高频滤波器的输入端连接，控制电路包括高频信号发生电路、频率检测电路、信号处理运算电路、采样电路和中央控制器。本发明的优点在于：能够将电压可变、频率可变的三相交流电转换成符合直流电机工作特性的电压，输出的直流电压与输入的交流频率同步变化，实现用机组原动机油门踏板控制直流行走电机无级变速、达到模拟汽车行走特性的目的。

Description

变频输入逆变式直流电机驱动控制器

技术领域

本发明涉及一种电机控制器，具体地说是一种变频输入逆变式直流电机驱动控制器。

背景技术

目前作为电动汽车和电动工程机械的直流行走电机，其动力均是由固定电压的直流电源（例如蓄电池）或固定电压的交流电源（例如交流发电机）来提供的。因此，作为直流电机驱动的控制器，其输入均是固定电压的直流电或是固定频率、固定电压的交流电。然而，用三相交流内燃发电机组做为动力的电动汽车或电动工程机械，如果其行走电机的控制器依然要求输入的是固定电压的直流电或固定电压、固定频率的交流电，显然电动汽车或电动工程机械行走过程中，作为动力的内燃发电机组永远持续工作在额定转速、额定频率、额定电压的额定工况，机组的原动机持续在高转速工况运行，这不仅使电动汽车或电动工程机械在行走过程中产生持续较大的噪音，更重要的是增加了机械磨损和能源消耗。与此同时，目前常规的由交流发电机组做为动力的直流电机驱动电路，都是机组提供的交流电经工频变压器降压、整流来驱动直流电机运转，显然工频变压器不仅体积大、重量重，而且耗费的铁损与铜损都较大，不仅效率低而且成本也相应较高，造成极大的浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种变频输入逆变式直流电机驱动控制器，它能够将电压可变（150～380V）、频率(20Hz~50Hz)可变的三相交流电转换成符合直流电机工作特性的电压，输出的直流电压与输入的交流频率同步变化，从而实现用机组原动机油门踏板控制直流行走电机无级变速、达到模拟汽车行走特性的目的，降低行走过程中产生的噪音，减少机械磨损和能源消耗；另外，本发明逆变电路采用了高频主变压器，与现有采用工频变压器的驱动电路相比，大幅减小了设备体积及重量，提高了效率，降低了设备成本。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：包括主电路和控制电路，主电路包括整流器，整流器的输出端与滤波器的输入端连接，滤波器的输出端与逆变单元的输入端连接，逆变单元的输出端与高频主变压器的输入端连接，高频主变压器的输出端与高频整流器的输入端连接，高频整流器的输出端与高频滤波器的输入端连接，控制电路包括高频信号发生电路、频率检测电路、信号处理运算电路、采样电路和中央控制器。整流器将输入的电压、频率可变的三相交流电通过整流器U9后整流成直流电，滤波器由电容C1、电容C5、电容C6和电阻R1、电阻R2组成，电容C1为吸收电容，C5、C6为滤波电容，R1、R2为均压电阻，电容C1的一端与整流器U9的正输出端相连，另一端与整流器U9的负输出端相连，电阻R1与电容C5并联，电阻R2与电容C6并联，电容C5正极与电容C1的一端相连，电容C5负极与电容C6正极相连，电容C6负极与电容C1的另一端相连，逆变单元将输入的直流电通过逆变单元U10逆变输出频率10~100kHz高频交流电，高频主变压器中高频变压器T3的一次侧绕组两端输入高频交流电，高频变压器T3的二次侧绕组两端进行输出，高频变压器T3将二次侧绕组两端得到的交流电通过高频整流器U13整流输出直流电，高频滤波器由电感L4和电容C7组成，电感L4的一端与高频整流器U13的正输出端相连，电感L4的另一端与电容C7的正极相连，电容C7的负极与高频整流器U13的负输出端相连，控制器的外部正输出端与电容C7的正极相连，控制器的外部负输出端与电容C7的负极相连，高频信号发生电路的电源模块U15的引脚1接至电源'12V，电源模块U15的引脚2接至电源'0V，电源模块U15的引脚3上得到电源-15V，电源模块U15的引脚4接至0V电源，电源模块U15的引脚5上得到电源+15V，电容C41与电容C42串联，电容C41的负极与电源模块U15的引脚3相连，电容C41的正极与电源模块U15的引脚4相连，电容C42的正极与电源模块U15的引脚5相连，电容C44与电容C41并联，电容C43与电容C42并联，电源模块U16的引脚1接至电源+15V，电源模块U16的引脚2接至电源0V，电容C46的正极与电源模块U16的引脚3相连，电容C46的负极接至电源0V，电容C45与电容C46并联，给定电压信号QG经电容C9、电容C10、电阻R4、电阻R5、运算放大器U15、电阻R6、电容C11组成的滤波网络到控制芯片U1的5脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R4的一端与电容C9相连，电容C9另一端接至电源0V，电阻R4的另一端与运算放大器U15的同相输入端相连，电阻R5与电容C10并联后一端与运算放大器U15的同相输入端相连，另一端接至电源0V，运算放大器U15的反相输入端与输出端相连，通过电阻R6连接到控制芯片U1引脚5，控制芯片U1的引脚5与电容C11一端相连，电容C11另一端接至电源0V，电阻R7、电阻R8、电容C28、电容C29使控制芯片U1工作能够软启动，电阻R8与电容C29并联，电容C29的正极与控制芯片U1引脚1，电容C29的负极接至电源0V，电阻R7与电容C28串联，电容C28的负极接至电源0V，电容C29的正极与控制芯片U1引脚2，电阻R7的另一端与控制芯片U1引脚1相连，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C18组成的滤波网络到控制芯片U1的4脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R16与电阻R17串联，电阻R17的另一端与电流传感器U11的输出相连，电阻R16的另一端与控制芯片U1引脚4相连，控制芯片U1引脚4通过电阻R14接至-15V电源，控制芯片U1引脚4通过电阻R15接至电源0V，谐波补偿电路由电阻R11、电阻R12、电容C15、电容C16、运算放大器U16组成，运算放大器U16的同相输入端与控制芯片U1引脚8相连，运算放大器U16的反相输入端与输出端相连，电阻R11、电容C16串联后与电阻R12和电容C15并联，电容C15一端与控制芯片U1引脚4相连，电容C15另一端与运算放大器U16输出端相连，震荡定时电路由电阻R9、电阻R10、电容C12、电容C14组成，电阻R9与电阻R10并联，一端与控制芯片U1引脚8相连，另一端接至电源0V，电容C12与电容C14并联，一端与控制芯片U1引脚9相连，另一端接至电源0V，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C18、电容C19为控制芯片U1提供外部关断，电阻R17与电阻R18串联连接到控制芯片U1引脚16，电阻R19与电容C19并联，一端与控制芯片U1引脚16相连，另一端接至电源0V，电阻R13为控制芯片U1输出级偏置电压输入的保护电阻，电容C13、电容C17、电容C30、电容C31为滤波电容，电阻R13一端与控制芯片U1引脚15相连，电阻R13另一端与控制芯片U1引脚13相连，电容C13与电容C30并联，一端与控制芯片U1引脚15相连，另一端接至电源0V，电容C17与电容C31并联，一端与控制芯片U1引脚13相连，另一端接至电源0V，由二极管D10、二极管D11、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R24、电容C20组成全桥电路，两路信号经过隔离变压器T1、隔离变压器T2、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R70、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15变为四路信号驱动逆变单元，三极管Q1的基极通过电阻R20与控制芯片U1引脚14相连，三极管Q3的基极通过电阻R21与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阳极接至电源0V，三极管Q2的基极通过电阻R22与控制芯片U1引脚11相连，三极管Q4的基极通过电阻R23与控制芯片U1引脚11相连，二极管D11的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D11的阳极接至电源0V，三极管Q1集电极与三极管Q3集电极相连后与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚1相连，三极管Q2集电极与三极管Q4集电极相连后，与电阻R24和电容C20并联后的一端相连，电阻R24和电容C20并联后的另一端与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚2相连，三极管Q3发射极接至电源0V，三极管Q4发射极接至电源0V，三极管Q1发射极与三极管Q2发射极相连，二极管D15与电阻R70串联后与电阻R25并联，二极管D15阴极与隔离变压器T1引脚6相连，电阻R70的另一端与电容C21一端相连，电容C21另一端与隔离变压器T1引脚5相连，二极管D12与电阻R29串联后与电阻R26并联，二极管D12阴极与隔离变压器T1引脚3相连，电阻R29的另一端与电容C22一端相连，电容C22另一端与隔离变压器T1引脚4相连，二极管D13与电阻R30串联后与电阻R27并联，二极管D13阴极与隔离变压器T2引脚6相连，电阻R30的另一端与电容C23一端相连，电容C23另一端与隔离变压器T2引脚5相连，二极管D14与电阻R31串联后与电阻R28并联，二极管D14阴极与隔离变压器T2引脚3相连，电阻R31的另一端与电容C24一端相连，电容C24另一端与隔离变压器T2引脚4相连，分别在电容C21、电容C22、电容C23、电容C24两端得到四路信号驱动逆变单元，电阻R54、二极管D2、光耦U6、电阻R61、R62组成频率检测电路，得到相应的频率信号送入控制芯片U8，电阻R54的一端与三相交流电的U相相连，电阻R54的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与光耦U6的引脚1相连，光耦U6的引脚2与三相交流电的V相相连，光耦U6的引脚3与R61的一端相连，R61的另一端接至+5V电源，光耦U6的引脚3与R62的一端相连，R62的另一端接至控制芯片U8的引脚9，信号处理运算电路中控制芯片U8对信号处理输出经过电阻R63、电容C4后得到电压信号，该信号通过运算放大器U3的C部分U3C构成的电压跟随器后得到给定信号UQG，控制芯片U8引脚5通过电阻R63与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的一端与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的另一端接至电源0V，运算放大器U3引脚8与运算放大器U3引脚9相连，电路所使用的电流传感器为电流型电流传感器，在电阻R52上得到电压经过二极管D1、电阻R32、电容C25、电感L5、电阻R3、电容C26、C27组成的滤波网络，得到所需要的电压，接到运算放大器U2的A部分U2A的反相端，电流传感器U12对负载电流进行采样得到的信号通过二极管D1、电感L5、电阻R3与运算放大器U2引脚2相连，二极管D1阳极与传感器输出相连，电阻R52的一端与二极管D1阳极相连，电阻R52的另一端接至电源0V，电阻R32与电容C25并联后一端与二极管D1阴极相连，另一端接至电源0V，电容C26一端与电感L5和电阻R3连接处相连，电容C26另一端接至电源0V，电容C27一端与运算放大器U2引脚2相连，电容C27另一端接至电源0V，电阻R40、电阻R41、电阻R42对输出电压进行分压，电压传感器采集电阻R42上的电压，电路所使用的电压传感器为电流型电压传感器，在电阻R44上得到所需电压，该电压与给定信号UQG经过由运算放大器U3的B部分U3B、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49组成的P调节器后得到的电压信号经过运算放大器U3的A部分U3A组成的电压跟随器后得到的电压通过电阻R37、电阻R38、电阻R39、二极管D9、二极管D6、二极管D5充放电网络对电容C8进行充放电，在电容C8上得到给定电压信号QG，控制器的外部正输出端通过电阻R40、电阻R41和电阻R42串联连接到控制器的外部负输出端，电压传感器U14引脚1与电阻R40和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚2与电阻R41和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚3与电阻R44一端相连到电源0V，电压传感器U14引脚4与电阻R44另一端相连，电压传感器U14引脚4与运算放大器U2引脚6相连，电压传感器U14引脚4通过电阻R45与运算放大器U3引脚6相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R43与运算放大器U3引脚7相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R46接至电源0V，运算放大器U3引脚6通过电阻R48接至+5V电源，运算放大器U3引脚5通过电阻R49接至电源0V，运算放大器U3引脚5通过电阻R48与运算放大器U3引脚8相连，运算放大器U3引脚7与运算放大器U3引脚3相连，运算放大器U3引脚1与运算放大器U3引脚2相连，电阻R39与二极管D9串联后与电阻R38并联，二极管D9阴极与运算放大器U3引脚1相连，电阻R39的另一端与电容C8正极相连，电容C8负极接至电源0V，电阻R37与二极管D6串联，电阻R37的另一端与电容C8正极相连，二极管D6阴极与运算放大器U2引脚1相连，二极管D5阳极与二极管D6阳极相连，二极管D5阴极与运算放大器U2引脚7相连，电阻R51、二极管D8构成电流保护指示电路，运算放大器U2的A部分U2A与电阻R50构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R34上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R34值来改变输出电流的保护值，电阻R34引脚1接至+5V电源，电阻R34引脚3接至电源0V，电阻R34引脚2与运算放大器U2引脚3相连，运算放大器U2引脚3通过电阻R50与运算放大器U2引脚1相连，电阻R51与二极管D8相连，二极管D8阳极接至+5V电源，电阻R51另一端与与运算放大器U2引脚1相连，电阻R36、二极管D7构成过电压指示电路，运算放大器U2的B部分U2B与电阻R35构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R33上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R33值来改变输出电压的保护值，电阻R33引脚1接至+5V电源，电阻R33引脚3接至电源0V，电阻R33引脚2与运算放大器U2引脚5相连，运算放大器U2引脚5通过电阻R35与运算放大器U2引脚7相连，电阻R36与二极管D7串联，二极管D7阴极与与运算放大器U2引脚7相连，采样电路的电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样，电流传感器U12对负载电流进行采样，电压传感器U14对负载电压进行采样，接插件J3、电阻R56、光耦U5、电阻R59、电阻R60组成温度采样电路，得到相应的温度信号送入控制芯片U8，光耦U5的引脚1通过电阻R56接至'12V电源，光耦U5的引脚2与接线柱J3的引脚2相连，接线柱J3的引脚1接至电源'0V，光耦U5的引脚4通过电阻R59接至+5V电源，光耦U5的引脚3接至电源0V，电阻R60的一端与光耦U5的引脚4相连，电阻R60的一端与控制芯片U8的引脚10相连，编程口J1、电阻R53、控制芯片U8、电容C2、电容C3、晶振Y1组成中央控制器，电容C2、电容C3、晶振Y1组成时钟电路，为控制芯片U8提供工作时钟信号，电容C2的一端与晶振Y1的一端相连，电容C2的另一端接至电源0V，电容C3的一端与晶振Y1的另一端相连，电容C3的另一端接至电源0V，晶振Y1的一端与控制芯片U8的引脚2相连，晶振Y1的另一端与控制芯片U8的引脚3相连，编程口J1的引脚1与控制芯片U8的引脚4相连，编程口J1的引脚2接至+5V电源，编程口J1的引脚3接至电源0V，编程口J1的引脚4与控制芯片U8的引脚13相连，编程口J1的引脚5与控制芯片U8的引脚12相连。主电路和控制电路均安装在壳体中。

本发明的优点在于：能够将电压可变（150～380V）、频率(20Hz~50Hz)可变的三相交流电转换成符合直流电机工作特性的电压，输出的直流电压与输入的交流频率同步变化，安装在电动汽车或电动工程机械上时可实现内燃发电机组工作在可变转速工况，通过机组原动机（汽油机、柴油机或天燃气发动机）的油门踏板控制机组的运转转速，使机组向控制器输出一个自然变频、变压的交流电。通过该控制器为直流驱动电机输出一个满足直流电机驱动特性以及电压与输入频率同步变化的直流电，从而实现用机组原动机油门踏板控制直流行走电机无级变速、达到模拟汽车行走特性的目的，降低行走过程中产生的噪音，减少机械磨损和能源消耗；另外，本发明逆变电路采用了高频主变压器，与现有采用工频变压器的驱动电路相比，大幅减小了设备体积及重量，提高了效率，降低了设备成本。

附图说明

图1是本发明电路连接关系示意图；

图2是本发明电原理图之一，图2下部与图3上部相接；

图3是本发明电原理图之二，图3上部与图2下部相接，图3下部与图4上部相接；

图4是本发明电原理图之三，图4上部与图3下部相接；

图5是本发明结构示意图，图中主要所示为主电路和控制电路安装在壳体中。

具体实施方式

本发明所述的变频输入逆变式直流电机驱动控制器包括主电路61和控制电路62，主电路61包括整流器1，整流器1的输出端与滤波器2的输入端连接，滤波器2的输出端与逆变单元3的输入端连接，逆变单元3的输出端与高频主变压器4的输入端连接，高频主变压器4的输出端与高频整流器5的输入端连接，高频整流器5的输出端与高频滤波器6的输入端连接，控制电路62包括高频信号发生电路7、频率检测电路8、信号处理运算电路9、采样电路10和中央控制器11。本发明该控制器的主电路采用“交流-整流-逆变-降压-再整流”的逆变电路，控制线路采用“同步控制”电路，即做为动力的内燃发电机组工作在可变转速工况，通过传感器采集发电机组的转速或输出的交流电源的频率信号，控制该控制器的直流输出电压值，使输出的直流电压与输入交流电的频率同步变化，控制和调整直流电机的转速，从而通过机组原动机油门踏板控制车底盘实现无级变速行走，不仅降低了底盘行走时的能耗，达到提高效率和大大的降低成本的目的，同时降低底盘行走时发电机组发出的噪音，还能够使整机的体积和重量大大地减少，还能够而且使电动车辆模拟汽车行走工况成为可能。

本发明所述主电路61及控制电路62的连接关系如下：整流器1将输入的电压、频率可变的三相交流电通过整流器U9后整流成直流电，滤波器2由电容C1、电容C5、电容C6和电阻R1、电阻R2组成，电容C1为吸收电容，C5、C6为滤波电容，R1、R2为均压电阻，电容C1的一端与整流器U9的正输出端相连，另一端与整流器U9的负输出端相连，电阻R1与电容C5并联，电阻R2与电容C6并联，电容C5正极与电容C1的一端相连，电容C5负极与电容C6正极相连，电容C6负极与电容C1的另一端相连，逆变单元3将输入的直流电通过逆变单元U10逆变输出频率10~100kHz高频交流电，高频主变压器4中高频变压器T3的一次侧绕组两端输入高频交流电，高频变压器T3的二次侧绕组两端进行输出，高频变压器T3将二次侧绕组两端得到的交流电通过高频整流器5U13整流输出直流电，高频滤波器6由电感L4和电容C7组成，电感L4的一端与高频整流器U13的正输出端相连，电感L4的另一端与电容C7的正极相连，电容C7的负极与高频整流器U13的负输出端相连，控制器的外部正输出端与电容C7的正极相连，控制器的外部负输出端与电容C7的负极相连，高频信号发生电路7的电源模块U15的引脚1接至电源'12V，电源模块U15的引脚2接至电源'0V，电源模块U15的引脚3上得到电源-15V，电源模块U15的引脚4接至0V电源，电源模块U15的引脚5上得到电源+15V，电容C41与电容C42串联，电容C41的负极与电源模块U15的引脚3相连，电容C41的正极与电源模块U15的引脚4相连，电容C42的正极与电源模块U15的引脚5相连，电容C44与电容C41并联，电容C43与电容C42并联，电源模块U16的引脚1接至电源+15V，电源模块U16的引脚2接至电源0V，电容C46的正极与电源模块U16的引脚3相连，电容C46的负极接至电源0V，电容C45与电容C46并联，给定电压信号QG经电容C9、电容C10、电阻R4、电阻R5、运算放大器U15、电阻R6、电容C11组成的滤波网络到控制芯片U1的5脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R4的一端与电容C9相连，电容C9另一端接至电源0V，电阻R4的另一端与运算放大器U15的同相输入端相连，电阻R5与电容C10并联后一端与运算放大器U15的同相输入端相连，另一端接至电源0V，运算放大器U15的反相输入端与输出端相连，通过电阻R6连接到控制芯片U1引脚5，控制芯片U1的引脚5与电容C11一端相连，电容C11另一端接至电源0V，电阻R7、电阻R8、电容C28、电容C29使控制芯片U1工作能够软启动，电阻R8与电容C29并联，电容C29的正极与控制芯片U1引脚1，电容C29的负极接至电源0V，电阻R7与电容C28串联，电容C28的负极接至电源0V，电容C29的正极与控制芯片U1引脚2，电阻R7的另一端与控制芯片U1引脚1相连，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C18组成的滤波网络到控制芯片U1的4脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R16与电阻R17串联，电阻R17的另一端与电流传感器U11的输出相连，电阻R16的另一端与控制芯片U1引脚4相连，控制芯片U1引脚4通过电阻R14接至-15V电源，控制芯片U1引脚4通过电阻R15接至电源0V，谐波补偿电路由电阻R11、电阻R12、电容C15、电容C16、运算放大器U16组成，运算放大器U16的同相输入端与控制芯片U1引脚8相连，运算放大器U16的反相输入端与输出端相连，电阻R11、电容C16串联后与电阻R12和电容C15并联，电容C15一端与控制芯片U1引脚4相连，电容C15另一端与运算放大器U16输出端相连，震荡定时电路由电阻R9、电阻R10、电容C12、电容C14组成，电阻R9与电阻R10并联，一端与控制芯片U1引脚8相连，另一端接至电源0V，电容C12与电容C14并联，一端与控制芯片U1引脚9相连，另一端接至电源0V，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C18、电容C19为控制芯片U1提供外部关断，电阻R17与电阻R18串联连接到控制芯片U1引脚16，电阻R19与电容C19并联，一端与控制芯片U1引脚16相连，另一端接至电源0V，电阻R13为控制芯片U1输出级偏置电压输入的保护电阻，电容C13、电容C17、电容C30、电容C31为滤波电容，电阻R13一端与控制芯片U1引脚15相连，电阻R13另一端与控制芯片U1引脚13相连，电容C13与电容C30并联，一端与控制芯片U1引脚15相连，另一端接至电源0V，电容C17与电容C31并联，一端与控制芯片U1引脚13相连，另一端接至电源0V，由二极管D10、二极管D11、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R24、电容C20组成全桥电路，两路信号经过隔离变压器T1、隔离变压器T2、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R70、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15变为四路信号驱动逆变单元，三极管Q1的基极通过电阻R20与控制芯片U1引脚14相连，三极管Q3的基极通过电阻R21与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阳极接至电源0V，三极管Q2的基极通过电阻R22与控制芯片U1引脚11相连，三极管Q4的基极通过电阻R23与控制芯片U1引脚11相连，二极管D11的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D11的阳极接至电源0V，三极管Q1集电极与三极管Q3集电极相连后与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚1相连，三极管Q2集电极与三极管Q4集电极相连后，与电阻R24和电容C20并联后的一端相连，电阻R24和电容C20并联后的另一端与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚2相连，三极管Q3发射极接至电源0V，三极管Q4发射极接至电源0V，三极管Q1发射极与三极管Q2发射极相连，二极管D15与电阻R70串联后与电阻R25并联，二极管D15阴极与隔离变压器T1引脚6相连，电阻R70的另一端与电容C21一端相连，电容C21另一端与隔离变压器T1引脚5相连，二极管D12与电阻R29串联后与电阻R26并联，二极管D12阴极与隔离变压器T1引脚3相连，电阻R29的另一端与电容C22一端相连，电容C22另一端与隔离变压器T1引脚4相连，二极管D13与电阻R30串联后与电阻R27并联，二极管D13阴极与隔离变压器T2引脚6相连，电阻R30的另一端与电容C23一端相连，电容C23另一端与隔离变压器T2引脚5相连，二极管D14与电阻R31串联后与电阻R28并联，二极管D14阴极与隔离变压器T2引脚3相连，电阻R31的另一端与电容C24一端相连，电容C24另一端与隔离变压器T2引脚4相连，分别在电容C21、电容C22、电容C23、电容C24两端得到四路信号驱动逆变单元，电阻R54、二极管D2、光耦U6、电阻R61、R62组成频率检测电路8，得到相应的频率信号送入控制芯片U8，电阻R54的一端与三相交流电的U相相连，电阻R54的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与光耦U6的引脚1相连，光耦U6的引脚2与三相交流电的V相相连，光耦U6的引脚3与R61的一端相连，R61的另一端接至+5V电源，光耦U6的引脚3与R62的一端相连，R62的另一端接至控制芯片U8的引脚9，信号处理运算电路9中控制芯片U8对信号处理输出经过电阻R63、电容C4后得到电压信号，该信号通过运算放大器U3的C部分U3C构成的电压跟随器后得到给定信号UQG，控制芯片U8引脚5通过电阻R63与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的一端与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的另一端接至电源0V，运算放大器U3引脚8与运算放大器U3引脚9相连，电路所使用的电流传感器为电流型电流传感器，在电阻R52上得到电压经过二极管D1、电阻R32、电容C25、电感L5、电阻R3、电容C26、C27组成的滤波网络，得到所需要的电压，接到运算放大器U2的A部分U2A的反相端，电流传感器U12对负载电流进行采样得到的信号通过二极管D1、电感L5、电阻R3与运算放大器U2引脚2相连，二极管D1阳极与传感器输出相连，电阻R52的一端与二极管D1阳极相连，电阻R52的另一端接至电源0V，电阻R32与电容C25并联后一端与二极管D1阴极相连，另一端接至电源0V，电容C26一端与电感L5和电阻R3连接处相连，电容C26另一端接至电源0V，电容C27一端与运算放大器U2引脚2相连，电容C27另一端接至电源0V，电阻R40、电阻R41、电阻R42对输出电压进行分压，电压传感器采集电阻R42上的电压，电路所使用的电压传感器为电流型电压传感器，在电阻R44上得到所需电压，该电压与给定信号UQG经过由运算放大器U3的B部分U3B、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49组成的P调节器后得到的电压信号经过运算放大器U3的A部分U3A组成的电压跟随器后得到的电压通过电阻R37、电阻R38、电阻R39、二极管D9、二极管D6、二极管D5充放电网络对电容C8进行充放电，在电容C8上得到给定电压信号QG，控制器的外部正输出端通过电阻R40、电阻R41和电阻R42串联连接到控制器的外部负输出端，电压传感器U14引脚1与电阻R40和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚2与电阻R41和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚3与电阻R44一端相连到电源0V，电压传感器U14引脚4与电阻R44另一端相连，电压传感器U14引脚4与运算放大器U2引脚6相连，电压传感器U14引脚4通过电阻R45与运算放大器U3引脚6相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R43与运算放大器U3引脚7相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R46接至电源0V，运算放大器U3引脚6通过电阻R48接至+5V电源，运算放大器U3引脚5通过电阻R49接至电源0V，运算放大器U3引脚5通过电阻R48与运算放大器U3引脚8相连，运算放大器U3引脚7与运算放大器U3引脚3相连，运算放大器U3引脚1与运算放大器U3引脚2相连，电阻R39与二极管D9串联后与电阻R38并联，二极管D9阴极与运算放大器U3引脚1相连，电阻R39的另一端与电容C8正极相连，电容C8负极接至电源0V，电阻R37与二极管D6串联，电阻R37的另一端与电容C8正极相连，二极管D6阴极与运算放大器U2引脚1相连，二极管D5阳极与二极管D6阳极相连，二极管D5阴极与运算放大器U2引脚7相连，电阻R51、二极管D8构成电流保护指示电路，运算放大器U2的A部分U2A与电阻R50构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R34上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R34值来改变输出电流的保护值，电阻R34引脚1接至+5V电源，电阻R34引脚3接至电源0V，电阻R34引脚2与运算放大器U2引脚3相连，运算放大器U2引脚3通过电阻R50与运算放大器U2引脚1相连，电阻R51与二极管D8相连，二极管D8阳极接至+5V电源，电阻R51另一端与与运算放大器U2引脚1相连，电阻R36、二极管D7构成过电压指示电路，运算放大器U2的B部分U2B与电阻R35构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R33上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R33值来改变输出电压的保护值，电阻R33引脚1接至+5V电源，电阻R33引脚3接至电源0V，电阻R33引脚2与运算放大器U2引脚5相连，运算放大器U2引脚5通过电阻R35与运算放大器U2引脚7相连，电阻R36与二极管D7串联，二极管D7阴极与与运算放大器U2引脚7相连，采样电路10的电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样，电流传感器U12对负载电流进行采样，电压传感器U14对负载电压进行采样，接插件J3、电阻R56、光耦U5、电阻R59、电阻R60组成温度采样电路，得到相应的温度信号送入控制芯片U8，光耦U5的引脚1通过电阻R56接至'12V电源，光耦U5的引脚2与接线柱J3的引脚2相连，接线柱J3的引脚1接至电源'0V，光耦U5的引脚4通过电阻R59接至+5V电源，光耦U5的引脚3接至电源0V，电阻R60的一端与光耦U5的引脚4相连，电阻R60的一端与控制芯片U8的引脚10相连，编程口J1、电阻R53、控制芯片U8、电容C2、电容C3、晶振Y1组成中央控制器11，电容C2、电容C3、晶振Y1组成时钟电路，为控制芯片U8提供工作时钟信号，电容C2的一端与晶振Y1的一端相连，电容C2的另一端接至电源0V，电容C3的一端与晶振Y1的另一端相连，电容C3的另一端接至电源0V，晶振Y1的一端与控制芯片U8的引脚2相连，晶振Y1的另一端与控制芯片U8的引脚3相连，编程口J1的引脚1与控制芯片U8的引脚4相连，编程口J1的引脚2接至+5V电源，编程口J1的引脚3接至电源0V，编程口J1的引脚4与控制芯片U8的引脚13相连，编程口J1的引脚5与控制芯片U8的引脚12相连。上述结构具有运行稳定、故障率低、控制精度高、成本相对低廉的优点。

本发明可将主电路61和控制电路62均安装在壳体14中，制成一个独立的控制器单元，便于与车辆其它部件连接。

图中13是负载。

Claims (1)

1.变频输入逆变式直流电机驱动控制器，其特征在于：包括主电路（61）和控制电路（62），主电路（61）包括整流器（1），整流器（1）的输出端与滤波器（2）的输入端连接，滤波器（2）的输出端与逆变单元（3）的输入端连接，逆变单元（3）的输出端与高频主变压器（4）的输入端连接，高频主变压器（4）的输出端与高频整流器（5）的输入端连接，高频整流器（5）的输出端与高频滤波器（6）的输入端连接，控制电路（62）包括高频信号发生电路（7）、频率检测电路（8）、信号处理运算电路（9）、采样电路（10）和中央控制器（11），主电路（61）及控制电路（62）的连接关系如下：整流器（1）将输入的电压、频率可变的三相交流电通过整流器U9后整流成直流电，滤波器（2）由电容C1、电容C5、电容C6和电阻R1、电阻R2组成，电容C1为吸收电容，C5、C6为滤波电容，R1、R2为均压电阻，电容C1的一端与整流器U9的正输出端相连，另一端与整流器U9的负输出端相连，电阻R1与电容C5并联，电阻R2与电容C6并联，电容C5正极与电容C1的一端相连，电容C5负极与电容C6正极相连，电容C6负极与电容C1的另一端相连，逆变单元（3）将输入的直流电通过逆变单元U10逆变输出频率10~100kHz高频交流电，高频主变压器（4）中高频变压器T3的一次侧绕组两端输入高频交流电，高频变压器T3的二次侧绕组两端进行输出，高频变压器T3将二次侧绕组两端得到的交流电通过高频整流器（5）U13整流输出直流电，高频滤波器（6）由电感L4和电容C7组成，电感L4的一端与高频整流器U13的正输出端相连，电感L4的另一端与电容C7的正极相连，电容C7的负极与高频整流器U13的负输出端相连，控制器的外部正输出端与电容C7的正极相连，控制器的外部负输出端与电容C7的负极相连，高频信号发生电路（7）的电源模块U15的引脚1接至电源'12V，电源模块U15的引脚2接至电源'0V，电源模块U15的引脚3上得到电源-15V，电源模块U15的引脚4接至0V电源，电源模块U15的引脚5上得到电源+15V，电容C41与电容C42串联，电容C41的负极与电源模块U15的引脚3相连，电容C41的正极与电源模块U15的引脚4相连，电容C42的正极与电源模块U15的引脚5相连，电容C44与电容C41并联，电容C43与电容C42并联，电源模块U16的引脚1接至电源+15V，电源模块U16的引脚2接至电源0V，电容C46的正极与电源模块U16的引脚3相连，电容C46的负极接至电源0V，电容C45与电容C46并联，给定电压信号QG经电容C9、电容C10、电阻R4、电阻R5、运算放大器U15、电阻R6、电容C11组成的滤波网络到控制芯片U1的5脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R4的一端与电容C9相连，电容C9另一端接至电源0V，电阻R4的另一端与运算放大器U15的同相输入端相连，电阻R5与电容C10并联后一端与运算放大器U15的同相输入端相连，另一端接至电源0V，运算放大器U15的反相输入端与输出端相连，通过电阻R6连接到控制芯片U1引脚5，控制芯片U1的引脚5与电容C11一端相连，电容C11另一端接至电源0V，电阻R7、电阻R8、电容C28、电容C29使控制芯片U1工作能够软启动，电阻R8与电容C29并联，电容C29的正极与控制芯片U1引脚1，电容C29的负极接至电源0V，电阻R7与电容C28串联，电容C28的负极接至电源0V，电容C29的正极与控制芯片U1引脚2，电阻R7的另一端与控制芯片U1引脚1相连，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C18组成的滤波网络到控制芯片U1的4脚，为控制芯片U1工作提供给定信号，电阻R16与电阻R17串联，电阻R17的另一端与电流传感器U11的输出相连，电阻R16的另一端与控制芯片U1引脚4相连，控制芯片U1引脚4通过电阻R14接至-15V电源，控制芯片U1引脚4通过电阻R15接至电源0V，谐波补偿电路由电阻R11、电阻R12、电容C15、电容C16、运算放大器U16组成，运算放大器U16的同相输入端与控制芯片U1引脚8相连，运算放大器U16的反相输入端与输出端相连，电阻R11、电容C16串联后与电阻R12和电容C15并联，电容C15一端与控制芯片U1引脚4相连，电容C15另一端与运算放大器U16输出端相连，震荡定时电路由电阻R9、电阻R10、电容C12、电容C14组成，电阻R9与电阻R10并联，一端与控制芯片U1引脚8相连，另一端接至电源0V，电容C12与电容C14并联，一端与控制芯片U1引脚9相连，另一端接至电源0V，电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样所得信号经过电阻R17、电阻R18、电阻R19、电容C18、电容C19为控制芯片U1提供外部关断，电阻R17与电阻R18串联连接到控制芯片U1引脚16，电阻R19与电容C19并联，一端与控制芯片U1引脚16相连，另一端接至电源0V，电阻R13为控制芯片U1输出级偏置电压输入的保护电阻，电容C13、电容C17、电容C30、电容C31为滤波电容，电阻R13一端与控制芯片U1引脚15相连，电阻R13另一端与控制芯片U1引脚13相连，电容C13与电容C30并联，一端与控制芯片U1引脚15相连，另一端接至电源0V，电容C17与电容C31并联，一端与控制芯片U1引脚13相连，另一端接至电源0V，由二极管D10、二极管D11、电阻R20、电阻R21、电阻R22、电阻R23、三极管Q1、三极管Q2、三极管Q3、三极管Q4、电阻R24、电容C20组成全桥电路，两路信号经过隔离变压器T1、隔离变压器T2、电容C21、电容C22、电容C23、电容C24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R29、电阻R30、电阻R31、电阻R70、二极管D12、二极管D13、二极管D14、二极管D15变为四路信号驱动逆变单元，三极管Q1的基极通过电阻R20与控制芯片U1引脚14相连，三极管Q3的基极通过电阻R21与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D10的阳极接至电源0V，三极管Q2的基极通过电阻R22与控制芯片U1引脚11相连，三极管Q4的基极通过电阻R23与控制芯片U1引脚11相连，二极管D11的阴极与控制芯片U1引脚14相连，二极管D11的阳极接至电源0V，三极管Q1集电极与三极管Q3集电极相连后与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚1相连，三极管Q2集电极与三极管Q4集电极相连后，与电阻R24和电容C20并联后的一端相连，电阻R24和电容C20并联后的另一端与隔离变压器T1和隔离变压器T2的引脚2相连，三极管Q3发射极接至电源0V，三极管Q4发射极接至电源0V，三极管Q1发射极与三极管Q2发射极相连，二极管D15与电阻R70串联后与电阻R25并联，二极管D15阴极与隔离变压器T1引脚6相连，电阻R70的另一端与电容C21一端相连，电容C21另一端与隔离变压器T1引脚5相连，二极管D12与电阻R29串联后与电阻R26并联，二极管D12阴极与隔离变压器T1引脚3相连，电阻R29的另一端与电容C22一端相连，电容C22另一端与隔离变压器T1引脚4相连，二极管D13与电阻R30串联后与电阻R27并联，二极管D13阴极与隔离变压器T2引脚6相连，电阻R30的另一端与电容C23一端相连，电容C23另一端与隔离变压器T2引脚5相连，二极管D14与电阻R31串联后与电阻R28并联，二极管D14阴极与隔离变压器T2引脚3相连，电阻R31的另一端与电容C24一端相连，电容C24另一端与隔离变压器T2引脚4相连，分别在电容C21、电容C22、电容C23、电容C24两端得到四路信号驱动逆变单元，电阻R54、二极管D2、光耦U6、电阻R61、R62组成频率检测电路（8），得到相应的频率信号送入控制芯片U8，电阻R54的一端与三相交流电的U相相连，电阻R54的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D2的阴极与光耦U6的引脚1相连，光耦U6的引脚2与三相交流电的V相相连，光耦U6的引脚3与R61的一端相连，R61的另一端接至+5V电源，光耦U6的引脚3与R62的一端相连，R62的另一端接至控制芯片U8的引脚9，信号处理运算电路（9）中控制芯片U8对信号处理输出经过电阻R63、电容C4后得到电压信号，该信号通过运算放大器U3的C部分U3C构成的电压跟随器后得到给定信号UQG，控制芯片U8引脚5通过电阻R63与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的一端与运算放大器U3引脚10相连，电容C4的另一端接至电源0V，运算放大器U3引脚8与运算放大器U3引脚9相连，电路所使用的电流传感器为电流型电流传感器，在电阻R52上得到电压经过二极管D1、电阻R32、电容C25、电感L5、电阻R3、电容C26、C27组成的滤波网络，得到所需要的电压，接到运算放大器U2的A部分U2A的反相端，电流传感器U12对负载电流进行采样得到的信号通过二极管D1、电感L5、电阻R3与运算放大器U2引脚2相连，二极管D1阳极与传感器输出相连，电阻R52的一端与二极管D1阳极相连，电阻R52的另一端接至电源0V，电阻R32与电容C25并联后一端与二极管D1阴极相连，另一端接至电源0V，电容C26一端与电感L5和电阻R3连接处相连，电容C26另一端接至电源0V，电容C27一端与运算放大器U2引脚2相连，电容C27另一端接至电源0V，电阻R40、电阻R41、电阻R42对输出电压进行分压，电压传感器采集电阻R42上的电压，电路所使用的电压传感器为电流型电压传感器，在电阻R44上得到所需电压，该电压与给定信号UQG经过由运算放大器U3的B部分U3B、电阻R43、电阻R45、电阻R46、电阻R47、电阻R48、电阻R49组成的P调节器后得到的电压信号经过运算放大器U3的A部分U3A组成的电压跟随器后得到的电压通过电阻R37、电阻R38、电阻R39、二极管D9、二极管D6、二极管D5充放电网络对电容C8进行充放电，在电容C8上得到给定电压信号QG，控制器的外部正输出端通过电阻R40、电阻R41和电阻R42串联连接到控制器的外部负输出端，电压传感器U14引脚1与电阻R40和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚2与电阻R41和电阻R42连接处相连，电压传感器U14引脚3与电阻R44一端相连到电源0V，电压传感器U14引脚4与电阻R44另一端相连，电压传感器U14引脚4与运算放大器U2引脚6相连，电压传感器U14引脚4通过电阻R45与运算放大器U3引脚6相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R43与运算放大器U3引脚7相连，运算放大器U3引脚6通过电阻R46接至电源0V，运算放大器U3引脚6通过电阻R48接至+5V电源，运算放大器U3引脚5通过电阻R49接至电源0V，运算放大器U3引脚5通过电阻R48与运算放大器U3引脚8相连，运算放大器U3引脚7与运算放大器U3引脚3相连，运算放大器U3引脚1与运算放大器U3引脚2相连，电阻R39与二极管D9串联后与电阻R38并联，二极管D9阴极与运算放大器U3引脚1相连，电阻R39的另一端与电容C8正极相连，电容C8负极接至电源0V，电阻R37与二极管D6串联，电阻R37的另一端与电容C8正极相连，二极管D6阴极与运算放大器U2引脚1相连，二极管D5阳极与二极管D6阳极相连，二极管D5阴极与运算放大器U2引脚7相连，电阻R51、二极管D8构成电流保护指示电路，运算放大器U2的A部分U2A与电阻R50构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R34上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R34值来改变输出电流的保护值，电阻R34引脚1接至+5V电源，电阻R34引脚3接至电源0V，电阻R34引脚2与运算放大器U2引脚3相连，运算放大器U2引脚3通过电阻R50与运算放大器U2引脚1相连，电阻R51与二极管D8相连，二极管D8阳极接至+5V电源，电阻R51另一端与与运算放大器U2引脚1相连，电阻R36、二极管D7构成过电压指示电路，运算放大器U2的B部分U2B与电阻R35构成滞回比较器，当反相输入端电压大于同相输入端电压，即在R33上所得到的电压时，输出端为低电位，当反相输入端电压小于同相输入端电压时，输出端为高电位，通过调整电阻R33值来改变输出电压的保护值，电阻R33引脚1接至+5V电源，电阻R33引脚3接至电源0V，电阻R33引脚2与运算放大器U2引脚5相连，运算放大器U2引脚5通过电阻R35与运算放大器U2引脚7相连，电阻R36与二极管D7串联，二极管D7阴极与与运算放大器U2引脚7相连，采样电路（10）的电流传感器U11对高频变压器一次侧电流进行采样，电流传感器U12对负载电流进行采样，电压传感器U14对负载电压进行采样，接插件J3、电阻R56、光耦U5、电阻R59、电阻R60组成温度采样电路，得到相应的温度信号送入控制芯片U8，光耦U5的引脚1通过电阻R56接至'12V电源，光耦U5的引脚2与接线柱J3的引脚2相连，接线柱J3的引脚1接至电源'0V，光耦U5的引脚4通过电阻R59接至+5V电源，光耦U5的引脚3接至电源0V，电阻R60的一端与光耦U5的引脚4相连，电阻R60的一端与控制芯片U8的引脚10相连，编程口J1、电阻R53、控制芯片U8、电容C2、电容C3、晶振Y1组成中央控制器（11），电容C2、电容C3、晶振Y1组成时钟电路，为控制芯片U8提供工作时钟信号，电容C2的一端与晶振Y1的一端相连，电容C2的另一端接至电源0V，电容C3的一端与晶振Y1的另一端相连，电容C3的另一端接至电源0V，晶振Y1的一端与控制芯片U8的引脚2相连，晶振Y1的另一端与控制芯片U8的引脚3相连，编程口J1的引脚1与控制芯片U8的引脚4相连，编程口J1的引脚2接至+5V电源，编程口J1的引脚3接至电源0V，编程口J1的引脚4与控制芯片U8的引脚13相连，编程口J1的引脚5与控制芯片U8的引脚12相连，主电路（61）和控制电路（62）均安装在壳体（14）中。