CN104009701A - 一种交流电机变频控制器 - Google Patents

Abstract

一种交流电机变频控制器，包括控制电源模块、接口模块、处理模块、驱动模块和功率模块；其中，所述控制电源模块，用于为所述处理模块和驱动模块提供控制电源；所述接口模块，用于接收从外部输入的控制信号；所述处理模块，用于对所述接口模块从外部接收的控制信号进行运算处理，输出三相电压控制信号；所述驱动模块，用于对所述处理模块输出的三相电压控制信号进行转换处理，输出三相矩形脉冲驱动控制信号；所述功率模块，用于对所述驱动模块输出的三相矩形脉冲驱动控制信号进行功率放大，并输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机运转。采用本发明提供的交流电机变频控制器，电机只需要额定电流下就可启动，电流平滑无冲击。

Description

一种交流电机变频控制器

技术领域

本发明属于变频控制领域，具体涉及一种专用于三轮车的交流电机变频控制器。 

背景技术

直流电机是指能将直流电能转换成机械能或将机械能转换成直流电能的旋转电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它用作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；用作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能。在现有的电动三轮车中，大多采用直流电机作为驱动动力。

但是，本发明的发明人研究发现，现有三轮车中的直流电机在启动时存在启动不平稳，以及启动电流容易对电机和电网造成冲击的问题。因此，考虑将现有的三轮车直流电机替换为交流电机进行驱动，而如何对交流电机进行变频调速，成为目前亟需解决的技术问题。 

发明内容

针对现有技术存在的将现有三轮车直流电机替换为交流电机进行驱动后，如何对交流电机进行变频调速的技术问题，本发明提供一种专用于三轮车的交流电机变频控制器。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种交流电机变频控制器，包括控制电源模块、接口模块、处理模块、驱动模块和功率模块；其中，

所述控制电源模块，用于为所述处理模块和驱动模块提供控制电源；

所述接口模块，用于接收从外部输入的控制信号；

所述处理模块，用于对所述接口模块从外部接收的控制信号进行运算处理，输出三相电压控制信号；

所述驱动模块，用于对所述处理模块输出的三相电压控制信号进行转换处理，输出三相矩形脉冲驱动控制信号；

所述功率模块，用于对所述驱动模块输出的三相矩形脉冲驱动控制信号进行功率放大，并输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机运转。

相比于现有技术，本发明提供的交流电机变频控制器中，所述控制电源模块可将外部直流电源加到所述处理模块和驱动模块，所述功率模块可直接从外部直流电源接电工作，经过所述处理模块对所述接口模块接收的控制信号进行运算处理，所述驱动模块将运算处理后输出的控制信号进行转换处理，将输出的三相矩形脉冲驱动控制信号经所述功率模块进行功率放大后，输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机运转，实现对交流电机进行变频调速。采用本发明提供的交流电机变频控制器后，电机只需要额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对电机和电网的冲击，延长了电机的使用寿命，比无刷直流电机三轮车启动性能好。

附图说明

图1是本发明提供的交流电机变频控制器结构示意图。

图2是本发明提供的功率模块实施例中的电路结构示意图。

图3是本发明提供的第一种控制电源模块实施例中的结构示意图。

图4是本发明提供的第二种控制电源模块实施例中的结构示意图。

图中，1、交流电机变频控制器；11、控制电源模块；111、电锁；112、第一DC/DC转换器；113、第二DC/DC转换器；114、第三DC/DC转换器；115、第四DC/DC转换器；12、接口模块；13、处理模块；14、驱动模块；15、功率模块；16、隔离模块；2、交流电机；3、直流电源。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

请参考图1所示，一种交流电机变频控制器1，包括控制电源模块11、接口模块12、处理模块13、驱动模块14和功率模块15；其中，

所述控制电源模块11，用于为所述处理模块13和驱动模块14提供控制电源；

所述接口模块12，用于接收从外部输入的控制信号；

所述处理模块13，用于对所述接口模块12从外部接收的控制信号进行运算处理，输出三相电压控制信号；

所述驱动模块14，用于对所述处理模块13输出的三相电压控制信号进行转换处理，输出三相矩形脉冲驱动控制信号；

所述功率模块15，用于对所述驱动模块14输出的三相矩形脉冲驱动控制信号进行功率放大，并输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机2运转。

相比于现有技术，本发明提供的交流电机变频控制器中，所述控制电源模块可将外部直流电源加到所述处理模块和驱动模块，所述功率模块可直接从外部直流电源接电工作，经过所述处理模块对所述接口模块接收的控制信号进行运算处理，所述驱动模块将运算处理后输出的控制信号进行转换处理，将输出的三相矩形脉冲驱动控制信号经所述功率模块进行功率放大后，输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机运转，实现对交流电机进行变频调速。采用本发明提供的交流电机变频控制器后，电机只需要额定电流下就可启动，电流平滑无冲击，减少了启动电流对电机和电网的冲击，延长了电机的使用寿命，比无刷直流电机三轮车启动性能好。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述接口模块12包括倒车接口模块、制动接口模块和助力接口模块。具体地，所述倒车接口模块用于接收从外部输入的倒车控制信号，所述制动接口模块用于接收从外部输入的制动控制信号，所述助力接口模块用于接收从外部输入的助力控制信号。所述倒车控制信号、制动控制信号和助力控制信号分别经过所述处理模块13运算处理，所述驱动模块14转换处理后输出驱动控制信号，让所述功率模块15将输出的驱动控制信号进行功率放大，然后分别输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机2运转；其中，输入的所述助力（加油）控制信号用于所述交流电机2转动；所述倒车控制信号是在所述助力控制信号的控制下用于控制所述交流电机2反转，若不加所述倒车控制信号时所述交流电机2正转；所述制动控制信号用于控制所述交流电机2不转，由此根据外部输入的控制信号通过运算处理后，实现对交流电机2的变频调速控制。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述接口模块12还包括交流电机参数接口模块和仪表接口模块，所述交流电机参数接口模块接收从外部输入的交流电机参数信号，所述交流电机参数信号从所述仪表接口模块输出供外部仪表显示，且所述交流电机参数信号经所述处理模块判断处理后反馈控制所述交流电机2运转。具体地，在所述交流电机2中设置有编码器，所述编码器可对所述交流电机2中运行的参数进行采样检测，作为一种具体实施方式，所述交流电机参数包括交流电机2的正转、反转、转速等。在本实施例中，通过对所述交流电机2的参数进行采样检测，并可从所述仪表接口模块输出供外部仪表显示，由此可以对所述交流电机2的运行状态进行实时显示和监控。同时，所述处理模块13对交流电机采样参数进行判断后，能够得出前进或后退的处理信号，如若是前进信号变频控制器则输出顺序三相交流电源，如若是后退信号变频控制器则输出反序三相交流电源，由此可对采集的交流电机参数信号进行处理后，完成对所述交流电机2运转的反馈控制处理。

作为具体实施例，请参考图1所示，所述交流电机变频控制器还包括传感器板，所述传感器板用于检测所述功率模块15输出至交流电机2的三相交流电流信号，并将该三相交流电流信号输入至所述接口模块12。具体地，所述传感器板设有三路电流检测单元，每路电流检测单元上设置有电流感应芯片，由此可以对所述功率模块15输出的三相交流电流信号进行感应检测。作为一种具体实施方式，所述电流感应芯片为霍尔电流传感器，以此可以精确反映出所述功率模块15输出至交流电机2的三相交流电流信号的电流变化。在本实施例中，通过对所述三相交流电流信号的电流变化进行检测，由此可以对所述功率模块5输出的三相交流电流信号进行调整，以便所述交流电机2按照设定指令速度运转。

作为具体实施例，所述处理模块13包括判断单元和输出单元，所述判断单元用于对所述接口模块12从外部接收的控制信号进行判断，以便得出是前进信号还是后退信号，所述输出单元用于根据所述判断单元的判断结果输出相应的控制信号。具体地，所述判断单元首先对所述接口模块12从外部接收的控制信号进行判断，以便得出接收的控制信号是前进信号还是后退信号；然后，所述输出单元根据所述判断单元的判断结果输出相应的控制信号，如所述判断单元的判断结果是前进信号，则所述处理模块将输出顺序三相交流信号到驱动模块；如所述判断单元的判断结果是后进信号，则所述处理模块将输出反序三相交流信号到驱动模块，最后输出三相交流电源控制交流电机运转。作为一种实施方式，所述处理模块13中的主要处理器选用型号为TMS320F28035的芯片。

作为具体实施例，所述驱动模块14包括转换单元和驱动单元，所述转换单元用于对所述三相电压控制信号的电压进行转换；所述驱动单元用于对转换后的三相电压控制信号的电压进行驱动变换后形成驱动电流。具体地，所述驱动单元包括一三极管对管组成的驱动电路，当控制信号为低电平时，双极型三极管对管的基极电位为低电位，流过NPN 型三极管的基极电流近似为零，三极管截止，相当于集电极与发射极间串联大电阻，而流过PNP 型三极管的电流迅速达到饱和电流，三极管饱和导通，场效应管的栅极近似接地截止；当控制信号为高电平时，双极型三极管对管的基极电位为高电位，流过NPN 型三极管的基极电流迅速达到饱和，三极管饱和导通，而流过PNP 型三极管的基极电流近似为零，三极管截止，场效应管的栅极电位几乎等于+ 15 V，场效应管导通，由此形成驱动电流。作为一种实施方式，所述驱动模块13中的驱动单元选用型号为IR21363S的芯片。

作为具体实施例，请参考图2所示，所述功率模块15包括三路功率放大电路（即Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ），每路功率放大电路包括上桥驱动功率放大电路、下桥驱动功率放大电路和电压供给返回电路，所述上桥驱动功率放大电路用于驱动上桥MOS管，所述下桥驱动功率放大电路用于驱动下桥MOS管，所述电压供给返回电路用于返回电压供给。由于每路功率放大电路的电路结构相同，作为一种具体实施方式，现只对其中第一路功率放大电路（即Ⅰ）的一种实施例进行说明；具体地，所述上桥驱动功率放大电路包括多个并联的MOS管QP07-QP09，每个所述MOS管的栅极经一个栅极电阻R07-R09后相互并联后连接至驱动单元的输出端VH，每个所述MOS管的漏极相互并联后连接至外部的直流电源（如电瓶）上；所述下桥驱动功率放大电路包括多个并联的MOS管QP19-QP21，每个所述MOS管的栅极经一个栅极电阻R19-R21后相互并联后连接至驱动单元的输出端VL，每个所述MOS管的源极相互并联后接地GND，每个所述MOS管的漏极与所述上桥驱动功率放大电路中每个MOS管的源极一一对应（即QP07→QP19，QP08→QP20，QP09→QP21）连接，所述每个MOS管的栅极和源极相互并联后形成的节点之间连接有泄放电阻R92，所述泄放电阻R92用于泄放栅极电荷，将MOS管尽快截止；所述电压供给返回电路的一端连接至驱动单元的输出端V，另一端作为该路功率放大电路的信号输出端，且在所述电压供给返回电路的另一端与所述上桥驱动功率放大电路中每个MOS管的栅极之间连接有隔离电阻R91。其中，所述上桥驱动功率放大电路和下桥驱动功率放大电路中的MOS管数量可以根据电压放大的具体情况进行增减，以满足实际放大功率的需要。

作为具体实施例，所述控制电源模块11包括电锁111、第一DC/DC转换器112和第二DC/DC转换器113；其中，所述电锁111连接于外部直流电源（如电瓶）和第一DC/DC转换器112之间，用于控制所述控制电源模块11与所述外部直流电源的通断；所述第一DC/DC转换器112，用于将所述外部直流电源转换为供所述驱动模块14使用的第一电压；所述第二DC/DC转换器113，用于将所述外部直流电源转换为供所述处理模块13使用的第二电压。作为一种具体实施方式，所述外部直流电源的电压为48V，经所述第一DC/DC转换器112转换后，获得的第一电压为15V；经所述第二DC/DC转换器113转换后，获得的第二电压为3.3V；当然，本领域的技术人员在前述实施方式的基础上，还可以根据选用处理模块13和驱动模块14的工作电压需要进行转换。在本实施例中，采用所述第一DC/DC转换器112和第二DC/DC转换器113对外部直流电源进行转换，由此可以避免输出信号通过公共线路形成干扰，使芯片不能正常工作。

作为具体实施例，所述交流电机变频控制器1还包括连接于所述处理模块13和驱动模块14之间的隔离模块16。作为一种实施方式，所述隔离模块选用型号为ADUM1410的芯片。本实施例中，在所述处理模块13和驱动模块14之间设置隔离模块16，可以对所述处理模块13和驱动模块14之间传输的信号进行隔离，消除信号受到的干扰和信号噪声等。

作为具体实施例，所述控制电源模块11包括电锁111、第一DC/DC转换器112、第二DC/DC转换器113、第三DC/DC转换器114和第四DC/DC转换器115；其中，所述电锁111连接于外部直流电源（如电瓶）和第一DC/DC转换器112之间，用于控制所述控制电源模块11与所述外部直流电源的通断；所述第一DC/DC转换器112，用于将所述外部直流电源转换为供所述驱动模块14使用的第一电压；所述第三DC/DC转换器114，用于将所述第一电压转换为供所述隔离模块16输出使用的第三电压；所述第四DC/DC转换器115，用于将所述外部直流电源转换为供所述隔离模块16输入和处理模块13使用的第四电压；所述第二DC/DC转换器113，用于将所述第四电压转换为供所述处理模块13使用的第二电压。作为一种具体实施方式，所述外部直流电源的电压为48V，经所述第一DC/DC转换器转换后，获得的第一电压为15V；经所述第三DC/DC转换器转换后，获得的第三电压为5V；经所述第四DC/DC转换器转换后，获得的第四电压为5V；经所述第二DC/DC转换器转换后，获得的第二电压为3.3V；当然，本领域的技术人员在前述实施方式的基础上，还可以根据选用处理模块13、隔离模块16和驱动模块14的工作电压需要进行转换。在本实施例中，采用所述第一DC/DC转换器112对外部直流电源进行转换，采用所述第三DC/DC转换器114对所述第一DC/DC转换器114转换后的电压进行转换，以及采用所述第四DC/DC转换器115对外部直流电源进行转换，采用所述第二DC/DC转换器113对所述第四DC/DC转换器115转换后的电压进行转换，由此可以将外部直流电源转换为模块能正常工作的供电电压；同时，所述处理模块13和驱动模块14之间分别通过DC/DC转换器对外部直流电源进行转换获得，由此可以很好地将其工作电源进行隔离，防止信号干扰。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。 

Claims (10)

1.一种交流电机变频控制器，其特征在于，包括控制电源模块、接口模块、处理模块、驱动模块和功率模块；其中，

所述控制电源模块，用于为所述处理模块和驱动模块提供控制电源；

所述接口模块，用于接收从外部输入的控制信号；

所述处理模块，用于对所述接口模块从外部接收的控制信号进行运算处理，输出三相电压控制信号；

所述驱动模块，用于对所述处理模块输出的三相电压控制信号进行转换处理，输出三相矩形脉冲驱动控制信号；

所述功率模块，用于对所述驱动模块输出的三相矩形脉冲驱动控制信号进行功率放大，并输出电压/频率可变的三相交流电源控制所述交流电机运转。

2.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述接口模块包括倒车接口模块、制动接口模块和助力接口模块。

3.如权利要求2所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述接口模块还包括交流电机参数接口模块和仪表接口模块，所述交流电机参数接口模块接收从外部输入的交流电机参数信号，所述交流电机参数信号从所述仪表接口模块输出供外部仪表显示，且所述交流电机参数信号经所述处理模块判断处理后反馈控制所述交流电机运转。

4.如权利要求2所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述交流电机变频控制器还包括传感器板，所述传感器板用于检测所述功率模块输出至交流电机的三相交流电流信号，并将该三相交流电流信号输入至所述接口模块。

5.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述处理模块包括判断单元和输出单元，所述判断单元用于对所述接口模块从外部接收的控制信号进行判断，以便得出是前进信号还是后退信号，所述输出单元用于根据所述判断单元的判断结果输出相应的控制信号。

6.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述驱动模块包括转换单元和驱动单元，所述转换单元用于对所述三相电压控制信号的电压进行转换，所述驱动单元用于对转换后的三相电压控制信号的电压进行驱动变换后形成驱动电流。

7.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述功率模块包括三路功率放大电路，每路功率放大电路包括上桥驱动功率放大电路、下桥驱动功率放大电路和电压供给返回电路，所述上桥驱动功率放大电路用于驱动上桥MOS管，所述下桥驱动功率放大电路用于驱动下桥MOS管，所述电压供给返回电路用于返回电压供给。

8.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述控制电源模块包括电锁、第一DC/DC转换器和第二DC/DC转换器；其中，

所述电锁连接于外部直流电源和第一DC/DC转换器之间，用于控制所述控制电源模块与所述外部直流电源的通断；

所述第一DC/DC转换器，用于将所述外部直流电源转换为供所述驱动模块使用的第一电压；

所述第二DC/DC转换器，用于将所述外部直流电源转换为供所述处理模块使用的第二电压。

9.如权利要求1所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述交流电机变频控制器还包括连接于所述处理模块和驱动模块之间的隔离模块。

10.如权利要求9所述的交流电机变频控制器，其特征在于，所述控制电源模块包括电锁、第一DC/DC转换器、第二DC/DC转换器、第三DC/DC转换器和第四DC/DC转换器；其中，

所述电锁连接于外部直流电源和第一DC/DC转换器之间，用于控制所述控制电源模块与所述外部直流电源的通断；

所述第一DC/DC转换器，用于将所述外部直流电源转换为供所述驱动模块使用的第一电压；

所述第三DC/DC转换器，用于将所述第一电压转换为供所述隔离模块输出使用的第三电压；

所述第四DC/DC转换器，用于将所述外部直流电源转换为供所述隔离模块输入和处理模块使用的第四电压；

所述第二DC/DC转换器，用于将所述第四电压转换为供所述处理模块使用的第二电压。