CN104300845A - 一种车用无刷直流电机驱动器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用无刷直流电机驱动器，应用于直流电机和无刷直流电机中，包括逆变电路、驱动电路、检测电路和控制电路，其中，所述直流电机的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述无刷直流电机的输入端连接，所述无刷直流电机的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接。

Description

一种车用无刷直流电机驱动器

技术领域

本发明涉及电力驱动车辆的电设备技术领域，具体涉及是一种车用无刷直流电机驱动器。

背景技术

电动汽车是未来汽车产业革新和发展的主要方向，电力驱动技术是电动汽车的关键技术之一。车用电力驱动系统必须满足可以恒转矩工作，能够提供足够大的转矩供汽车加速及爬坡，快速的转矩响应，高可靠性，具有自我保护功能等要求。

现有的无刷直流电机以其控制方便、制造工艺简单、工作性能好、功率密度高、运行可靠等优点成为多数情况下电动汽车驱动系统的优选电机，但是，现有的无刷直流电机的驱动器由于位置传感精度低、开环控制、经典控制理论的局限性、抗扰动能力差等原因存在对所述无刷直流电机的转速控制不精确的问题。

发明内容

本发明的目的提供一种车用无刷直流电机驱动器，能够精确控制所述无刷直流电机的电流双闭环的电流，以使得对所述无刷直流电机的转速进行精确控制。

本发明提供了一种车用无刷直流电机驱动器，应用于直流电机和无刷直流电机中，包括逆变电路、驱动电路、检测电路和控制电路，其中，所述直流电机的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述无刷直流电机的输入端连接，所述无刷直流电机的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接。

可选的，所述控制电路由串联的数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、第一复杂可编程逻辑器件(Complex Programmable Logic Device，简称CPLD)和第二CPLD组成。

可选的，还包括：保护电路，包括热敏电阻、母线分压器、电流传感器、故障指示器、故障逻辑保护电路和脉冲宽度调制器，其中，并联的所述热敏电阻、所述母线分压器和所述电流传感器的输入端与所述驱动电路的输出端连接，并联的所述热敏电阻、所述母线分压器和所述电流传感器的输出端与所述故障指示器的输入端连接，所述故障指示器的输出端与所述第一CPLD的输入端连接，所述第一CPLD的输出端与所述故障逻辑保护电路的输入端连接，所述故障逻辑保护电路的输出端与所述DSP的输入端连接，所述DSP的输出端与所述脉冲调整器的输入端连接，所述脉冲调制器的输出端与所述第二CPLD的输入端连接，所述第二CPLD的输出端与所述驱动电路的输入端连接。

可选的，所述逆变电路是由金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor,，简称MOSFET)构成的三相桥式结构组成。

可选的，还包括：驱动板，在所述驱动板上设置有所述逆变电路和导热铝块，所述逆变电路通过第一导热硅脂与所述导热铝块连接。

可选的，还包括：外壳，在所述外壳中设置有所述驱动板、逆变电路、驱动电路、检测电路和控制电路，其中，所述外壳上设置有散热结构，所述导热铝块的上端设置有第二导热硅脂，所述第二导热硅脂与所述外壳连接。

本发明具有以下有益效果，具体如下：

由于本发明实施例中，直流电机的输出端与逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与无刷直流电机的输入端连接，所述无刷直流电机的输出端与检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接，从而使得所述控制电路能够采集所述无刷直流电机的三相端电压，以及所述无刷直流电机的相电流，然后根据三相端电压估计出转子位置信号，并且计算出所述无刷直流电机转速，以此来实现对所述无刷直流电机的转速、电流双闭环进行精确控制。

附图说明

图1为本发明实施例中车用无刷直流电机驱动器的硬件结构框图；

图2为本发明实施例中保护电路与驱动电路和控制电路的连接结构图；

图3为本发明实施例中车用无刷直流电机驱动器的实体结构图；

图4为本发明实施例中大功率电容安装的结构示意图；

图5为本发明实施例中高压动力线快速连接装置的结构示意图。

图中有关附图标记具体如下：

10——直流电机，11——无刷直流电机，12——逆变电路，13——驱动电路，14——控制电路，15——控制电路，16——热敏电阻，17——母线分压器，18——电流传感器，19——故障指示器，100——CPLD，101——故障逻辑保护电路，102——DSP，103——脉冲宽度调制器，104——CPLD，20——车用无刷直流电机驱动器，21——驱动板，22——导热铝块，23——第一导热硅脂，24——第二导热硅脂，25——散热结构，26——驱动板，27——外壳，28——多个凹槽，29——大功率电容，30——连杆，31——活动臂，32——固定臂，33——凹槽，34——卡臂，35——卡槽，40——电源正极线，41——电源负极线，42——U相动力线，43——V相动力线，44——W相动力线。

具体实施方式

本发明的目的提供一种车用无刷直流电机驱动器，能够精确控制所述无刷直流电机的电流双闭环的电流，以使得对所述无刷直流电机的转速进行精确控制。

本申请实施例中CPLD100表征第一CPLD，CPLD104表征第二CPLD。

下面对结合附图对本发明实施例技术方案的主要实现原理、具体实施方式及其对应能够达到的有益效果进行详细地阐述。

如图1所示，本发明提供了一种车用无刷直流电机驱动器，应用于直流电机10和无刷直流电机11中，所示驱动器包括逆变电路12、驱动电路13、检测电路15和控制电路14，其中，直流电机10的输出端与逆变电路12的输入端连接，逆变电路12的输出端与无刷直流电机11的输入端连接，无刷直流电机11的输出端与检测电路15的输入端连接，检测电路15的输出端与控制电路14的输入端连接，控制电路14的输出端与驱动电路13的输入端连接，驱动电路13的输出端与逆变电路12的输入端连接。

其中，逆变电路12是由MOSFET构成的三相桥式结构组成，逆变电路12对滤波后的直流电压进行斩波，输出电压、频率可调的三相交流电，驱动无刷直流电机11。

其中，控制电路14可以以飞思卡尔公司的DSP MC56F8346为核心控制芯片，进一步的，参见图2，控制电路14还可以是由DSP102、CPLD100和CPLD104组成。

具体的，参见图2，所示驱动器还可以包括保护电路，所述保护电路包括热敏电阻16、母线分压器17、电流传感器18、故障指示器19、故障逻辑保护电路101和脉冲宽度调制器103，其中，并联的热敏电阻16、母线分压器17和电流传感器18的输入端与驱动电路13的输出端连接，并联的热敏电阻16、母线分压器17和电流传感器18的输出端与故障指示器19的输入端连接，故障指示器19的输出端与CPLD100的输入端连接，CPLD100的输出端与故障逻辑保护电路101的输入端连接，故障逻辑保护电路101的输出端与DSP102的输入端连接，DSP102的输出端与脉冲调整器103的输入端连接，脉冲调制器103的输出端与CPLD104的输入端连接，CPLD104的输出端与驱动电路13的输入端连接，其中，所述保护电路的输入端与检测电路15的输出端连接，即可以是故障指示器19或CPLD100的输入端与检测电路15的输出端连接。

具体的，以控制电路14以飞思卡尔公司的DSP MC56F8346为核心控制芯片为例，其核心控制芯片MC56F8346采集无刷直流电机11的三相端电压，以及无刷直流电机11的相电流，然后根据三相端电压估计出转子位置信号，并且计算出无刷直流电机11转速，以此来实现对无刷直流电机11的转速、电流双闭环进行精确控制，同时当接收到故障19发送的指示器故障信号的时候CPLD100和CPLD104立即执行保护功能，而且DSP102还可以通过控制器局域网(Controller Area Network，简称CAN)和串行通信接口(SerialCommunication Interface，简称SCI)与外界进行通信。

具体的，参见图1、图2和图3，车用无刷直流电机驱动器20还包括驱动板21和控制板26，在驱动板21上设置有逆变电路12和导热铝块22，逆变电路12通过第一导热硅脂23与导热铝块22连接；其中，导热铝块22成T型结构，下面具体以逆变电路12具体为MOSFET为例。

其中，控制板26具体为电路板，在控制板26上集成了所述保护电路和控制电路14，即使得控制板26上集成了基于CPLD的硬件保护设计，整个控制系统保护主要包括过流保护、过热保护、欠压保护。其中，所述保护控制逻辑由CPLD100和CPLD104来实现；所述过流故障信号是将电路传感器18检测到的电流信号与安全电流电压作比较，然后输出故障信号；MOSFET管的温度由热电阻16采集，然后经过母线分压器17分压之后输入到控制板26上的比较器中，通过比较输出过热故障信号；所述欠压保护主要是指驱动器20的母线电压欠压保护，通过母线分压器17对驱动器20的母线电压进行分压，然后经过隔离的线性光耦输出到所述比较器中，然后产生欠压故障信号；所有的故障信号全部输入到CPLD中，由CPLD来完成故障保护逻辑。

如此，使得控制板26与驱动板21相分离，通过线束连接，能有效的防止电磁干扰。

其中，参见图4和图1，为了降低驱动器20被损害的概率，驱动器20还包括外壳27，在外壳27中设置有驱动板26、逆变电路12、驱动电路13、检测电路15和控制电路14，其中，外壳20上设置有散热结构25，导热铝块22的上端设置有第二导热硅脂24，第二导热硅脂24与外壳27连接，散热结构25具体可以为散热鳍片。

进一步的，为了更好的散热，本设计中将逆变电路12直立焊接在驱动板21上，第一导热硅脂23与外壳27连接，使得散热面通过第一导热硅脂23紧贴导热铝块22，热量通过导热铝块22和第一导热硅脂23传导至驱动器20的外壳27，驱动器20的外壳27上加工有散热结构25，散热结构25与驱动器20结合在一起，实现了集成化设计，同时简化了散热结构的安装，提高了散热效率。

进一步的，如图4所示，外壳27的底部上设计有多个凹槽28，多个凹槽28中至少存在一个凹槽为半圆形凹槽，用于将大功率电容29通过导热硅胶横放在多个凹槽28中的一个半圆形凹槽中，用于起到防震、散热和保护的作用，如此，使得本发明提供的驱动器，采用新型控制算法，有效的提高了驱动器的效率，降低了其自身功耗；而且设置了外壳27，可承受高强度振动和冲击，适用于汽车复杂的使用车况，而且工艺简单，寿命长；而且使用DSP作为整个驱动器的核心控制芯片，具有很高的处理速度，提高系统的响应速度；安装方便，驱动器的设计结构简单，体积小，安装方便，作为车用电机驱动器可以实现和整车控制器之间的通信。

在具体实施过程中，本申请还提供了一种高压动力线快速连接装置，具有快速连接技术，设计新型的板夹结构接插件，可以一次性将电池正、负电源线和无刷直流电机三相线直接与驱动器20连接，成本低，可靠性高，安装方便。

具体的，如图5所示，所述高压动力线快速连接装置包括连杆30、活动臂31和固定臂32，活动臂31通过连杆30与固定臂32活动连接，活动臂31的底面和固定臂32的顶面上设置有多个对称的凹槽33，其中，活动臂31的底面与固定臂32的顶面相邻，在活动臂31的末端设置有卡臂34，相对的在固定臂的末端设置有卡槽35，通过连杆30转动活动臂31，进而可以将卡臂34固定到卡槽35中。

在实际应用过程中，所述高压动力线快速连接装置可以分别将电源正极线40、电源负极线41、U相动力线42、V相动力线43、W相动力线44放置到凹槽33中，通过连杆30转动活动臂31，将卡臂34固定到卡槽35中，即完成连接，使得安装快速方便，批量生产使得成本得以降低，其中，U相动力线42、V相动力线43、W相动力线44为无刷直流电机三相线。

本发明具有以下有益效果：

其一、由于本发明实施例中，直流电机的输出端与逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与无刷直流电机的输入端连接，所述无刷直流电机的输出端与检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接，从而使得所述控制电路能够采集所述无刷直流电机的三相端电压，以及所述无刷直流电机的相电流，然后根据三相端电压估计出转子位置信号，并且计算出所述无刷直流电机转速，以此来实现对所述无刷直流电机的转速、电流双闭环进行精确控制，从而实现对无刷直流电机进行精确控制。

其二、由于本申请实施例中控制板和驱动板相分离，通过线束连接，能有效的防止电磁干扰。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种车用无刷直流电机驱动器，应用于直流电机和无刷直流电机中，其特征在于，包括逆变电路、驱动电路、检测电路和控制电路，其中，所述直流电机的输出端与所述逆变电路的输入端连接，所述逆变电路的输出端与所述无刷直流电机的输入端连接，所述无刷直流电机的输出端与所述检测电路的输入端连接，所述检测电路的输出端与所述控制电路的输入端连接，所述控制电路的输出端与所述驱动电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端与所述逆变电路的输入端连接。

2.如权利要求1所述的车用无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述控制电路由串联的DSP、第一CPLD和第二CPLD组成。

3.如权利要求2所述的车用无刷直流电机驱动器，其特征在于，还包括：

保护电路，包括热敏电阻、母线分压器、电流传感器、故障指示器、故障逻辑保护电路和脉冲宽度调制器，其中，并联的所述热敏电阻、所述母线分压器和所述电流传感器的输入端与所述驱动电路的输出端连接，并联的所述热敏电阻、所述母线分压器和所述电流传感器的输出端与所述故障指示器的输入端连接，所述故障指示器的输出端与所述第一CPLD的输入端连接，所述第一CPLD的输出端与所述故障逻辑保护电路的输入端连接，所述故障逻辑保护电路的输出端与所述DSP的输入端连接，所述DSP的输出端与所述脉冲调整器的输入端连接，所述脉冲调制器的输出端与所述第二CPLD的输入端连接，所述第二CPLD的输出端与所述驱动电路的输入端连接。

4.如权利要求3所述的车用无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述逆变电路是由MOSFET构成的三相桥式结构组成。

5.如权利要求4所述的车用无刷直流电机驱动器，其特征在于，还包括：

驱动板，在所述驱动板上设置有所述逆变电路和导热铝块，所述逆变电路通过第一导热硅脂与所述导热铝块连接。

6.如权利要求5所述的车用无刷直流电机驱动器，其特征在于，还包括：

外壳，在所述外壳中设置有所述驱动板、逆变电路、驱动电路、检测电路和控制电路，其中，所述外壳上设置有散热结构，所述导热铝块的上端设置有第二导热硅脂，所述第二导热硅脂与所述外壳连接。