CN105024565B - 电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路，包括三相整流桥式电路，电机相电流采样电路以及同步整流控制单元；所述电机相电流采样电路的输入端连接三相整流桥式电路的输出端；电机相电流采样电路的三相电流信号输出端连接同步整流控制单元的输入端；外设的三相电机输出端连接三相整流桥式电路的三相电压输入端，三相电机输出端也连接同步整流控制单元的输入端；同步整流控制单元的输出端连接三相整流桥式电路中各相桥臂的控制端。本发明根据三相电机的三相交流电压的相位，控制每一个桥臂的导通，成本低，开关损耗小，抗干扰能力强，与传统PWM 控制方式相比，开关损耗小，且电磁干扰小。
Description
技术领域
本发明涉及电子电力领域，尤其涉及一种三相同步整流电路及其控制方法。
背景技术
随着国家的绿色能源政策越来越深入，使用电动车的用户日益剧增，但受其使用的电瓶的功率密度限制，行驶里程数远远不能满足人们的使用要求，所以增程器应运而生。目前上市的增程器普遍采用电启动三相逆变桥+外置三相整流桥二者分开的形式，整流效率低，安装复杂。即使有个别厂家将去掉了外置整流桥，也仅仅是关闭了三相逆变桥上6个桥臂的MOS管，利用MOS管本身的体二极管进行整流。由于体二极管的正向导通压降大，发热严重，靠增大散热器来解决。
另外一种更高端的PWM 整流器产品，虽能实现完美的双向整流，但系统成本十分高昂，目前只应用于要求高性能，对成本没有要求的高端行业，在要求低成本的增程器行业还无法使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有的增程器或者成本昂贵，或者整流效率低，安装复杂、发热严重。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路，包括三相整流桥式电路，电机相电流采样电路以及同步整流控制单元；所述电机相电流采样电路的输入端连接三相整流桥式电路的输出端；电机相电流采样电路的三相电流信号输出端连接同步整流控制单元的输入端；外设的三相电机输出端连接三相整流桥式电路的三相电压输入端，三相电机输出端也连接同步整流控制单元的输入端；同步整流控制单元的输出端连接三相整流桥式电路中各相桥臂的控制端。
本发明根据三相电机的三相交流电压的相位，控制每一个桥臂的导通，通过采集三相电机逆变状态下旋转产生的电流值和电压值，同步修正逆变桥的换相时刻，达到了结构简单、整流效率高、控制精度高、成本低廉的效果。
作为本发明的一种改进方案，所述的电机相电流采样电路包括三个电流采样电阻，一一对应的连接于三相整流桥式电路的三个下桥臂与地之间,一个电流采样电阻与对应的下桥臂的连接点连出一条电流信号输出线并连接至同步整流控制单元输入端，三条电流信号输出线组成电机相电流采样电路的三相电流信号输出端。该桥臂按照功率管的两两导通的通电方式工作，此种两两导通方式能够让增程器的三相电机提供更大的输出电流，从而实现让增程器代替新能源电动汽车的电池组，驱动新能源电动汽车马达的目标。
作为本发明的另一种改进方案，所述的同步整流控制单元包括三相同步信号生成电路、三相电流信号处理电路、单片机、同步整流驱动电路；三相同步信号生成电路的三相电压信号输入端连接三相电机的三相输出端；三相电流信号处理电路的三相电流信号输入端连接电机相电流采样电路的三相电流信号输出端；单片机的输入端分别连接三相同步信号生成电路的三相信号输出端、三相电流信号处理电路的三相信号输出端，单片机的输出端连接同步整流驱动电路的信号输入端；同步整流驱动电路的信号输出端分六路分别对应连接并控制对应的三相整流桥式电路的六个桥臂的控制端，六个桥臂包括三个上桥臂和三个下桥臂。
为增加输出功率，所述的桥臂上设有一个以上的功率管，功率管之间并联设置。
作为本发明的另一种改进方案，所述的每个桥臂由IGBT和二极管并联组成。选用耐温和耐压的IGBT管和大功率二极管，让增程器的控制器能在高温、高压下使用而不损坏。
电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路实现的控制方法，包括以下步骤：步骤一：根据三相整流桥式电路整流状态下的三相电机三相电压的相序、三相同步触发信号和三相电机三个绕组的相电流信号计算每一个桥臂的起始导通角和开通相位角，以此为依据在单片机内预设初始导通相位和角加速度曲线；步骤二：根据预设初始导通相位和角加速度曲线，在三相整流桥式电路逆变状态下，通过同步整流驱动电路控制双向整流桥式电路各个功率管的导通，并驱动三相电机旋转工作；步骤三：通过电机相电流采样电路采集三相电流信号，同时捕捉三相电机三相电压信号；步骤四：通过三相同步信号生成电路将三相电机的三相电压在全转速范围为内准确产生U相、V相、W相各相的过零同步信号输入单片机内的相序相角识别模块进行识别，然后将该数据输入单片机的计算模块；通过三相电流信号处理电路，将电机相电流采样电路送来的反应电流波形的双极性电压信号转变为单片机能识别的单极性电压信号，输入单片机的计算模块；步骤五：计算模块计算得到修正三相整流桥式电路的换相时刻，并输入单片机内的桥臂信号生成模块，通过该模块控制同步整流驱动电路发出相应的三相整流桥式电路的控制信号；步骤六：循环步骤二至步骤五，直至三相电机的转速达到外设的汽油机动力可靠点火的转速，则三相电机的驱动交由汽油动力机，逆变状态结束。
本发明的优点是：根据三相电机的三相交流电压的相位，控制每一个桥臂的导通，成本低，开关损耗小，抗干扰能力强，与传统PWM 控制方式相比，开关损耗小，且电磁干扰小。
附图说明
图1 为传统的通用变频器的电路图。
图2为本发明的三相同步整流电路的电路图（第一实施方式）。
图3为本发明三相电机在整流充电时，三相交流电压波形、双向整流桥6个桥臂的导通顺序和最大导通相位角示意图。
图4为本发明同步整流控制单元的算法模块图。
图5为本发明三相同步整流电路的电路图（第二实施方式）。
图6为本发明的三相同步整流电路的电路图（第三实施方式）。
具体实施方式
如图1-4所示，本发明应用于电动车增程器，包括三相整流桥式电路1、电机相电流采样电路2和同步整流控制单元3；所述电机相电流采样电路2包括三个电流采样电阻R，一一对应的连接于三相整流桥式电路1的三个下桥臂与地之间,一个电流采样电阻R与对应的下桥臂的连接点连出一条电流信号输出线并连接至同步整流控制单元3输入端，三条电流信号输出线组成电机相电流采样电路2的三相电流信号输出端。所述的同步整流控制单元3包括三相同步信号生成电路30、三相电流信号处理电路31、单片机32、同步整流驱动电路；三相同步信号生成电路30的三相电压信号输入端连接三相电机的三相输出端；三相电流信号处理电路31的三相电流信号输入端连接电机相电流采样电路2的三相电流信号输出端；单片机32的输入端分别连接三相同步信号生成电路30的三相信号输出端、三相电流信号处理电路31的三相信号输出端，单片机32的输出端连接同步整流驱动电路的信号输入端；同步整流驱动电路的信号输出端分六路分别对应连接并控制对应的三相整流桥式电路的六个桥臂的控制端，即PWM1-6。
在三相整流桥式电路1的三相桥处于逆变状态时，由单片机32的控制中心预设一个初始导通相位，然后以预设的角加速度曲线，控制三相整流桥式电路1的三相逆变桥驱动三相电机旋转，同时捕捉启动/发电一体化三相电机三相电压同步触发信号，修正逆变桥的换相时刻。一旦启动/发电一体化三相电机的转速达到汽油机动力可靠点火的转速，则启动/发电一体化三相电机的驱动交由汽油动力机，逆变状态结束。附图二所示。在三相桥式电路的三相桥由逆变状态转变为整流电路时，由启动/发电一体化的三相电机绕组产生的三相电压的相序、三相同步触发信号、启动/发电一体化三相电机三个绕组的相电流信号经数字信号处理器DSP运算后输出驱动信号可以控制整流电PWM1～PWM6六只功率管构成的整流全桥的通电状态。按照功率管的两两导通的通电方式，此种两两导通方式能够让增程器的启动/发电一体化三相电机提供大的输出电流。
双向同步整流电路的电机相电流采样电路2，采用三相电流采样电路，克服单相采样电路的采样不准和不能全部显示电路实状的缺点。电路结构简洁、可靠。成本低。
双向同步整流电路的三相同步控制单元3；采用无刷直流电机调速系统用的驱动器。以单片机(MCU)为核心的单片电机控制器，以一个MCU再配备外围驱动电路构成，大大缩小体积，紧凑结构，提高可靠性。
如图3所示，三相电机输出的所有时刻内，三相整流桥都有两相能够通过两只整流PWM功率管输出直流电，最大提供输出电流。这样实现了控制增程器启动/发电一体化三相电机的启动/发电切换功能。
如图5所示，所述的桥臂上设有两个并联的功率管。并联两个功率管可以增大电路的输出功率。
如图6所示，每个桥臂由IGBT和二极管并联组成。选用耐温和耐压的IGBT管和大功率二极管，让增程器的控制器能在高温、高压下使用而不损坏。
本发明控制方法包括以下步骤：
步骤一：根据三相整流桥式电路整流状态下的三相电机三相电压的相序、三相同步触发信号和三相电机三个绕组的相电流信号计算每一个桥臂的起始导通角和开通相位角，以此为依据在单片机内预设初始导通相位和角加速度曲线；
步骤二：根据预设初始导通相位和角加速度曲线，在三相整流桥式电路逆变状态下，通过同步整流驱动电路控制双向整流桥式电路各个功率管的导通，并驱动三相电机旋转工作；
步骤三：通过电机相电流采样电路采集三相电流信号，同时捕捉三相电机三相电压信号；
步骤四：通过三相同步信号生成电路将三相电机的三相电压在全转速范围为内准确产生U相、V相、W相各相的过零同步信号输入单片机内的相序相角识别模块进行识别，然后将该数据输入单片机的计算模块；通过三相电流信号处理电路，将电机相电流采样电路送来的反应电流波形的双极性电压信号转变为单片机能识别的单极性电压信号，输入单片机的计算模块；
步骤五：计算模块计算得到修正三相整流桥式电路的换相时刻，并输入单片机内的桥臂信号生成模块，通过该模块控制同步整流驱动电路发出相应的三相整流桥式电路的控制信号；
步骤六：循环步骤二至步骤五，直至三相电机的转速达到外设的汽油机动力可靠点火的转速，则三相电机的驱动交由汽油动力机，逆变状态结束。
Claims (1)
1.一种采用电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路实现的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：根据三相整流桥式电路整流状态下的三相电机三相电压的相序、三相同步触发信号和三相电机三个绕组的相电流信号计算每一个桥臂的起始导通角和开通相位角，以此为依据在单片机内预设初始导通相位和角加速度曲线；
步骤二：根据预设初始导通相位和角加速度曲线，在三相整流桥式电路逆变状态下，通过同步整流驱动电路控制三相整流桥式电路各个功率管的导通，并驱动三相电机旋转工作；
步骤三：通过电机相电流采样电路采集三相电流信号，同时捕捉三相电机三相电压信号；
步骤四：通过三相同步信号生成电路将三相电机的三相电压在全转速范围为内准确产生U相、V相、W相各相的过零同步信号输入单片机内的相序相角识别模块进行识别，然后将该数据输入单片机的计算模块；通过三相电流信号处理电路，将电机相电流采样电路送来的反应电流波形的双极性电压信号转变为单片机能识别的单极性电压信号，输入单片机的计算模块；
步骤五：计算模块计算得到修正三相整流桥式电路的换相时刻，并输入单片机内的桥臂信号生成模块，通过该模块控制同步整流驱动电路发出相应的三相整流桥式电路的控制信号；
步骤六：循环步骤二至步骤五，直至三相电机的转速达到外设的汽油机动力可靠点火的转速，则三相电机的驱动交由汽油动力机，逆变状态结束；
所述电动汽车辅助发电系统三相同步整流电路包括三相整流桥式电路，电机相电流采样电路以及同步整流控制单元；
所述电机相电流采样电路包括三个电流采样电阻，一一对应的连接于三相整流桥式电路的三个下桥臂与地之间,每个电流采样电阻与对应的下桥臂的连接点连出一条电流信号输出线并连接至同步整流控制单元输入端，三条电流信号输出线组成电机相电流采样电路的三相电流信号输出端；
外设的三相电机输出端连接三相整流桥式电路的三相电压输入端，三相电机输出端也连接同步整流控制单元的输入端；
同步整流控制单元的输出端连接三相整流桥式电路中各相桥臂的控制端。
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