CN108282115A - 一种基于tl494芯片的电动汽车电机控制器 - Google Patents

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徐斌
马俊鹏
周亮
徐志强
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Abstract

本发明公开了一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，包含电动汽车直流电机，以及在所述电动汽车直流电机上设有电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器和电动汽车电源模块，所述电动汽车电源模块包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器电路，反电势过零检测电路包含微控制器模块、延时电路模块、中点电压估算模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块；所述中点电压估算模块连接在微控制器模块和过零检测模块之间实现对控制对象转速的精密调节，不存在死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。

Description

一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器
技术领域
本发明属于电机控制领域，尤其涉及一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器。
背景技术
随着环境污染和能源危机的双重压力加大，人们对电动车的需求逐步提高。电动车通常包含四大部分：控制系统、电机及其驱动系统、电池和车体。其中，电机及其驱动系统直接决定了电动车的整体特性。相比其他电机，无刷直流电机凭借在能量密度、效率等方面的明显优势，逐渐成为电动车领域的主要选择。而无位置传感器的无刷直流电机，更是避免了位置传感器的安装，简化了结构，节约了成本，提高了电机的可靠性。所以，无位置传感器技术逐渐成为电动车电机驱动领域中的研究热点。
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。 无刷电机是指无电刷和换向器的电机，又称无换向器电机。早在上世纪诞生电机的时候，产生的实用性电机就是无刷形式，即交流鼠笼式异步电动机，这种电动机得到了广泛的应用。但是，异步电动机有许多无法克服的缺陷，以致电机技术发展缓慢。本世纪中叶诞生了晶体管，因而采用晶体管换向电路代替电刷与换向器的直流无刷电机就应运而生了。这种新型无刷电机称为电子换向式直流电机，它克服了第一代无刷电机的缺陷。
反电动势过零检测法是当前最成熟、应用最广泛的一种转子位置信号检测方法。但其有一些不可避免的缺点，如低速换相不准确、无法自启动等。为了克服这些缺点，本文提出了一种新型的无位置传感器无刷直流电机控制系统。它利用FPGA作为主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节。总之，系统具有集成度高、调速精度好的特点，不存在程序跑飞和死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其利用TL494系列单片机作为主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节，不存在死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，包含电动汽车直流电机，以及在所述电动汽车直流电机上设有电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器和电动汽车电源模块，所述电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器依次连接，所述电动汽车电源模块分别与电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器连接，用于提供所需电能；
其中，所述电动汽车电源模块包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器电路，所述车载电瓶依次经过电压转换电路与带通滤波器电路连接；所述带通滤波器电路包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
作为本发明一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器的进一步优选方案，所述反电势过零检测电路包含微控制器模块、延时电路模块、中点电压估算模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块；所述微控制器模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块依次连接，所述延时电路模块分别与微控制器模块和换相控制模块连接，所述中点电压估算模块连接在微控制器模块和过零检测模块之间。
作为本发明一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器的进一步优选方案，所述微控制器模块的芯片型号为TL494。
作为本发明一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器的进一步优选方案，所述电机转速检测模块的芯片型号为A3144。
作为本发明一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器的进一步优选方案，所述A/D转换模块的芯片型号为TMS320LF240。
作为本发明一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器的进一步优选方案，所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述稳压电路分别与限幅泄流电路、稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流；所述稳压电路用于进行稳压处理。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
1、本发明具有集成度高、调速精度好，本发明的供电模块电路结构简单，器件数量较少，元器件具备高温作业环境要求，体积紧凑，整体散热量较小，适合安装在井下设备细长、封闭的内部空间，实现对高温环境下宽电压、宽频率信号进行调节、限制及保护；
2、本发明利用TL494系列单片机作为主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节，不存在死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明带通滤波器电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
如图1所示，一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，包含电动汽车直流电机，以及在所述电动汽车直流电机上设有电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器和电动汽车电源模块，所述电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器依次连接，所述电动汽车电源模块分别与电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器连接，用于提供所需电能；
其中，所述电动汽车电源模块包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器电路，所述车载电瓶依次经过电压转换电路与带通滤波器电路连接；如图2所示，所述带通滤波器电路包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
所述反电势过零检测电路包含微控制器模块、延时电路模块、中点电压估算模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块；所述微控制器模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块依次连接，所述延时电路模块分别与微控制器模块和换相控制模块连接，所述中点电压估算模块连接在微控制器模块和过零检测模块之间。
电机的非导通相端电压由AVR控制电路根据当前的换相控制信号选出，与中点电压估算电路模块计算出虚拟中点电压相减，得到非导通相反电势。利用过零检测模块计算出非导通相反电势过零信号，经过FIPS移相模块逻辑获得滞后过零信号相位角的换相信号，最终生成换相控制信号。为了避免换相过程中由端电压剧烈变化所造成的过零信号误检测，模块还设计了一个延迟电路模块，使得在换相后的一段时间里停止估算反电势。
本发明具有集成度高、调速精度好；利用TL494芯片单片机作为主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节，不存在死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
反电势过零检测电路能够借助反电势计算模型，估测出转子位置信号，从而控制逆变器换相，使得供电频率与转子转速同步。转速调节器和电流调节器组成了转速、电流双环控制器，调整逆变器输出电压的占空比，从而改变加在无刷直流电机定子上的电压，使得电机以最优的轨迹无静差地跟随转速给定。
本发明具有集成度高、调速精度好，本发明的供电模块电路结构简单，器件数量较少，元器件具备高温作业环境要求，体积紧凑，整体散热量较小，适合安装在井下设备细长、封闭的内部空间，实现对高温环境下宽电压、宽频率信号进行调节、限制及保护；
本发明利用TL494系列单片机作为主控芯片，对反电势过零检测算法进行改进，完成在全速范围内对逆变器换相时刻的准确计算；同时还集成了电压、电流双闭环调节器和PWM调制器，实现对控制对象转速的精密调节，不存在死机的问题，满足了电动车对电机控制器稳定运行的要求。
所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述稳压电路分别与限幅泄流电路、稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流；所述稳压电路用于进行稳压处理。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以再不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：包含电动汽车直流电机，以及在所述电动汽车直流电机上设有电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器和电动汽车电源模块，所述电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器依次连接，所述电动汽车电源模块分别与电机转速检测模块、A/D转换模块、整流稳压电路、反电势过零检测电路、PWM调节器连接，用于提供所需电能；
其中，所述电动汽车电源模块包含车载电瓶、电压转换电路、带通滤波器电路，所述车载电瓶依次经过电压转换电路与带通滤波器电路连接；所述带通滤波器电路包含T型高通滤波器，以及与该T型高通滤波器串联的发夹线共振腔；所述T型高通滤波器包括第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第一电感，所述第一电容、第二电容、第三电容依次串联，所述第一电感的一端连接在第一电容和第二电容之间，所述第一电感的另一端接地；所述第四电容的一端连接在第二电容和第三电容之间，所述第四电容的另一端通过第二电感接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：所述反电势过零检测电路包含微控制器模块、延时电路模块、中点电压估算模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块；所述微控制器模块、过零检测模块、FIPS移相模块、换相控制模块依次连接，所述延时电路模块分别与微控制器模块和换相控制模块连接，所述中点电压估算模块连接在微控制器模块和过零检测模块之间。
3.根据权利要求1所述的一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：所述微控制器模块的芯片型号为TL494。
4.根据权利要求1所述的一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：所述电机转速检测模块的芯片型号为A3144。
5.根据权利要求1所述的一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：所述A/D转换模块的芯片型号为TMS320LF240。
6.根据权利要求1所述的一种基于TL494芯片的电动汽车电机控制器，其特征在于：所述整流稳压电路包含耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路、稳压电路；所述耦合电路、限幅检测电路、限幅泄流电路依次连接，所述稳压电路分别与限幅泄流电路、稳压电路连接，所述耦合电路用于将输入信号耦合到射频识别模块上；所述限幅检测电路用于检测整流后的电压幅度；所述限幅泄流电路用于泄放多余的电流；所述稳压电路用于进行稳压处理。
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