CN110275474A - 一种高性能电动车电机控制器系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高性能电动车电机控制器系统,包括控制器本体、电池组以及永磁同步电机,其特征在于,所述控制器本体包括单片机、电流采样电路、过流保护电路、温度保护电路、刹车电路以及转把电路,所述电池组上设置有电源电路、驱动电路以及欠/过压保护电路。本发明为了解决功率小的问题,采用了大功率MOS管作为驱动电路的功率器,使其能够达到转速快、功率大、扭矩输出大的特点。

Description

一种高性能电动车电机控制器系统
技术领域
本发明涉及电机控制系统技术领域,具体涉及一种高性能电动车电机控制器系统。
背景技术
电动车电机控制器是一种适用于电动两轮车或电动三轮车永磁无刷直流电机的驱动装置,它与驱动电机、蓄电池合称为电动车驱动系统,是电动车的核心部件。电动车控制器是电动车的大脑,用来控制电动车电机的启动、运行、进退、速度、停止,电动车控制器性能的好坏直接影响用户的使用舒适度,电动车运行的快慢,电机输出扭矩的大小。
目前电动车控制器由于成本原因,功率小、稳定性差、电机转速慢、扭矩输出较小、控制器和电机保护功能不到位,在安全上存在隐患,体验感稍差,并且不符合国家电动车行业标准。
发明内容
针对上述存在的技术不足,本发明的目的是提供一种高性能电动车电机控制器系统,提高控制器的性能。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种高性能电动车电机控制器系统,包括控制器本体、电池组以及永磁同步电机,其特征在于,所述控制器本体包括单片机、电流采样电路、过流保护电路、温度保护电路、刹车电路以及转把电路,所述电池组上设置有电源电路、驱动电路以及欠/过压保护电路;
所述电源电路用于提供弱电电源;
所述单片机与驱动电路相连,并用于驱动永磁同步电机;
所述电流采样电路与单片机相连,用于采样相电流的正负电流幅值;
所述过流保护电路与单片机连接用于测量电源母线电流的大小;
所述温度保护电路与连接用于采集永磁同步电机和驱动电路的温度;
所述欠/过压保护电路与电池组相连并向单片机输入电压;
所述转把电路与单片机相连用于检测转把的转动角度;
所述刹车电路与单片机相连用于实现高电压刹车或低电压刹车。
优选地,所述电源电路具有三路输出,三路输出电压分别为+15V、+5V、+3.3V;所述电源电路经过电动车电源专用芯片将电池组的电压转换成+15V电压,然后通过LM78L05与FH117S33分别转换成+5V和+3.3V电压。
优选地,所述温度保护电路与永磁同步电机的温度传感器和驱动电路的温度传感器连接,并将测量的温度信号送入单片机。
优选地,所述欠/过压保护电路通过电阻分压的方式测量电池组的电压大小,然后送入单片机,电池组电压低于或高于设定的阀值将使永磁同步电机断电停止输出。
优选地,所述转把电路将输出电压送入单片机的AD端口检测,以此辨别转把转动角度的大小从而控制电机的输出转速的大小;所述转把电路还通过PNP三极管构成转把连接检测电路,当转把接线正常时,网络点HCHK输出为低电平,当转把正负极接反时网络点HCHK为高电平。
优选地,所述电流采样电路通过MOS管的自身导通内阻作为电机相电流采样电阻,将采样结果送入单片机。
优选地,所述过流保护电路通过康铜丝作为电流采样电阻来测量电源母线电流的大小,当电流过大超过设定的阀值,与单片机连接的端口将电压跳变,从而使永磁同步电机断电停止输出。
优选地,所述驱动电路为MOS管驱动电路和MOS管构成的三相H桥电路,MOS管驱动电路连接单片机,根据单片机的PWM信号驱动MOS管;三相H桥电路与永磁同步电机的三相线连接,并以此驱动永磁同步电机旋转;所述控制器本体还包括霍尔信号处理电路,用于处理测量霍尔传感器的输出信号。
本发明的有益效果在于:本发明为了解决功率小的问题,采用了大功率MOS管作为驱动电路的功率器,使其能够达到转速快、功率大、扭矩输出大的特点;驱动电路上下桥臂使用3个MOS管并联的方法增加过流能力,MOS管驱动采用自举电路进行电源隔离防止MOS管误导通,从而避免MOS管击穿烧毁。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种高性能电动车电机控制器系统的系统框图;
图2为电源电路的结构图;
图3为温度保护电路的结构图;
图4为欠/过压保护电路的结构图;
图5为电流采样电路的结构图;
图6为转把电路的结构图;
图7为过流保护电路的结构图;
图8为刹车电路的结构图;
图9为霍尔信号处理电路的结构图;
图10为驱动电路的结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示,本发明提供了一种高性能电动车电机控制器系统,包括控制器本体、电池组以及永磁同步电机,其特征在于,所述控制器本体包括单片机、电流采样电路、过流保护电路、温度保护电路、刹车电路以及转把电路,所述电池组上设置有电源电路、驱动电路以及欠/过压保护电路;
其中所述电源电路用于提供弱电电源;
所述单片机与驱动电路相连,并用于驱动永磁同步电机;
所述电流采样电路与单片机相连,用于采样相电流的正负电流幅值;
所述过流保护电路与单片机连接用于测量电源母线电流的大小;
所述温度保护电路与连接用于采集永磁同步电机和驱动电路的温度;
所述欠/过压保护电路与电池组相连并向单片机输入电压;
所述转把电路与单片机相连用于检测转把的转动角度;
所述刹车电路与单片机相连用于实现高电压刹车或低电压刹车。
如图2所示,电动车上电池组通过电源电路和驱动电路对单片机和永磁同步电机等进行供电,电源电路把电池组高电压转换低电压,即电源电路具有三路输出,三路输出电压分别为+15V、+5V、+3.3V;所述电源电路经过电动车电源专用芯片(例如U3012)将电池组的电压转换成+15V电压,然后通过LM78L05与FH117S33分别转换成+5V和+3.3V电压;
进一步的,如图10所示,驱动电路是由MOS管驱动电路和MOS构成的三相H桥电路组成,MOS管驱动电路连接单片机,根据单片机的PWM信号驱动MOS管通断;三相H桥电路与电机的三相线连接,并以此驱动电机旋转,如图10所示,二极管AD1、电阻AR3、铝电解电容AE1构成驱动MOS管电路所需的自举电路,FD2203为驱动MOS管所需的专用芯片,它的左端连接单片机的PWM端口,通过单片机所给的PWM信号驱动MOS导通或者关断;如图9所示,控制器本体还包括霍尔信号处理电路,用于处理测量霍尔传感器的输出信号,永磁同步电机的内部设有霍尔传感器,其输出信号掺杂着一些杂波,通过二极管以及RC滤波电路滤除这些杂波,以使单片机正确地检测出霍尔传感器输出的信号,从而使单片机准确测量出电机转子的初始位置;
温度保护电路与永磁同步电机的温度传感器和驱动电路的温度传感器连接,并将测量的温度信号送入单片机,两个温度传感器信号任意一路输出信号过大,则限制控制器本体的输出功率;如图3所示,所述温度保护电路由电源电路的输出+3.3V进行供电并连接一上拉电阻R47,同时还连接一基准阻值为2K的热敏电阻,并与上拉电阻R47构成分压电路,当温度变化时热敏电阻阻值变化,分压大小变化以此来检测温度大小;当电机正常运行时,当控制器和电机的温度超过设定的一定温度时或者下述的相线电流、母线电流达到一定值时,单片机PWM输出的占空比降低,以此控制相线电流、母线电流、控制器本体、电机的温度不能超过一定范围。
如图4所示,欠/过压保护电路通过电阻分压的方式测量电池组的电压大小,然后送入单片机,电池组电压低于或高于设定的阀值都会使永磁同步电机断电停止输出。如图4所示,电池电压经过R49与R51分压输出为小于3.3V的电压值送入单片机的AD采样端口,便可测量出电池电压的大小;当电池组电压过低时,说明电池组电量不足,从而不能使电机旋转;当电池组电压过高时,说明电池组匹配错误,从而不能使电机旋转。
如图6所示,转把电路将输出电压送入单片机的AD端口检测,以此辨别转把转动角度的大小从而控制电机的输出转速的大小,即转把旋转角度越大,输出电压越大,以此控制电机的转速和功率;所述转把电路还通过PNP三极管构成转把连接检测电路,当转把接线正常时,网络点HCHK输出为低电平,当转把正负极接反时网络点HCHK为高电平,从而可判断转把接线是否正确;当控制器本体与电机连接正常时,旋转转把,单片机通过转把电路获得转把输出电压的大小,并以此设定电机的转速,单片机会给驱动电路发送一定占空比的PWM信号驱动三相H桥电路,从而使电机旋转。
如图5所示,电流采样电路通过MOS管的自身导通内阻作为电机相电流采样电阻,将采样结果送入单片机;网络点AREF为1.65基准电压输入,以使运算放大器输出为1.65V时对应相电流的0点,从而可以方便检测相电流正、负电流幅值;以U相电流采样电路为例,端口UD连接MOS管的漏极,AGND连接MOS管的源极,根据MOS管的参数已知MOS管的导通内阻,检测MOS管漏、源两极之间的电压便知U相电流的大小。运算放大器TVS912起放大作用,把采集到的MOS管两端电压信号放大两倍送入单片机AD端口检测电压的大小。
如图7所示,过流保护电路通过康铜丝作为电流采样电阻来测量电源母线电流的大小,如果电流过大超过设定的阀值(110A),与单片机连接的端口将电压跳变,从而使永磁同步电机断电停止输出;如图7所示,R172与R173构成分压电路作为过流保护的阀值,运算放大器TVS912作比较器使用,当康铜丝两端电压大于过流保护的阀值输出端口发生电压跳变;当过流保护电路输出电路有电压跳变时,单片机停止驱动电路的输出,以此保护电机和控制器本体,检测控制器本体与电机无问题后,断电重启后方可驱动电机运行。
如图8所示,刹车电路可实现高电压刹车与低电压刹车的功能;如图8所示,当低电压刹车端口与地连接时,网络点REVERSED由高电平变为低电平;或者高电压刹车端口连接大于9V的电压时,NPN三极管Q13导通网络点REVERSED由高电平变为低电平,单片机检测到电压变化控制电机的输出从而达到刹车功能;当单片机检测到刹车电路输出电压变为低电平时,单片机停止驱动电路的输出,以使电机停止运转。
本发明为了解决功率小的问题,采用了大功率MOS管作为驱动电路的功率器,使其能够达到转速快、功率大、扭矩输出大的特点,同时对控制器和电机进行温度保护、过流保护、欠压保护、过压保护等,解决了控制器和电机保护功能不到位以至于控制器或电机烧毁的问题。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种高性能电动车电机控制器系统,包括控制器本体、电池组以及永磁同步电机,其特征在于,所述控制器本体包括单片机、电流采样电路、过流保护电路、温度保护电路、刹车电路以及转把电路,所述电池组上设置有电源电路、驱动电路以及欠/过压保护电路;
所述电源电路用于提供弱电电源;
所述单片机与驱动电路相连,并用于驱动永磁同步电机;
所述电流采样电路与单片机相连,用于采样相电流的正负电流幅值;
所述过流保护电路与单片机连接用于测量电源母线电流的大小;
所述温度保护电路与连接用于采集永磁同步电机和驱动电路的温度;
所述欠/过压保护电路与电池组相连并向单片机输入电压;
所述转把电路与单片机相连用于检测转把的转动角度;
所述刹车电路与单片机相连用于实现高电压刹车或低电压刹车。
2.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述电源电路具有三路输出,三路输出电压分别为+15V、+5V、+3.3V;所述电源电路经过电动车电源专用芯片将电池组的电压转换成+15V电压,然后通过LM78L05与FH117S33分别转换成+5V和+3.3V电压。
3.如权利要求2所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述温度保护电路与永磁同步电机的温度传感器和驱动电路的温度传感器连接,并将测量的温度信号送入单片机。
4.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述欠/过压保护电路通过电阻分压的方式测量电池组的电压大小,然后送入单片机,电池组电压低于或高于设定的阀值将使永磁同步电机断电停止输出。
5.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述转把电路将输出电压送入单片机的AD端口检测,以此辨别转把转动角度的大小从而控制电机的输出转速的大小;所述转把电路还通过PNP三极管构成转把连接检测电路,当转把接线正常时,网络点HCHK输出为低电平,当转把正负极接反时网络点HCHK为高电平。
6.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述电流采样电路通过MOS管的自身导通内阻作为电机相电流采样电阻,将采样结果送入单片机。
7.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述过流保护电路通过康铜丝作为电流采样电阻来测量电源母线电流的大小,当电流过大超过设定的阀值,与单片机连接的端口将电压跳变,从而使永磁同步电机断电停止输出。
8.如权利要求1所述的一种高性能电动车电机控制器系统,其特征在于,所述驱动电路为MOS管驱动电路和MOS管构成的三相H桥电路,MOS管驱动电路连接单片机,根据单片机的PWM信号驱动MOS管;三相H桥电路与永磁同步电机的三相线连接,并以此驱动永磁同步电机旋转;所述控制器本体还包括霍尔信号处理电路,用于处理测量霍尔传感器的输出信号。
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