CN112693410B - 一种机动车控制器的控制电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机动车控制器的控制电路，包括电路板A板和电路板B板；电路板A板上集成电源输入电路和同步续流电路，同步续流电路包括MCU和与MCU相连的电机驱动电路；电路板B板上集成有与MCU相连的电源转换电路、采样电路、霍尔传感器输入输出电路、助力电路、限速电路、防盗电路、倒车电路、巡航电路、反转信号线电路、硬启动信号线电路、防溜信号线电路、温度检测电路、正弦波方波驱动模式选择电路、正弦波仪表盘电路和高低刹选择电路。
Description
技术领域
本发明属于机动车控制器的技术领域，具体涉及一种机动车控制器的控制电路。
背景技术
随着现在电力电子技术的发展，人们处在一个信息时代；电力电子技术的应用越来越广泛；控制器用于控制电机的驱动，电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，它在速度、位置等控制领域被广泛地应用；但电机必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可正常使用。
控制器的作用是通过控制电机的旋转角度和运转速度，以此来实现对占空比的控制，来达到对电机怠速控制的方式。
但现有的机动车控制器控制功能单一，已经不能满足人们对机动车的多功能的要求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的上述不足，提供一种机动车控制器的控制电路，以解决现有的机动车控制器控制功能单一，已经不能满足人们对机动车的多功能的要求的问题。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种机动车控制器的控制电路，其包括电路板A板和电路板B板；电路板A板上集成电源输入电路和同步续流电路，同步续流电路包括MCU和与MCU相连的电机驱动电路；
电路板B板上集成有与MCU相连的电源转换电路、采样电路、霍尔传感器输入输出电路、助力电路、限速电路、防盗电路、倒车电路、巡航电路、反转信号线电路、硬启动信号线电路、防溜信号线电路、温度检测电路、正弦波方波驱动模式选择电路、正弦波仪表盘电路和高低刹选择电路。
进一步地，同步续流电路和COM端并联设置若干组220uF/100V电解电容和并联设置若干组0.1uF/100V的电解电容。
进一步地，电机驱动电路包括三个电机驱动芯片，三个驱动芯片分别与电机的三相端子U、V和W连接。
进一步地，电机驱动芯片为芯片SDH21263，其内部集成逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、欠压关断电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路。
进一步地，电源转换电路包括U1 SD4931电源芯片和U2 7805稳压芯片，U1 SD4931电源芯片的1引脚和2引脚与7805稳压芯片的IN输入端连接。
进一步地，采样电路包括运算放大器；所述运算放大器的同相输入端与COM和OPA0P连接；COM与运算放大器的同相输入端之间设置R241和R281；运算放大器的反相输入端与OPA0N连接；运算放大器输出端分别与OPA0O和IBUS连接；OPA0P、OPA0N、OPA0O和IBUS分别与MCU SC32F5832LL1G单片机的10、11、12和4引脚连接。
进一步地，霍尔传感器输入输出电路包括与霍尔传感器连接的霍尔信号线；霍尔信号线上设置3.3K电阻和10nF电容，并与MCU SC32F5832LL1G单片机连接。
进一步地，防盗电路包括与MCU SC32F5832LL1G单片机连接的防盗信号线。
进一步地，温度检测电路包括与MCU SC32F5832LL1G单片机连接的温度系数热敏电阻器。
本发明提供的机动车控制器的控制电路，具有以下有益效果：
本发明控制器功能丰富，将电路结构集成于电路板A板和电路板B板上，以MCU为主控，配合模拟、数字、大功率MOSFET驱动等外围电路，实现了最大1500W的功率输出，并具有限速，助力，选压，防盗、三档变速、倒车、巡航、EABS、防溜、软硬启动等功能。
附图说明
图1为同步续流电路。
图2为电源输入电路。
图3为芯片SDH21263内部原理图。
图4、5、6为三相电机驱动电路。
图7为电源转换电路。
图8为采样电路。
图9为电机端子W的驱动电路及康铜丝RM1-RM4采样电路。
图10、11和12分别为电机U、V、W驱动电流采集电路。
图13为输入输出电路。
图14为霍尔电源电路。
图15为助力电路。
图16为限速电路。
图17为防盗电路。
图18为倒车、转把和巡航电路。
图19为高低速功能电路。
图20为反转信号线、硬启动信号线、防溜信号线和选压信号线电路图。
图21为温度检测电路。
图22为正弦波、方波驱动模式选择电路。
图23为正弦波仪表盘电路。
图24为高低刹选择电路。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
根据本申请的一个实施例，参考图1，本方案的机动车控制器的控制电路，包括电路板A板和电路板B板，电路板A板上集成电源输入电路和同步续流电路，同步续流电路包括MCU和与MCU相连的电机驱动电路。
电路板B板上集成有与MCU相连的电源转换电路、采样电路、霍尔传感器输入输出电路、助力电路、限速电路、防盗电路、倒车电路、巡航电路、反转信号线电路、硬启动信号线电路、防溜信号线电路、温度检测电路、正弦波方波驱动模式选择电路、正弦波仪表盘电路和高低刹选择电路。
根据本申请的一个实施例，本发明可适用于多种电动车或者机动车，现以电动三轮车进行举例说明，并对上述各个电路结构进行详细描述：
参考图2，电路板A板上的电源输入电路，输入电源放置3个470uF/120V和1个0.1uF/100V的电解电容用于退耦，消除因为电源线、电路板走线带来的电阻、寄生电感等引起的杂波干扰。
参考图1和图2，在3组大功率MOSFET组成的同步续流电路的输入段和COM端分别放置220uF/100V和0.1uF/100V的电解电容，消除干扰。
参考图1、图3、图4、图5、图6，电机驱动电路和与电机驱动电力连接的MCU，MCU和电机驱动电路配合实现控制电机三项转子的旋转顺序。
电机驱动电路输入端与MCU电连接，电机驱动电路输出端与电机三项转子相连；电机驱动电路包括三个电机驱动芯片，三个驱动芯片分别与电机的三相端子U、V和W连接。
电机驱动芯片为芯片SDH21263，芯片SDH21263内部集成逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、欠压关断电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路。
MCU为SC32F5832LL1G单片机，SC32F5832LL1G单片机的PWM0B引脚、PWM0A引脚分别与第一个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通；SC32F5832LL1G单片机的PWM1B引脚、PWM1A引脚分别与第二个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通；SC32F5832LL1G单片机的PWM2B引脚、PWM2A引脚分别与第三个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通。
其工作原理为：
以第三个芯片SDH21263的驱动电路，即以A桥相为例，第三个芯片SDH21263的VCC引脚与15V电源和D411连接；D411分别与VB引脚、C421和E421连接。
当电机未工作时+15V通过D411、R461给E421充电，当HIN为高电平时，E421放电，使上桥MOSFET栅极电压高于源极电压10V以上，完全导通MOSFET。
当HIN一直为高电平，电容E421和MOSFET本身GS间电容充饱电后，E421上存储的电荷主要通过SDH21263内部A PMOS、R461进行放电。当HIN为低电平时，内部A PMOS关闭，BNMOS管打开，HO与VS导通，C411积累的电荷通过R461放电，上桥关闭。
当LIN为高电平时，内部C PMOS关闭，D NMOS打开，LO与GND导通，下桥MOSFET关闭。当LIN为低电平时，内部C PMOS导通，D NMOS关闭，LO与VCC导通，下桥MOSFET栅极为高电平，于是导通。
电路板B板，参考图7，电源转换电路，包括芯片U1和与芯片U1连接的芯片U2，芯片U1为SD4931电源芯片，芯片U2为7805稳压芯片。
SD4931是用于开关电源的内置100V高压MOSFET的电流模式PWM控制器。SD4931内置高压启动电路。在轻载下会进入打嗝模式，从而有效地降低系统的待机功耗。具有降频功能，进一步优化轻载条件下的转换效率。具有软启动功能，能够减小器件的应力，防止变压器饱和。有VDD打嗝功能，不仅防止VDD欠压重启，也有效地降低待机功耗。SD4931内部还集成了各种异常状态的保护功能，包括：VDD欠压保护，VDD过压保护，前沿消隐，输出短路保护，过流保护，过温保护等。触发保护后，电路会不断自动重启，直到系统正常为止。
其中，SD4931电源芯片的5引脚依次与KEY2、D1和KEY1连接，SD4931电源芯片的5、6、7和8引脚均与电容C04连接并接地。
KEY1与R01相连，R01与R03和R02并联连接；R02与C01连接，R03和C01通过VDC与SC32F5832LL1G单片机的15引脚相连
工作原理为：
将电门锁电压通过SD4931电源芯片转换为15V电压，用于图2同步续流电路MOSFET的开通。SD4931电源芯片输入电压可以到100V，输出12-15V电压，1A电流可满足60/72V的应用。
SD4931电源芯片输出后端通过一个7805稳压芯片把15V降压至5V，在7805输出端加一个10uF电容C09 106P，和一个100nF电容C03 104P滤波，因为MCU的所有AD转换都是以5V电压为基准，用于将电压稳定在4.9V-5.1V之间。
参考图8，采样电路包括运算放大器；运算放大器的同相输入端与COM和OPA0P连接；COM与运算放大器的同相输入端之间设置R241和R281；运算放大器的反相输入端与OPA0N连接；运算放大器输出端分别与OPA0O和IBUS连接；OPA0P、OPA0N、OPA0O和IBUS分别与SC32F5832LL1G单片机的10、11、12和4引脚连接。
参考图10，SC32F5832LL1G单片机的39引脚和40引脚分别与电机三相转子中的端子U和COM连接。
图10中的电路的工作原理为：
当U相下桥导通时，采样电路采集到下桥MOS管两端电压Vu，经过外部偏置电路后输入到SC32F5832LL1G单片机内部运算放大器，R282＝15K配合内部放大器将Vu放大两倍，经过运算得到此时的相电流(相电流＝Vu/Rmos)。其中R291、R292、D201、R282组成的偏置电路使运放输出电位能在负电源(-2.5V)到正电源(+2.5V)的整个区间变化。
参考图11，SC32F5832LL1G单片机的18引脚和17引脚分别与电机三相转子中的端子V和COM连接。
其工作原理为：
当V相下桥导通时，采样电路采集到下桥MOS管两端电压Vv，经过外部偏置电路后输入到SC32F5832LL1G单片机内部运算放大器，R283＝15K配合内部放大器将Vv放大两倍，经过运算得到此时的相电流(相电流＝Vv/Rmos)。其中R293、R294、D202、R283组成的偏置电路使运放输出电位能在负电源(-2.5V)到正电源(+2.5V)的整个区间变化。
参考图12，SC32F5832LL1G单片机的13引脚和14引脚分别与电机三相转子中的端子W和COM连接。
其工作原理为：
当W相下桥导通时，采样电路采集到下桥MOS管两端电压Vw，经过外部偏置电路后输入到SC32F5832LL1G单片机内部运算放大器，R284＝15K配合内部放大器将Vw放大两倍，经过运算得到此时的相电流(相电流＝Vw/Rmos)。其中R295、R296、D203、R284组成的偏置电路使运放输出电位能在负电源(-2.5V)到正电源(+2.5V)的整个区间变化。
参考图9，电机三相转子中的端子W的驱动电路上设置用于采样电流的RM1、RM2、RM3和RM4。
其工作原理为：
电机工作时，工作电流由VCC经过上桥MOS管、下桥MOS管，然后RM1-RM4采样电阻到GND。所以工作电流＝Vcom/Rrm，其中Rrm由RM1-RM4并联得到，RM1-RM4数量可根据工作电流进行调整。因为Vcom很小，所以需要对其放大后进行运算。Vcom经过外部偏置电路后输入到SC32F5832LL1G单片机内部运算放大器，R271＝120K配合内部放大器将Vcom放大8倍，经过MCU运算得出此时的工作电流。其中R251、R261、R271组成的偏置电路使运放输出电位能在负电源(-1.16V)到正电源(+1.16V)的整个区间变化。
参考图8和图9，本方案的工作原理为：
图8中电路是一个放大电路，采用的是MCU内部的运算放大器，将图9中的康铜丝RM1-RM4采样过来的电流信号输入SC32F5832LL1G单片机放大10倍输出经过R272，C211组成的低通放大器，最后再次输入SC32F5832LL1G单片机，完成对电机驱动电流的检测。
参考图13和图14，霍尔传感器输入输出电路，电机转子位置传感器部分电路，连接电机内部霍尔传感器，该传感器是开路输出，所以传感器信号需要上拉至5V，为了保证信号的准确性，对霍尔传感器输出的信号加3.3K电阻和10nF电容进行滤波抗干扰。在5V供电处加二极管以防止电机相线与霍尔信号线短路后高压反串损坏主板其他器件。
参考图15，助力电路，以电动三轮车为例，当骑行者使用脚蹬时，电动车内的齿轮传感器会发出一个脉冲信号，单片机根据该信号对电机输出1:1的助力电流，使骑行者更轻松往前奏。
参考图16，限速电路，当短接到GND时，单片机接收中断，限制驱动电流，达到限速目的。
参考图17，防盗电路，由防盗信号线、连接任意电机的一根线、电源器电源线、控制器锁线组成。
当电动车使用钥匙关闭后，防盗信号线和地线短接，单片机检测到低电平后，启动锁电机程序，锁死电机。
参考图18，倒车和转把，单片机检测到低电平时，令电机反转，实现倒车功能。
转把调速电路，拧转把时，随着转把磁力变化，转把信号线的电压从零电压慢慢上升，单片机根据这个电压调整电机的旋转频率，即电动车的快慢。
参考图19，巡航，当电动车达到一定速度后，按下巡航键并松开转把，单片机检测到信号，控制电动车以按下巡航键时的速度继续前行，直到再次按下巡航键或转动转把，结束巡航。可以避免一直转动把手，造成手部疲劳。
高低速电路，单片机根据信号线检测的高低电平控制电机旋转的速度。
参考图20，反转信号线：当单片机检测到反转信号线为低电平时，软件设定电机转子反向旋转。此功能可以根据电机的摆放方向决定是否短接。
硬启动信号线：当信号为低电平时，电动车的启动加速度是线性的。当为高电平时，可修改启动速度曲线，优化启动体验感。
防溜信号线：单片机根据防溜接线处检测到的电平高低确定是否开启防溜功能，开启后，在电动车第一次上电后，通过电机控制系统驱动电机转起来，以此判断电机的正、反向绕组，并记忆在单片机中。但车子处于溜坡状态时，控制系统根据记忆的电机绕组方向和电机霍尔变化顺序来判断电机的转向，并开启防溜坡功能，打开三项驱动的下桥，使车子产生一个很大的阻力，阻止车子溜坡。
选压信号线：单片机根据选压接线处检测到的电平高低确定电瓶电压是60V还是72V。
参考图21，温度检测电路，通过负温度系数热敏电阻器，温度越高，电阻值越低，单片机检测的电压越小，来判断主板温度，当温度过高时，停止驱动电机工作。
参考图22，正弦波、方波驱动模式选择电路，通过外围短接，单片机接收高低电平，确定PWM驱动模式。
参考图23，正弦波仪表盘电路：单片机根据当前速度输出PWM信号控制Q111的导通和关断。当YB为高电平时，Q111导通时，Q102基极为低电平，Q102、Q101导通，XR输出KEY1电压；当YB为低电平时，Q111关断，Q102基极为高电平，Q102关断，XR输出0V电压。通过控制PWM的占空比使XR输出不同大小的电压，从而使仪表板显示不同的速度大小。XR电压＝KEY1*PWM占空比。当YB为高时，Q103关断，C114通过KEY1，R192，D106，R191充电，当YB为低时，Q103导通，C114通过Q103，R192快速放电。这样就保证了整个电路能快速的导通和关闭。
参考图24，高低刹选择电路，电动车选择低刹部件，刹车时，BKL为低电平，ABS信号被拉低，单片机接收信号，控制三相驱动电流，降低行驶速度。其中，二极管D105防止刹车时，刹车灯供电方向进入控制器内部电路，造成损坏。电动车选择高刹部件，刹车时，BKH为高电平，三极管Q20导通，拉低ABS信号，单片机接收信号，控制三相驱动电流，降低行驶速度。
本发明控制器功能丰富，将电路结构集成于电路板A板和电路板B板上，以MCU为主控，配合模拟、数字、大功率MOSFET驱动等外围电路，实现了最大1500W的功率输出，并具有限速，助力，选压，防盗、三档变速、倒车、巡航、EABS、防溜、软硬启动等功能。
虽然结合附图对发明的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可做出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。
Claims (1)
1.一种机动车控制器的控制电路，其特征在于：包括电路板A板和电路板B板；所述电路板A板上集成电源输入电路和同步续流电路，同步续流电路包括MCU和与MCU相连的电机驱动电路；
所述电路板B板上集成有与MCU相连的电源转换电路、采样电路、霍尔传感器输入输出电路、助力电路、限速电路、防盗电路、倒车电路、巡航电路、反转信号线电路、硬启动信号线电路、防溜信号线电路、温度检测电路、正弦波方波驱动模式选择电路、正弦波仪表盘电路和高低刹选择电路；
所述同步续流电路和COM端并联设置若干组220uF/100V电解电容和并联设置若干组0.1uF/100V的电解电容；
所述电机驱动电路包括三个电机驱动芯片，三个驱动芯片分别与电机的三相端子U、V和W连接；
所述电机驱动芯片为芯片SDH21263，其内部集成逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、欠压关断电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路；
所述电源转换电路包括U1 SD4931电源芯片和U2 7805稳压芯片，U1 SD4931电源芯片的1引脚和2引脚与7805稳压芯片的IN输入端连接；
所述采样电路包括运算放大器；所述运算放大器的同相输入端与COM和OPA0P连接；所述COM与运算放大器的同相输入端之间设置R241和R281；所述运算放大器的反相输入端与OPA0N连接；所述运算放大器输出端分别与OPA0O和IBUS连接；所述OPA0P、OPA0N、OPA0O和IBUS分别与MCU SC32F5832LL1G单片机的10、11、12和4引脚连接；
所述霍尔传感器输入输出电路包括与霍尔传感器连接的霍尔信号线；所述霍尔信号线上设置3.3K电阻和10nF电容，并与MCU SC32F5832LL1G单片机连接；
所述防盗电路包括与MCU SC32F5832LL1G单片机连接的防盗信号线；
所述温度检测电路包括与MCU SC32F5832LL1G单片机连接的温度系数热敏电阻器；
电机驱动芯片为芯片SDH21263，芯片SDH21263内部集成逻辑信号输入处理电路、死区时控制电路、欠压关断电路、闭锁电路、电平位移电路、脉冲滤波电路及输出驱动电路；
MCU为SC32F5832LL1G单片机，SC32F5832LL1G单片机的PWM0B引脚、PWM0A引脚分别与第一个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通；SC32F5832LL1G单片机的PWM1B引脚、PWM1 A引脚分别与第二个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通；SC32F5832LL1G单片机的PWM2B引脚、PWM2A引脚分别与第三个芯片SDH21263的LIN引脚、HIN引脚连通；
其工作原理为：
以第三个芯片SDH21263的驱动电路，第三个芯片SDH21263的VCC引脚与15V电源和D411连接；D411分别与VB引脚、C421和E421连接；
当电机未工作时+15V通过D411、R461给E421充电，当HIN为高电平时，E421放电，使上桥MOSFET栅极电压高于源极电压10V以上，完全导通MOSFET；
当HIN一直为高电平，电容E421和MOSFET本身GS间电容充饱电后，E421上存储的电荷主要通过SDH21263内部A PMOS、R461进行放电；当HIN为低电平时，内部A PMOS关闭，B NMOS管打开，HO与VS导通，C411积累的电荷通过R461放电，上桥关闭；
当LIN为高电平时，内部C PMOS关闭，D NMOS打开，LO与GND导通，下桥MOSFET关闭；当LIN为低电平时，内部C PMOS导通，D NMOS关闭，LO与VCC导通，下桥MOSFET栅极为高电平，于是导通。
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Denomination of invention: A Control Circuit for a Motor Vehicle Controller Effective date of registration: 20231201 Granted publication date: 20230704 Pledgee: China Construction Bank Corporation Shuangliu Branch Pledgor: CHENGDU JINHUANKE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980068707 |