CN114619891A - 一种新能源车辆电机工作控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新能源车辆电机工作控制电路，涉及电机控制技术领域，包括整流滤波模块，制动保护模块，开关控制模块，电机逆变控制模块，备用逆变控制模块，采样模块，电机状态检测模块，主控制模块；所述整流滤波模块用于处理输入电压，制动保护模块用于控制制动电阻，开关控制模块用于逆变器，电机逆变控制模块和备用逆变控制模块用于纪行逆变处理，采样模块用于检测电压电流信号，电机状态检测模块用于检测电机转速，主控制模块用于接收信号，控制和保护电机工作。本发明新能源车辆电机工作控制电路具有高精度电压电流采样功能，具有制动电阻，帮助消耗电机快速停车时产生的再生电能，采用双逆变器的方式控制电机，保障电机的安全工作。

Description

一种新能源车辆电机工作控制电路

技术领域

本发明涉及电机控制技术领域，具体是一种新能源车辆电机工作控制电路。

背景技术

当前，在能源和环保的双重影响下，新能源车辆无疑将成为未来汽车的发展方向，电机、驱动器和电机控制器作为新能源车辆的主要部件，在新能源车辆系统中起到非常重要的作用，高效、低成本和安全地控制新能源车辆电机工作有着重要的意义；目前，传统的新能源车辆电机控制通常采用电压源型逆变器的方式进行逆变，需加入DC-DC变换电路导致逆变器结构质量增加，并且在电机上通过霍尔元件对电机电流检测，同样徒增控制系统的体积，而且当电机控制器检测到驱动器异常时会控制电机停工，这可能导致新能源车辆停在危险的不允许停车的位置上，给用户带来生命安全。

发明内容

本发明实施例提供一种新能源车辆电机工作控制电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

依据本发明实施例中，提供一种新能源车辆电机工作控制电路，该新能源车辆电机工作控制电路包括：整流滤波模块，制动保护模块，开关控制模块，电机逆变控制模块，备用逆变控制模块，采样模块，电机状态检测模块，主控制模块；

所述整流滤波模块，用于将输入的交流电进行整流滤波处理输出直流电压；

所述制动保护模块，用于控制制动电阻与电机接通；

所述开关控制模块，连接整流滤波模块的输出端，用于控制所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块进行交替工作；

所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块，连接所述开关切换控制模块的输出端，均用于将输入的电压进行逆变和变压处理；

所述采样模块，连接所述电机逆变控制模块的地端，用于检测电机逆变控制模块的相电流，连接所述整流滤波模块的输出端，用于检测整流滤波模块输出的电压，用于输出检测的电压电流信号；

所述电机状态检测模块，用于检测电机的转动速度和转子位置并输出速度信号和位置信号；

所述主控制模块，连接所述采样模块和电机状态检测模块的输出端，用于接收所述采样模块输出的电压电流信号和电机状态检测模块输出的速度信号与位置信号，用于通过内部软件系统对接收的信号进行分析和处理，连接所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块和开关控制模块的控制端，用于输出控制信号控制电机逆变控制模块、备用逆变控制模块和开关控制模块工作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明新能源车辆电机工作控制电路具有对电机控制电路的电压电流采样功能，提高采样精度的同时简化了采样控制模块，降低生产成本，电压电流采样功能是实现永磁同步电机矢量控制的重要环节，且具有制动电阻，帮助消耗电机快速停车时产生的再生电能，达到保护电路元器件的效果，并且该电机工作控制电路采用双逆变器的方式控制电机工作，在电机工作的途中防止由于逆变器损坏造成电机的强制停工而给用户带来安全问题，且该逆变器采用Z源逆变器，省去电压变换装置，进一步优化该电机工作控制电路。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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为本发明实例提供的新能源车辆电机工作控制电路的原理方框示意图。

图2为本发明实例提供的新能源车辆电机工作控制电路的电路图。

图3为图2提供的开关控制模块的控制连接电路图。

图4为图2提供的母线电压检测单元的电路图。

图5为图2提供的电流检测单元电路图。

附图标记：1、整流滤波模块；2、制动保护模块；3、开关控制模块；4、电机逆变控制模块；5、备用逆变控制模块；6、采样模块；7、电机状态检测模块；8、主控制模块；601、母线电压检测单元；602、电流检测单元；701、编码器接口单元。

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。

参见图1，本发明实施例提供一种新能源车辆电机工作控制电路，该新能源车辆电机工作控制电路包括：整流滤波模块1，制动保护模块2，开关控制模块3，电机逆变控制模块4，备用逆变控制模块5，采样模块6，电机状态检测模块7，主控制模块8；

具体地，整流滤波模块1，用于将输入的交流电进行整流滤波处理输出直流电压；

制动保护模块2，所述制动保护端连接整流滤波模块1的输出端，用于控制制动电阻与电机接通；

开关控制模块3，所述开关控制模块3的输入端连接整流滤波模块1的输出端，用于控制所述电机逆变控制模块4和备用逆变控制模块5进行交替工作；

电机逆变控制模块4和备用逆变控制模块5，所述电机逆变控制模块4和备用逆变控制模块5的输入端连接所述开关切换控制模块的输出端，均用于将输入的电压进行逆变和变压处理；

采样模块6，所述采样模块6的第一采样端连接所述电机逆变控制模块4的地端，用于检测电机逆变控制模块4的相电流，采样模块6的第二采样端连接所述整流滤波模块1的输出端，用于检测整流滤波模块1输出的电压，用于输出检测的电压电流信号；

电机状态检测模块7，用于检测电机的转动速度和转子位置并输出速度信号和位置信号，所述电机状态检测模块7连接该电机工作控制电路中的电机；

主控制模块8，所述主控制模块8的模数端连接所述采样模块6和电机状态检测模块7的输出端，用于接收所述采样模块6输出的电压电流信号和电机状态检测模块7输出的速度信号与位置信号，用于通过内部软件系统对接收的信号进行分析和处理，主控制模块8的驱动端连接所述电机逆变控制模块4和备用逆变控制模块5和开关控制模块3的控制端，用于输出控制信号控制电机逆变控制模块4、备用逆变控制模块5和开关控制模块3工作。

在具体实施例中，上述整流滤波模块1可采用二级管三相桥式整流器将输入的三相交流电压转换为直流电压，可采用LRC滤波电路的方式对直流电压进行滤波处理；上述制动保护模块2可采用开关管控制制动电阻工作从而实现电机制动功能；上述开关控制模块3可采用继电器的方式控制上述备用逆变控制模块5和电机逆变控制模块4进行切换；上述电机逆变控制模块4为该新能源车辆电机工作控制电路的主要逆变器，采用Z源逆变器实现提升直流电压并逆变的功能；上述备用逆变控制模块5可采用辅助逆变器，在此不做赘述；上述采样模块6中可采用电阻分压法、隔离器U2和运算放大器的方式对母线电压进行采样和处理，可采用分流电阻的方式检测每相电流并通过运算放大器进行放大处理；上述电机状态检测模块7可采用编码器J4的方式检测电机的转速和转子的位置；上述主控制模块8可采用数据信号处理器（DSP）或者现场可编程逻辑门阵列（FPGA）配合软件系统实时对逆变器和电机进行监控，更有效智能的控制电机的工作。

实施例2：在实施例1的基础上，请参阅图2，在本发明所述的新能源车辆电机工作控制电路的一个具体实施例中，所述整流滤波模块1包括供电电源AC、三相整流器J1、第一电感L1、第二电感L2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第一电容C1、第二电容C2和第三电容C3；

具体地，供电电源AC连接三相整流器J1的第一端，供电电源AC的第二端连接三相整流器的第二端，三相整流器J1的第三端连接第一电感L1和第二电感L2，第一电感L1的另一端和第二电感L2的另一端均连接第一电阻R1和第一电容C1的第一端，第一电阻R1的另一端和第一电容C1的第二端均连接第二电阻R2和第二电容C2，第二电阻R2的另一端和第二电容C2的另一端均连接第三电阻R3和第三电容C3的第一端，第三电阻R3的另一端和第三电容C3的第二端均连接三相整流器J1的第四端。

进一步地，所述制动保护模块2包括第四电阻R4、第一二极管D1、第一开关管SCR、第二二极管D2和第四电容C4；

具体地，第四电阻R4和第一二极管D1的阴极均连接第一电容C1的第一端和第四电容C4的第一端，第四电阻R4的另一端和第一二极管D1的阳极均连接第一开关管SCR的集电极和第二二极管D2的阴极，第一开关管SCR的发射极和第二二极管D2的阳极连接第三电容C3的第二端和第四电容C4的第二端。

进一步地，所述电机逆变控制模块4包括第六电容C6、第五电容C5、第三电感L3、第四电感L4和电机三相逆变器J2；

具体地，第六电容C6的第一端连接所述开关控制模块3的输出端和第三电感L3的第一端，第三电感L3的第二端连接电机三相逆变器J2的第一输入端和第五电容C5，第六电容C6的第二端连接第四电感L4和电机三相逆变器J2的第二输入端，第四电感L4的另一端连接第五电容C5的另一端和第四电容C4的第二端。

进一步地，所述电机状态检测模块7包括编码器J4和编码器接口单元701；

具体地，编码器接口单元701，用于连接编码器J4和第一控制器U1实现数据传输；所述编码器J4的输入端连接电机，编码器J4的输出端通过编码器接口单元701连接第一控制器U1的脉冲捕捉端。

进一步地，所述主控制模块8包括第一控制器U1；

具体地，第一控制器U1的第一驱动端连接第一开关管SCR的栅极，第一控制器U1的第二驱动端连接电机三相逆变器J2的驱动端。

在具体实施例中，上述第一开关管SCR选用绝缘栅双极型晶体管（IGBT），通过第一控制器U1驱动工作；上述第四电容C4选用电容器组，吸收电机工作频率下降时产生的再生电能；上述第四电阻R4为制动电阻，用于扩展制动功率，并为上述第四电容C4器组分担再生电能；上述电机三相逆变器J2可选用Z源逆变器，通过Z源网络和逆变器实现升压并逆变功能；上述备用逆变控制模块5中可选用常规的逆变器即可；上述第一控制器U1可选用TMS320F28069微处理器通过软件系统进行数据的检测和处理并产生驱动信号，实现对电机的矢量控制，坐标变换和电机电路保护。

实施例3：在实施例2的基础上，请参阅图3，在本发明所述的新能源车辆电机工作控制电路的一个具体实施例中，所述开关控制模块3包括第一触点开关K-1和第二触点开关K-2；

所述第一触点开关K-1的动端连接第四电容C4的第一端，第一触点开关K-1的第一不动端连接所述电机逆变控制模块4的输入端，第一触点开关K-1的第二不动端连接所述备用逆变控制模块5的输入端，所述电机逆变控制模块4的输出端通过第二触点开关K-2的第一不动端连接电机，所述备用逆变控制模块5的输出端通过第二触点开关K-2的第二不动端连接电机。

在具体实施例中，上述第一触点开关K-1和第二触点开关K-2都通过相应的继电器（在此未画出）工作控制，第二触点开关K-2可选用三刀三掷触点开关。

实施例3：在实施例2的基础上，请参阅图2、图3和图4，在本发明所述的新能源车辆电机工作控制电路的一个具体实施例中，所述采样模块6包括母线电压检测单元601和电流检测单元602；

具体地，母线电压检测单元601，用于检测整流滤波模块1输出的电压并输出电压信号；

电流检测单元602，用于检测电机逆变控制模块4的相电流并输出电流信号；所述母线电压检测单元601的输入端连接所述电机逆变控制模块4的地端，母线电压检测单元601的输出端连接主控制模块8的第一输入端，电流检测单元602的输入端连接所述整流滤波模块1的输出端，电流检测单元602的输出端连接所述主控制模块8的第二输入端。

进一步地，母线电压检测单元601包括第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8、第八电容C8、第七电容C7、第一电源+5V、第九电容C9、隔离器U2和第一运放A1；

具体地，第五电阻R5连接所述整流滤波模块1的输出端，第五电阻R5的另一端依次通过第六电阻R6和第七电阻R7连接第八电阻R8、第七电容C7和隔离器U2的第二端，隔离器U2的第四端和第三端均连接第七电容C7的另一端和第八电阻R8的另一端，隔离器U2的第一端连接第一电源+5V并通过第八电容C8连接隔离器U2的第四端，隔离器U2的第八端连接第一电源+5V并通过第九电容C9连接隔离器U2的第五端，隔离器U2的第七端和第六端连接第一运放A1的输入端，第一运放A1的输出端连接第一控制器U1的第一模数端。

进一步地，所述电流检测单元602包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、第十四电阻R14、第十五电阻R15、第十六电阻R16、第十七电阻R17、第二电源+2.5V、第十八电阻R18、第二运放A2、第十电容C10、第十一电容C11和第十二电容C12；

具体地，第九电阻R9、第十电阻R10和第十一电阻R11均连接第十二电阻R12、第十三电阻R13和第十电容C10，第十二电阻R12的另一端接地，第十三电阻R13的另一端连接第二运放A2的反相端、第十电容C10的另一端和第十五电阻R15，第十五电阻R15的另一端连接第一运放A1的输出端和第十八电阻R18，第二运放A2的同相端连接第十四电阻R14、第十一电容C11、第十七电阻R17和第十六电阻R16，第十七电阻R17的另一端连接第二电源+2.5V，第十八电阻R18的另一端连接第十二电容C12和第一控制器U1的第二模数端，第十二电容C12的另一端和第十六电阻R16的另一端均接地。

在具体实施例中，上述第五电阻R5、第六电阻R6和第七电阻R7可选用高压采样电阻；上述隔离器U2可采用ACPL-C87隔离电压传感器，对高压采样电阻的采样的信号进行隔离、放大和差分处理；上述第一运放A1和第二运放A2可选用OPA2365运算放大器，第一运放A1用于放大上述隔离器U2输出的差分信号，第二运放A2用于放大相线采样的电流信号；上述第十四电阻R14通过对上述电极三相逆变器的相线接地端的电流信号进行采样从而得知该相线的电流情况。

在本发明实施例中，整流滤波模块1通过整流器和滤波电路将输入的交流电压转换为直流电压，通过电机状态检测模块7对电机的转动速度和转子的位置进行检测，通过采样模块6对所述整流滤波模块1输出的母线电压进行电压检测和对电机逆变控制模块4进行电流检测，从而使主控制模块8通过内部软件系统对电机进行坐标变换和对电机进行保护，实现永磁同步电机的矢量控制，当电机的工作频率下降时，电机处于再生制动状态，通过制动保护模块2消耗产生的再生电能，避免元器件损坏，当主控制模块8判断电机逆变控制模块4出现故障时，主控制模块8便控制电机逆变控制模块4停工，同时控制开关控制模块3将备用逆变控制模块5接入电路做应急使用；其中，在电机逆变控制模块4中，采用Z源逆变器驱动电机系统工作，通过Z源网络将逆变器和整流器连接，使该Z源逆变器允许逆变器中同桥臂上下全控器件同时导通，实现逆变提升电压的功能；在制动模块中，通过制动电阻帮助消耗电机因快速停车而产生的再生电能，由第一控制器U1驱动第一开关管SCR的闭断进而控制制动电阻的工作；在电机状态检测模块7中，由第一控制器U1捕捉编码器J4的上升沿和下降沿，即可获取电机转子的位置码值信息，进而获取速度信息。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于：

该新能源车辆电机工作控制电路包括：整流滤波模块，制动保护模块，开关控制模块，电机逆变控制模块，备用逆变控制模块，采样模块，电机状态检测模块，主控制模块；

所述整流滤波模块，用于将输入的交流电进行整流滤波处理并输出直流电压；

所述制动保护模块，用于控制制动电阻与电机接通；

所述开关控制模块，连接整流滤波模块的输出端，用于控制所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块进行交替工作；

所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块，连接所述开关切换控制模块的输出端，均用于将输入的电压进行逆变和变压处理；

所述采样模块，连接所述电机逆变控制模块的地端，用于检测电机逆变控制模块的相电流，连接所述整流滤波模块的输出端，用于检测整流滤波模块输出的电压，用于输出检测的电压电流信号；

所述电机状态检测模块，用于检测电机的转动速度和转子位置并输出速度信号和位置信号；

所述主控制模块，连接所述采样模块和电机状态检测模块的输出端，用于接收所述采样模块输出的电压电流信号和电机状态检测模块输出的速度信号与位置信号，用于通过内部软件系统对接收的信号进行分析和处理，连接所述电机逆变控制模块和备用逆变控制模块和开关控制模块的控制端，用于输出控制信号控制电机逆变控制模块、备用逆变控制模块和开关控制模块工作。

2.根据权利要求1所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述整流滤波模块包括供电电源、三相整流器、第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第一电容、第二电容和第三电容；

所述供电电源连接三相整流器的第一端，供电电源的第二端连接三相整流器的第二端，三相整流器的第三端连接第一电感和第二电感，第一电感的另一端和第二电感的另一端均连接第一电阻和第一电容的第一端，第一电阻的另一端和第一电容的第二端均连接第二电阻和第二电容，第二电阻的另一端和第二电容的另一端均连接第三电阻和第三电容的第一端，第三电阻的另一端和第三电容的第二端均连接三相整流器的第四端。

3.根据权利要求1所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述制动保护模块包括第四电阻、第一二极管、第一开关管、第二二极管和第四电容；

所述第四电阻和第一二极管的阴极均连接第一电容的第一端和第四电容的第一端，第四电阻的另一端和第一二极管的阳极均连接第一开关管的集电极和第二二极管的阴极，第一开关管的发射极和第二二极管的阳极连接第三电容的第二端和第四电容的第二端。

4.根据权利要求3所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述电机逆变控制模块包括第六电容、第五电容、第三电感、第四电感和电机三相逆变器；

所述第六电容的第一端连接所述开关控制模块的输出端和第三电感的第一端，第三电感的第二端连接电机三相逆变器的第一输入端和第五电容，第六电容的第二端连接第四电感和电机三相逆变器的第二输入端，第四电感的另一端连接第五电容的另一端和第四电容的第二端。

5.根据权利要求4所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述主控制模块包括第一控制器；

所述第一控制器的第一驱动端连接第一开关管的栅极，第一控制器的第二驱动端连接电机三相逆变器的驱动端。

6.根据权利要求1所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述开关控制模块包括第一触点开关、第二触点开关；

所述第一触点开关的动端连接第四电容的第一端，第一触点开关的第一不动端连接所述电机逆变控制模块的输入端，第一触点开关的第二不动端连接所述备用逆变控制模块的输入端，所述电机逆变控制模块的输出端通过第二触点开关的第一不动端连接电机，所述备用逆变控制模块的输出端通过第二触点开关的第二不动端连接电机。

7.根据权利要求5所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述采样模块包括母线电压检测单元和电流检测单元；

所述母线电压检测单元，用于检测整流滤波模块输出的电压并输出电压信号；

所述电流检测单元，用于检测电机逆变控制模块的相电流并输出电流信号；

所述母线电压检测单元的输入端连接所述电机逆变控制模块的地端，母线电压检测单元的输出端连接主控制模块的第一输入端，电流检测单元的输入端连接所述整流滤波模块的输出端，电流检测单元的输出端连接所述主控制模块的第二输入端。

8.根据权利要求7所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述母线电压检测模块包括第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第八电容、第七电容、第一电源、第九电容、隔离器和第一运放；

所述第五电阻连接所述整流滤波模块的输出端，第五电阻的另一端依次通过第六电阻和第七电阻连接第八电阻、第七电容和隔离器的第二端，隔离器的第四端和第三端均连接第七电容的另一端和第八电阻的另一端，隔离器的第一端连接第一电源并通过第八电容连接隔离器的第四端，隔离器的第八端连接第一电源并通过第九电容连接隔离器的第五端，隔离器的第七端和第六端连接第一运放的输入端，第一运放的输出端连接第一控制器的第一模数端。

9.根据权利要求7所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述电流检测单元包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第十七电阻、第二电源、第十八电阻、第二运放、第十电容、第十一电容和第十二电容；

所述第九电阻、第十电阻和第十一电阻均连接第十二电阻、第十三电阻和第十电容，第十二电阻的另一端接地，第十三电阻的另一端连接第二运放的反相端、第十电的另一端和第十五电阻，第十五电阻的另一端连接第一运放的输出端和第十八电阻，第二运放的同相端连接第十四电阻、第十一电容、第十七电阻和第十六电阻，第十七电阻的另一端连接第二电源，第十八电阻的另一端连接第十二电容和第一控制器的第二模数端，第十二电容的另一端和第十六电阻的另一端均接地。

10.根据权利要求5所述的一种新能源车辆电机工作控制电路，其特征在于，所述电机状态检测模块包括编码器和编码器接口单元；

所述编码器接口单元，用于连接编码器和第一控制器实现数据传输；

所述编码器的输入端连接电机，编码器的输出端通过编码器接口单元连接第一控制器的脉冲捕捉端。

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