CN201398166Y - 车用永磁交流起动/发电机控制系统 - Google Patents

车用永磁交流起动/发电机控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型属于车用控制装置范围，具体为车用永磁交流起动/发电机控制系统。包括数字核心电路、信号调理电路、功率驱动电路和电源转换电路。信号调理电路包括PWM控制信号处理电路、电流信号检测及处理电路、位置信号处理电路和通信接口电路。功率驱动电路包括驱动电路和功率电路。功率驱动电路中的驱动电路包括六片驱动芯片，驱动芯片选用的是英飞凌公司的无磁芯1ED020I12－F，六片驱动芯片的输入端分别与PWM控制信号处理电路的六个输出端相连。功率电路选用的是西门子公司的PIM模块。本控制系统可应用于高达500V电压等级的电动车辆，能够完成复杂控制算法并具有丰富的接口资源，有助于提高电动车辆的性能。

Description

车用永磁交流起动/发电机控制系统
技术领域
本实用新型属于车用控制装置范围，尤其是以微处理器和电力电子器件为核心的电动汽车用永磁交流高电压起动/发电机控制系统。
背景技术
发展电动汽车是解决当前日益严重的能源和环境问题的有效手段，一体化起动/发电机系统是提高电动汽车性能的关键技术之一。
将传统汽车发动机上的起动机与发电机整合成一个电机，并应用一个控制器集起动和发电功能于一体的起动/发电机系统，具有结构简单、成本低、节约空间的优势。发动机起动或需要辅助动力时，电机以电动方式运行；汽车正常运行时，电机工作在发电方式，为车载用电设备提供电能。由于实现了瞬间起动和提供动力辅助功能，发动机可以根据汽车运行工况进行怠速熄火和提供助力，因此，一体化起动/发电机系统能够提高汽车的燃油经济性和动力性。
永磁交流电机具有高功率密度、高效率的特点，因而在一体化起动/发电机应用中更具竞争力。在电动汽车中，要实现动力辅助及大容量高效发电功能，电机系统容量较大，通常可达6kW以上，供电电压较高，甚至可达400V以上等级。为了获得更好的性能，控制算法相对也比较复杂，对微处理器的数据处理能力及接口资源要求很高。
实用新型内容
本实用新型是针对应用于高电压一体化永磁交流起动/发电机而提供了一种电机控制系统，该控制系统可应用于高达500V电压等级的电动车辆，能够完成复杂控制算法并具有丰富的接口资源，有助于提高电动车辆的性能。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下技术方案。本控制系统包括数字核心电路、信号调理电路、功率驱动电路和电源转换电路。信号调理电路包括PWM控制信号处理电路、电流信号检测及处理电路、位置信号处理电路和通信接口电路。功率驱动电路包括驱动电路和功率电路。电源电路为以上各部分提供电源。
数字核心电路中的六路PWM输出端与信号调理电路中的PWM控制信号处理电路的六个输入端相连，PWM控制信号处理电路的六个输出端与功率驱动电路中的驱动电路的六个输入端相连，驱动电路的输出端与功率电路相连。
所述的电流信号检测及处理电路的输入端与功率电路相连，输出端与数字核心电路相连。
所述的位置信号处理电路的输入端与永磁交流电机中的光电编码器信号输出端相连，输出端与数字核心电路相连。
所述信号处理电路中的通信接口电路的一端与数字核心电路，另一端与整车控制器相连。
所述的功率驱动电路中的驱动电路包括六片驱动芯片，驱动芯片选用的是英飞凌公司的无磁芯1ED020I12-F驱动芯片，六片驱动芯片的输入端分别与PWM控制信号处理电路的六个输出端相连。功率电路采用西门子公司耐压1200V的PIM模块，六片驱动芯片的输出端分别接PIM模块的控制信号管脚。
该控制系统通过数字核心电路配合信号处理电路、供电电源电路、电力电子器件驱动电路构成的外围电路，根据整车的控制器指令控制电机的电动运行和发电运行。
本控制系统采用了耐压1200V的PIM模块及其驱动芯片，系统的集成度高、体积小、可靠性好；适用的母线电压范围宽，可用于高达500V等级的电动车辆；高性能DSP的应用使该系统能够完成复杂控制算法并具有丰富的接口，有助于提高电动车辆的性能。
附图说明
图1为总体结构图
图2为24V转隔离电源
图3为位置检测及处理电路
图4为PWM控制信号处理电路
图5为电流检测及处理电路
图6为通信接口电路
图7为功率驱动电路
图中：1、数字核心电路，2、信号调理电路，3、功率驱动电路，4、电源转换电路。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
本实施例的结构框图如图1所示，包括数字核心电路1、信号调理电路2、功率驱动电路3和电源转换电路4四部分。信号调理电路2包括PWM控制信号处理电路、电流信号检测及处理电路、位置信号处理电路和通信接口电路。功率驱动电路3包括驱动电路好和功率电路。电源电路4包括24V转成多路隔离电源(+5V/-5V、15V、+15V/-15V等)。数字核心电路1是由TMS320LF2407或TMS320LF2812及外围扩展电路构成的DSP最小系统，DSP最小系统与信号调理电路2通过两个双排34针接插件直接相连，其他各个部分间通过接插件互连。图中所标PMSM为永磁交流电机。
电源部分由多个开关电源模块、电容组成。本实施例采用24V直流供电，经过多个开关电源模块变换为所需的多路隔离电源，变换出来的各路电源接到相应模块的电源端。其具体电路图如图2所示，包括NR1524LS、NR0524LS、BSD5-24S05-W、BSD5-05D15-W等与相应输入端电源、输入电容、输出电容的连接。
位置信号处理电路的具体电路图如图3所示，由两片差分信号处理芯片和三片光耦隔离芯片(选用HCPL2531)及一些电阻构成。差分信号处理芯片U1、U2的输入(A+、A-、B+、B-、Z+、Z-、U+、U-、V+、V-、W+、W-)与光电编码器相连，差分信号输出连接到3片高速光耦芯片U3、U4、U5的输入端，光耦隔离的输出连接DSP的CAP1～CAP6管脚。光电编码器输出的是5V差分信号，每路信号随着转子位置的不同而改变，这样DSP中的QEP单元的能读出转子相对应的位置信息。
PWM控制信号处理电路如图4所示，由3个高速光耦隔离芯片及若干电阻构成。电路包括三部分结构相同的电路，其中光电耦合器的输入端经过接插件与数字核心电路1中的6路PWM输出端PWM1～PWM6管脚相连，高速光耦的输出端经过接插电路与功率驱动电路3中的驱动电路的6个驱动芯片的输入管脚Q1～Q6相连。下面以其中一路为例说明。DSP输出的控制信号PWM1～PWM2连接至高速光耦芯片U2的相应输入端，经过高速光耦隔离将处理器输出的3.3V PWM控制信号转化为TTL电平的信号Q1～Q2，Q1～Q2接至驱动电路的输入端。同理，其它两部分电路分别对PWM3～PWM4、PWM5～PWM6进行处理。
电流信号检测及处理电路如图5所示，由电流传感器、运算放大器OP27、电阻、电容、稳压管及相应连接而成。本部分为两路对称结构，分别对电机三相中的某一相进行电流检测及处理，下面以其中一路电路为例说明。电流传感器输出A相电流信号IA至R1进行采样，采样信号经过R3、C1-1低通滤波，送至OP27，OP27配合相应的电阻、电容对信号进行放大处理，再经过稳压管D1、D2连接至DSP的ADCIN00管脚，从而实现对电机电流的检测。
通信接口电路如图6所示，由MAX3232芯片及相应的电阻电容构成，MAX3232的收发端口连接DSP的SCI端口。MAX3232提供串口驱动，由SCIRXD/IOPA1、SCITXD/IOPA0连接至DSP处理器相同标识的管脚。功率驱动电路的结构如图7所示，由1ED020I12-F驱动芯片、IGBT模块FP25R12KE3、电阻、电容、快恢复二极管、稳压管及相应的连接而构成，通过PWM信号Q1～Q6控制驱动模块，从而控制电机的工作。该部分有6路对称的独立驱动电路，结合相应的电阻、电容、稳压管、二极管及连接对Q1～Q6六路信号进行处理。以其中的一路为例说明。控制信号接至U51的输入端IN-，U51的DESAT管脚经电阻R1-3、快恢复二极管D1接至受控IGBT的集电极，U51的输出信号pwm1、com1接至FP25R12KE3的相应管脚；其中U51为1ED020I12-F驱动芯片，ZENER11为15V的稳压管，ZENER12为5V稳压管，D1为耐压1000V以上的快恢复二极管。同理，其它五路驱动电路分别对Q2～Q6进行处理，输出信号pwm2～pwm6、com2～com6连接至FP25R12KE3的相应管脚。功率模块的母线直流输入接直流电源，FB管脚、GNDD分别接正、负极，IGBT三相输出与电机连接。

Claims (1)

1、车用永磁交流起动/发电机控制系统，包括数字核心电路(1)、信号调理电路(2)、功率驱动电路(3)和电源转换电路(4)；信号调理电路(2)包括PWM控制信号处理电路、电流信号检测及处理电路、位置信号处理电路和通信接口电路；功率驱动电路(3)包括驱动电路和功率电路；电源转换电路(4)为以上各部分提供电源；
数字核心电路(1)中的六路PWM输出端与信号调理电路(2)中的PWM控制信号处理电路的六个输入端相连，PWM控制信号处理电路的六个输出端与功率驱动电路(3)中的驱动电路的六个输入端相连，驱动电路的输出端与功率电路相连；
所述的电流信号检测及处理电路的输入端与功率电路相连，输出端与数字核心电路(1)相连；
所述的位置信号处理电路的输入端与永磁交流电机中的光电编码器信号输出端相连，输出端与数字核心电路(1)相连；
所述信号处理电路中的通信接口电路的一端与数字核心电路(1)，另一端与整车控制器相连；
其特征在于：
所述的功率驱动电路(3)中的驱动电路包括六片驱动芯片，驱动芯片选用的是英飞凌公司的无磁芯1ED020I12-F驱动芯片，六片驱动芯片的输入端分别与PWM控制信号处理电路的六个输出端相连；功率电路为西门子公司的PIM模块，六片驱动芯片的输出端分别接PIM模块的控制信号管脚。
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CN112953124A (zh) * 2019-11-26 2021-06-11 昆山为涵电驱动科技有限公司 集成控制装置、起发一体电机系统及其集成控制方法

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