CN202353509U - 电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，包括蓄电池、DC-DC变换器和直流电动机，蓄电池与DC-DC变换器相连接，DC-DC变换器的输出端一路通过保护电路与控制器连接，另一路连接智能功率模块，智能功率模块连接在直流电动机上，直流电动机还通过速度检测模块与控制器相连接，控制器上还连接有障检测模块、保护电路、脉冲输入模块和模拟量输入模块。以电动机给定转速与速度反馈量形成偏差，经速度检测模块调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电动机的速度控制。

Description

电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器

技术领域

本实用新型涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器。

背景技术

最近十年来，环境污染和能源危机促使人们迫切要求开展对电动汽车的研究和开发，而电动汽车的动力来源问题一直是阻碍其发展的关键因素，随着蓄电池和燃料电池的研究，电动汽车也逐渐产业化和商业化。

直流电动机具有非常优秀的线型机械特性、宽的调速范围、大的起动转矩、简单的控制电路等优点，长期以来一直广泛地应用在各种伺服系统中。但是直流电动机的电刷和转向器成为阻碍他发展的障碍。机械电刷和转向器造成的火花、噪声等一系列问题，影响了直流电动机的调速精度和性能以及限制了他的应用场合。因此人们一直在寻找一种不用电刷和转向器的直流电动机。随着电子技术，功率半导体和高性能磁性材料制造技术的发展，这种想法已经能够实现，无刷直流电动机利用电子转换器取代了机械电刷和转化器，因此使这种电动机不仅保留了直流电动机的优点，而且又具有交流电动机的结构简单、运行可靠、维护方便等优点，使他一经出现就以极快的速度发展和普及。随着电动汽车的产业化和商业化，无刷直流电动机凭借其特有的优势占据着重要的地位。

发明内容

本实用新型的目的在于，提供一种电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器。

为了实现上述任务，本实用新型采取如下的技术解决方案：

一种电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，包括蓄电池、DC-DC变换器和直流电动机，其特征在于，蓄电池与DC-DC变换器相连接，DC-DC变换器的输出端一路通过保护电路与控制器连接，另一路连接智能功率模块，智能功率模块连接在直流电动机上，直流电动机还通过连接的速度检测模块与控制器相连接，控制器上还连接有障检测模块、保护电路、脉冲输入模块和模拟量输入模块。

本实用新型的其他特点是：

所述的控制器选择TMS320LF2407。

本实用新型的电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，以电动机给定转速与速度反馈量形成偏差，经速度检测模块调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电动机的速度控制。

附图说明

图1为三相无刷直流电动机调速控制框图；

图2为本实用新型的控制器结构框图；

图3为BOOST变压器和脉冲产生器；

图4为IR2132驱动IPM连接图；

图5为控制器的子程序框图。其中(a)是捕捉中断子程序，(b)是A/D转换中断子程序。

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

具体实施方式

本实用新型的电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，其设计思路是，主电路以镍氢电池为能源，经DC-DC变换器从低电压升为高压，再经智能功率模块(IPM)逆变成三相电电动无刷直流电动机运转。控制电路随着TI公司面向电机控制的新一代DSP-TMS320LF2407的推出，由于其内核40MIPS的高速处理能力和面向电机控制的专用外围设备，利用微处理器进行PWM实时信号调制，是全数字信号调速系统成为可能。另外，其内涵的CAN(控制器局域网)模块非常适合电动汽车的通信功能。

为了能够实现对电动汽车永磁无刷电动机转速的控制，技术方案的实现机理如图1所示，以电动机给定转速与速度反馈量形成偏差，经速度检测模块调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后产生电流参考值，它与电流反馈量的偏差经电流调节后形成PWM占空比的控制量，实现电动机的速度控制。电流的反馈是通过测量电阻的压降来实现。速度反馈则是通过霍尔位置传感器输出的位置量，经过计算得到的。霍尔位置传感器输出的位置还用于控制换相。

参见图2，本实施例给出一种以TMS320LF2407为核心的硬件实现结构，主要有：蓄电池，DC-DC变换器，直流电动机，蓄电池与DC-DC变换器相连接，DC-DC变换器的输出端一路通过保护电路与控制器TMS320LF2407连接，另一路连接智能功率模块，智能功率模块连接在直流电动机上，直流电动机还通过连接的速度检测模块与控制器相连接，控制器TMS320LF2407上还连接有障检测模块、保护电路、脉冲输入模块和模拟量输入模块。

控制器TMS320LF2407与老的电机控制芯片相比具有了一些新的特点：采用了高性能静态CMOS技术，供电电压降低为3.3V，减小了功耗，同时指令执行周期缩短到33ns，从而提高了控制器的实时处理能力；片内包含32k的FLASH程序存储器、544字双存取RAM和2k字的单RAM(可以灵活的配置为数据存储器和程序存储器)；片内外设采用统一的外设总线和数据空间连接，其中包含2个事件管理器模块，每个均由2个16位通用定时器、8个16位脉宽调制(PWM)通道、3个捕获单元以及1套编码器接口电路组成；10位A/D转换器采用序列器灵活编程，在一个转换周期内可以对一个通道进行多次转换，可选择分别由2个事件管理器来触发2个8通道输入A/D转换序列或1个16通道输入的A/D转换序列，A/D转换的最小时间为500ns。从上述的结构特点可知道，TMS320LF2407作为整个控制器的核心，集成了主要的电机外设部件，具有高速的运算能力、较高的采集精度，外设配置性能和功能比较强，非常适合构成单片电机伺服控制器，完成实时性要求高的伺服控制任务。在本实用新型中利用它来实现电流环、速度环以及PWM信号发生、各种故障保护处理等功能。

电动汽车的能源来自于镍氢电池，本实用新型采用4个12V的单体电池串联组成48V的电池组，而想带动其线电压为380V的无刷直流电机，需要的逆变前的直流电压为几百伏，怎样才能从48V升到几百伏呢？本实用新型采用BOOST升压变压器，如图3所示，采用一个高速开关管IGBT以及隔离变压器T。

原理：产生脉冲信号(高、低电平)促使IGBT导通和关断，经变压器产生感应电动势，变压器原副边电压由匝比决定，再经二极管(单向导通)和电容(充放电)促使输出电压的连续和稳定。

那么怎样才能控制栅极的关断呢？这里开关管的驱动脉冲由555构成的多谐振荡产生，如图3所示。

智能功率模块(Intelligent Power Module，IPM)是一种先进的功率开关器件，具有GTR(大功率晶体管)高电流密度、低饱和电压和耐高压的优点，以及MOSFET(场效应晶体管)高输入阻抗、高开关频率和低驱动功率的优点。而且IPM内部集成了逻辑、控制、检测和保护电路，使用方便，不仅减小了系统的体积以及开发时间，也大大增强了系统的可靠性，适应了当今功率器件的发展方向——模块化、复合化和功率集成电路(PIC)，在电力电子领域得到了越来越广泛的应用。

本实施例采用IR公司的具有28脚的双列直插芯片IR2132，用于驱动栅极的高压驱动器。IR2132具有6路输入信号和6路输出信号，其中6路输入信号中3路有电平转换功能，可以直接驱动高电侧的功率元件，另外3路用于驱动低压侧的功率元件。另外，控制器还有一大优点就是只要一路控制电源。克服了以往的控制器需要多路隔离电源的缺点，简化了硬件设计。IR2132与IPM的典型连接如图4所示。

保护电路选择现有的电路来实现。

软件主要包括系统初始化以及工作使能等的主程序和若干中断返回程序。主程序还包括控制无刷直流电动机的启动和制动，而中断子程序主要包括捕捉中断和A/D转换中断。CPU通过定时器1周期匹配事件启动ADC转换，使每个PWM周期对电流进行一次采样，并在A/D转换中断处理程序中对电流进行调节，控制PWM的输出。转子每转动60度机械角都出发一次捕捉中断，进行换相和速度的计算。捕捉中断和A/D转换中断子程序框图如图5所示。

Claims (2)

1.一种电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，包括蓄电池、DC-DC变换器和直流电动机，其特征在于，蓄电池与DC-DC变换器相连接，DC-DC变换器的输出端一路通过保护电路与控制器连接，另一路连接智能功率模块，智能功率模块连接在直流电动机上，直流电动机还通过速度检测模块与控制器相连接，控制器上还连接有障检测模块、保护电路、脉冲输入模块和模拟量输入模块。

2.如权利要求1所述的电动汽车用的全数字稀土永磁无刷直流电动机控制器，其特征在于，所述的控制器选择TMS320LF2407。

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