CN208797863U - 一种电动卡车用电机控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电动卡车用电机控制器，包括依次连接的微控制器、逆变驱动电路以及逆变电路，微控制器与驱动电机之间连接有电流采样电路，电流采样电路包括电流传感器、尖峰抑制电路、电压跟随电路以及电压比较电路；尖峰抑制电路包括抑制电感L1、泄放电阻R1以及泄放二极管D1，泄放电阻R1与泄放二极管D1串联，电压比较电路包括运算放大器A2，运算放大器A2同相输入端连接有可调电阻R3，且可调电阻R3输出端与接地端之间连接有分压电阻R4，运算放大器A2的输出端与接地端之间连接有稳压二极管D2，本实用新型不仅保证了驱动电机采样电流的安全获取，还保证了逆变电路安全稳定的运行。

Description

一种电动卡车用电机控制器

技术领域

本实用新型涉及新能源汽车领域，具体为一种电动卡车用电机控制器。

背景技术

电机控制器是通过主动工作来控制电机按照设定的方向、速度、角度、响应时间进行工作的集成电路。

在电动车辆中，电机控制器的功能是根据档位、油门、刹车等指令，将动力电池所存储的电能转化为驱动电机所需的电能，来控制电动车辆的启动运行、进退速度、爬坡力度等行驶状态，或者将帮助电动车辆刹车，并将部分刹车能量存储到动力电池中。它是电动车辆的关键零部件之一

CNC可编程步进电机控制器可与步进电机驱动器、步进电机组成一个完善的步进电机控制系统，能控制三台步进电机分时运行本控制器采用计算机式的编程语言，拥有输入、输出、计数等多种指令。具有编程灵活、适应范围广等特点，可广泛应用于各种控制的自动化领域。

但是，现有的电动卡车用电机控制器存在以下缺陷：

(1)现有技术中电动卡车用电机控制器在进行卡车驱动电流进行采样时，驱动电机断电时产生突变反向电动势，并且反向电动势数值较大，采样电路获取到突变的感应电流后，容易对采样电路中的元器件产生冲击，极易采样电路中元器件的损坏；

(2)现有技术中电机控制器常采用全桥MOS管逆变电路，MOS管栅极和源极之间具有较高阻抗，因此漏极和源极间电压的突变会经过极间电容耦合到栅极导致出现过高电压，当其极性为正向时容易误导通开关管，使同一桥臂上下直通造成电源短接，容易导致电路的损毁。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本实用新型提供一种电动卡车用电机控制器，本实用新型不仅保证了驱动电机采样电流的安全获取，还保证了逆变电路安全稳定的运行，能有效的解决背景技术提出的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种电动卡车用电机控制器，包括依次连接的微控制器、逆变驱动电路以及逆变电路，所述微控制器与驱动电机之间还连接有用于电机限流保护的电流采样电路，所述电流采样电路包括依次电性连接的电流传感器、尖峰抑制电路、电压跟随电路以及电压比较电路；

所述尖峰抑制电路包括抑制电感L1、泄放电阻R1以及泄放二极管D1，所述泄放电阻R1与泄放二极管D1串联，且并联在抑制电感L1两端，所述电压跟随电路包括运算放大器A1，所述运算放大器A1同相输入端与抑制电感L1电性连接，所述运算放大器A1反向输入端与输出端电连接，所述电压比较电路包括运算放大器A2，所述运算放大器A2反向输入端与运算放大器A1输出端之间连接有输入电阻R2，所述运算放大器A2同相输入端连接有可调电阻R3，且可调电阻R3输出端与接地端之间连接有分压电阻R4，所述运算放大器A2与输出端与接地端之间连接有稳压二极管D2。

进一步地，所述泄放二极管D1的阳极与抑制电感L1的输出端电连接，所述泄放二极管D1阴极通过泄放电阻R1与抑制电感L1的输入端电连接，所述运算放大器A2的输出端与稳压二极管D2之间电连接有限流电阻R5。

进一步地，所述逆变电路包括三组并联连接的MOS管组Q，每组所述MOS管组Q包括两个MOS管，分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6，且位于同一组的MOS管之间串联连接，位于同一组的两个所述MOS管的源极与漏极连接。

进一步地，每个所述MOS管的漏极和源极之间连接有寄生二极管D3,且寄生二极管D3的阳极与MOS管的漏极连接，每个所述MOS管的漏极和源极之间电连接有降抗电阻R6。

进一步地，所述逆变驱动电路采用IR2101芯片。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型的尖峰抑制电路通过抑流电感L1抑制了驱动电机断电时所引起的突变反向感应电流，避免了反向冲击电流对电流采样电路的损坏，同时尖峰抑制电路通过反向串联的泄放电阻R1以及泄放二极管D1对抑流电感进行放电，避免了抑流电感产生的反向电动势对电流采样电路中其他元件造成损坏；

(2)本实用新型的寄生二极管D3对MOS管的反接提供了有效的保障，即使在电源反接时，反向大电流也会被寄生二极管D3截断，防止了大电流对MOS管造成冲击而损坏，有效地保护了逆变电路；

(3)本实用新型MOS管漏源极之间连接的降抗电阻，减小了MOS管栅极驱动电路的阻抗，防止了下桥臂MOS管误导通，有效的保证了逆变电路稳定的运行。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的电流采样电路结构示意图；

图3为本实用新型的IR2101芯片典型应用电路结构示意图。

图中标号：

1-微控制器；2-逆变驱动电路；3-逆变电路；4-电流采样电路；5-电流传感器；6-尖峰抑制电路；7-电压跟随电路；8-电压比较电路。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供了一种电动卡车用电机控制器，包括依次连接的微控制器1、逆变驱动电路2以及逆变电路3，微控制器1与驱动电机之间还连接有用于电机限流保护的电流采样电路4，电流采样电路4包括依次电性连接的电流传感器5、尖峰抑制电路6、电压跟随电路7以及电压比较电路8。

本实施方式中，微控制器1通过向逆变驱动电路发送不同占空比及不同时序的脉冲调制波形来控制逆变驱动电路2驱动逆变电路3进行工作，逆变电路3将直流电转换为交流电，为电动卡车的三相驱动电机进行供电，通过控制脉冲调制波形的占空比来实现驱动电机功率的调节，在驱动电机工作的过程中，电流采样电路4用于检测驱动电机是否发生过流现象，电流传感器5通过电磁感应获取驱动电机工作电流，依次通过电感抑流以及电压跟随来获取稳定的采样电压，最终通过采样电压与比较电压的比较来判断驱动电机是否发生过流现象。

在本实施方式中，微控制器采用DSP28335芯片，更容易实现对电机的控制，它可以实现优良的控制策略以减少电机转矩脉动，继而降低转子振动的损耗；通过改进的算法减少电机工作时在其周围产生的干扰信号，从而不需要专门在电机控制器中额外设计RC滤波电路；DSP28335的六路PWM输出非常适合无刷直流电机的调速控制，抑制电机的转矩脉动，从而减小电机震动，可以报据系统变化，进行实时动态调整。

如图2所示，尖峰抑制电路6包括抑制电感L1、泄放电阻R1以及泄放二极管D1，泄放电阻R1与泄放二极管D1串联，且并联在抑制电感L1两端，泄放二极管D1的阳极与抑制电感L1的输出端电连接，泄放二极管D1阴极通过泄放电阻R1与抑制电感L1的输入端电连接，运算放大器A2的输出端与稳压二极管D2之间电连接有限流电阻R5。

本实施方式中，尖峰抑制电路6通过抑流电感L1抑制了驱动电机断电时所引起的突变反向感应电流，避免了反向冲击电流对电流采样电路的损坏，同时尖峰抑制电路6通过反向串联的泄放电阻R1以及泄放二极管D1对抑流电感进行放电，避免了抑流电感产生的反向电动势对电流采样电路6中其他元件造成损坏。

在本实施方式中，当驱动电机断电时，驱动电机内的线圈产生较大的反向突变电动势，电流传感器5感应获得电流传递到尖峰抑制电路6中，尖峰抑制电路6中的泄放二极管D1处于反偏截至状态，此时感应电流只能通过抑流电感L1流入，由于电感两端电流不能发生突变，抑制了反向感应电流的冲击，有效地保护了尖峰抑制电路6中其他元件安全。

当抑流电感L1断电时，抑流电感产生反向电动势，此时泄放二极管D1正偏导通，抑流电感L1内产生的电能通过泄放电阻R1进行消耗，避免了抑流电感L1产生的反向电动势对电流采样电路中其他的元件造成损坏。

如图2所示，电压跟随电路7包括运算放大器A1，运算放大器A1同相输入端与抑制电感L1电性连接，运算放大器A1反向输入端与输出端电连接。

本实施方式中，电压跟随电路7利用运算放大器A1进行采样电压的跟随，电压跟随电路实现输出电压跟随输入电压变化，电压跟随电路输入阻抗高，而输出阻抗低，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路，当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响，起到了良好的隔离作用。

如图2所示，电压比较电路8包括运算放大器A2，运算放大器A2反向输入端与运算放大器A1输出端之间连接有输入电阻R2，运算放大器A2同相输入端连接有可调电阻R3，且可调电阻R3输出端与接地端之间连接有分压电阻R4，运算放大器A2与输出端与接地端之间连接有稳压二极管D2。

本实施方式中，电压比较电路通过对采样电压与设定的安全电压进行比较来判断驱动电机是否发生过流现象，过流现象检测的具体过程为：

可调电阻R3输入端连接有参考电源并设定其电压值为U，参考电源为运算放大器A2正向输入端提供安全电压，通过调节可调电阻R3的大小进行安全电压大小的设定，根据分压原理有，运算放大器A2正向输入端的电压值U_ref为：可调电阻R₃的阻值越小，运算放大器A2的正向输入端电压值越大，安全电压设定完成后，运算放大器A2对同相输入端和反向输入端的电压进行比较，当采样电压小于安全电压时，运算放大器A2的输出端电压值为稳压管的稳定电压U_z，当采样电压大于安全电压，即驱动电机出现过流现象，此时运算放大器输出端电压值为-U_z，微控制器1通过判断运算放大器A2的正负电平即可判断驱动电机是否处于过流状态。

如图1所示，逆变电路3包括三组并联连接的MOS管组Q，每组MOS管组Q包括两个MOS管，分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6，且位于同一组的MOS管之间串联连接，位于同一组的两个MOS管的源极与漏极连接。

本实施方式中，逆变电路3采用三相全桥方式，在三相全桥逆变电路中，选取MOS管作为开关器件，MOS管导通关断时间极短、能承受短时间内的短路电流并且驱动电路结构不复杂，十分适宜于功率在几百瓦之内的无刷直流电控制器。

逆变电路3通过对直流电进行逆变转化成交流电，为驱动电机进行三相交流供电，在本实施方式中，每桥臂上下两个MOS管交替导通180°、各桥臂开始导电的角度差为120°，任一瞬间有三个桥臂同时导通，通过控制脉冲信号的占空比进行三相交流电功率的调节，进而实现驱动电机转速的调节。

如图1所示，每个MOS管的漏极和源极之间连接有寄生二极管D3,且寄生二极管D3的阳极与MOS管的漏极连接，每个MOS管的漏极和源极之间电连接有降抗电阻R6。

本实施方式中，寄生二极管D3为MOS管反接保护寄生二极管，具体的保护机制为：

(1)当电池极性未接反时，寄生二极管D3正偏导通，MOS管正偏而导通，MOS管导通后的压降比寄生二极管D3的压降小得多，所以MOS管导通后会使寄生二极管得不到足够的正向偏压而截至，此时MOS管的漏源极相当于开路，MOS管正常工作；

(2)当电池极性接反时，寄生二极管D3会由于反偏而截至，MOS管也会由于栅源极反偏而截至，逆变电路不能启动。

寄生二极管D3的设置，对MOS管的反接提供了有效的保障，即使在电源反接时，反向大电流也会被寄生二极管D3截断，防止了大电流对MOS管造成冲击而损坏，有效地保护了逆变电路。

同时，MOS管漏源极之间还连接有降抗电阻R6，减小了MOS管栅极驱动电路的阻抗，防止了下桥臂MOS管误导通。

逆变驱动电路采用IR2101芯片。

本实施方式中，逆变驱动电路采用IR2101芯片，IR2101是一种CMOS驱动芯片，它不仅可降低控制电路对MOS管的控制要求，还能使驱动电路工作更加稳定。

如图3所示，本电路图为IR2101的典型应用电路图，由IR2101芯片的使用方法可知：HIN输入高电平，则HO输出高电平，反之，HIN输入低电平，则HO输出低电平，低端也一样。

由IR2101典型应用电路图分析：当HIN,LIN同时输入高，下管要先于上管导通因为只有下管先导通上管才能形成回路，同时VCC对电容C1充电，当上管完全导通后电容开始对MOS管放电，放电到MOS管开启电压U_GSth之前要把上管关闭，放电时间是PWQ信号的高电平时间，下管继续导通，这时VCC又开始对电容C1充电，充电时间是PWQ输入信号的低电平时间，这样就可以正常驱动负载电路。

在本实用新型中，电机控制器整个电路连接关系以及控制过程如下：

(1)电路连接关系

微控制器DSP28335的PWM输出端分别与三块IR2101芯片的HIN端、LIN端连接，位于同一块IR2101芯片的HO端、LO端分别同一组MOS管组Q中两个MOS管的栅极连接，电压比较电路的输出端与微控制器DSP28335的ADC端连接。

(2)控制过程

微控制器DSP28335发送不同占空比的脉冲调制波形时，逆变驱动电路中的IR2101根据微控制器DSP28335发送的脉冲调制波形向MOS管发送不同导通角及占空比的触发信号，MOS管轮流导通，实现直流电到交流电的转换，通过控制MOS管导通的触发信号的占空比来实现驱动电机的转速，占空比越大，驱动电机的功率越大，转速得到提升。

在驱动电机工作过程中，电流采样电路实时对驱动电机的工作电流进行检测，当驱动电机的工作电流大于设定的安全电流时，电压比较电路向微控制器DSP28335发送负电平，微控制器DSP28335接收到驱动电机的过流信号后，控制驱动电机停止工作，避免了驱动电机在过流情况下发生烧毁，有效地保护了驱动电机的安全。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型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实用新型。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，本实用新型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实用新型内。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。

Claims (5)

1.一种电动卡车用电机控制器，包括依次连接的微控制器(1)、逆变驱动电路(2)以及逆变电路(3)，所述微控制器(1)与驱动电机之间还连接有用于电机限流保护的电流采样电路(4)，其特征在于：所述电流采样电路(4)包括依次电性连接的电流传感器(5)、尖峰抑制电路(6)、电压跟随电路(7)以及电压比较电路(8)；

所述尖峰抑制电路(6)包括抑制电感L1、泄放电阻R1以及泄放二极管D1，所述泄放电阻R1与泄放二极管D1串联，且并联在抑制电感L1两端，所述电压跟随电路(7)包括运算放大器A1，所述运算放大器A1同相输入端与抑制电感L1电性连接，所述运算放大器A1反向输入端与输出端电连接，所述电压比较电路(8)包括运算放大器A2，所述运算放大器A2反向输入端与运算放大器A1输出端之间连接有输入电阻R2，所述运算放大器A2同相输入端连接有可调电阻R3，且可调电阻R3输出端与接地端之间连接有分压电阻R4，所述运算放大器A2与输出端与接地端之间连接有稳压二极管D2。

2.根据权利要求1所述的一种电动卡车用电机控制器，其特征在于：所述泄放二极管D1的阳极与抑制电感L1的输出端电连接，所述泄放二极管D1阴极通过泄放电阻R1与抑制电感L1的输入端电连接，所述运算放大器A2的输出端与稳压二极管D2之间电连接有限流电阻R5。

3.根据权利要求1所述的一种电动卡车用电机控制器，其特征在于：所述逆变电路(3)包括三组并联连接的MOS管组Q，每组所述MOS管组Q包括两个MOS管，分别为MOS管Q1、MOS管Q2、MOS管Q3、MOS管Q4、MOS管Q5、MOS管Q6，且位于同一组的MOS管之间串联连接，位于同一组的两个所述MOS管的源极与漏极连接。

4.根据权利要求3所述的一种电动卡车用电机控制器，其特征在于：每个所述MOS管的漏极和源极之间连接有寄生二极管D3,且寄生二极管D3的阳极与MOS管的漏极连接，每个所述MOS管的漏极和源极之间电连接有降抗电阻R6。

5.根据权利要求1所述的一种电动卡车用电机控制器，其特征在于：所述逆变驱动电路(2)采用IR2101芯片。