CN209070343U - 一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，1.包括低压侧和高压侧；所述低压侧与高压侧之间通过隔离模块隔离；所述低压侧包括DC/DC模块，所述高压侧包括功率模块、微控制器、母线电压检测电路、三相电压检测电路和三相电流检测电路；所述隔离模块包括隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路；所述功率模块分别与直流母线、微控制器、永磁同步电机母线、隔离DC/DC电路连接；所述微控制器还分别与隔离CAN电路、光耦隔离电路连接，所述微控制器还经过稳压器与隔离DC/DC电路连接。本实用新型采用智能功率模块(IPM)，降低系统设计的复杂度和控制器体积，增加驱动器的可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电机驱动器，具体涉及一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器。
背景技术
随着新能源汽车的日益普及，新能源汽车的空调压缩机由传统的发动机驱动转变为永磁同步电机驱动。永磁同步电机简称PMSM,PMSM采用磁场定向控制(FOC)驱动具有高效率和优良的调控性能，是电动汽车压缩机驱动电机的最佳选择。
目前，PMSM驱动器多采用分离功率器件、功率器件驱动电路、控制电路、电机转子位置及速度检测装置。
现有技术采用功率器件与功率驱动电路分离，这种结构造成电路设计的复杂度高，在特殊条件下(高压、大电流)控制电路的稳定性不够，极易造成功率器件损坏。现有技术采用的转子位置及速度检测装置，无疑增加驱动器成本和降低可靠性。
发明内容
有鉴于此，为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器。
为实现上述目的及其他目的，本实用新型提供一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，包括低压侧和高压侧；所述低压侧与高压侧之间通过隔离模块隔离；
所述低压侧包括DC/DC模块，所述高压侧包括功率模块、微控制器、母线电压检测电路、三相电压检测电路和三相电流检测电路；所述隔离模块包括隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路；
所述功率模块分别与直流母线、微控制器、永磁同步电机母线、隔离DC/DC电路连接；所述微控制器还分别与隔离CAN电路、光耦隔离电路连接，所述微控制器还经过稳压器与隔离DC/DC电路连接。
可选地，所述三相电压检测电路包括电压采集电路和放大电路，所述电压采集电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接；电压采集电路的输入端与直流母线连接，放大电路的输出端与微控制器连接。
可选地，所述功率模块、母线电压检测电路、三相电压检测电路及三相电流检测电路设置于同一块电路板上。
可选地，所述微控制器、隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路设置于同一块电路板上。
可选地，用于设置功率模块、母线电压检测电路、三相电压检测电路及三相电流检测电路的电路板与用于设置微控制器、隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路的电路板之间通过排线或插排连接。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：
1、采用智能功率模块(IPM)，降低系统设计的复杂度和控制器体积，增加驱动器的可靠性；2、本实用新型通过隔离电路设计，实现高低压侧电源、控制接口及通讯接口隔离，防止因高压侧故障损坏相连接的其它低压控制电路。3.采用一体式设计，电机驱动板、电机、压缩机集成在一个结构总成里面，小体积便于实车安装。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细描述：
图1为本实用新型的一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器的原理框图；
图2为三相电压中的U相电压采集电路图；
图3为三相电压中的V相电压采集电路图；
图4为三相电压中的W相电压采集电路图；
图5为母线电压检测电路图；
图6为三相电流中的U相、I相电流采集放大电路图；
图7为三相电流中的W相电流采集放大电路图；
图8为DC/DC隔离电路的电路图；
图9为隔离CAN电路的电路图；
图10为光耦隔离电路的电路图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本实用新型提供一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，包括低压侧和高压侧；所述低压侧与高压侧之间通过隔离模块隔离；
所述低压侧包括DC/DC模块，所述高压侧包括功率模块、微控制器、母线电压检测电路(具体电路如图5所示)、三相电压检测电路和三相电流检测电路(具体电路如图2、3、4所示)；所述隔离模块包括隔离DC/DC电路(具体电路如图8所示)、隔离CAN电路(具体电路如图9所示)及光耦隔离电路(具体电路如图10所示)；
所述功率模块分别与直流母线、微控制器MCU、永磁同步电机母线、隔离DC/DC电路连接；所述微控制器还分别与隔离CAN电路、光耦隔离电路连接，所述微控制器还经过稳压器与隔离DC/DC电路连接。
于本实施例中，功率模块为智能功率模块IPM，用于接收MCU的控制信号，将直流母线电压逆变为三相交流电压驱动永磁同步电机旋转，IPM具有过流、欠压保护，并反馈故障信号用于MCU故障判断。
微控制器MCU用于采集永磁同步电机母线电压、三相输出电压、三相输出电流及故障信息，经过MCU的电机转子位置及转速估算算法及磁场定向算法(FOC)输出控制信号完成永磁同步电机驱动，MCU连接隔离CAN模块，用于整车其它控制器通过CAN网络对电机进行控制及驱动器信息反馈；
母线电压及三相电压检测电路采用电阻分压法进行电压采样，用于MCU对永磁同步电机转子位子、转矩及转速估算；
三相输出电流检测电路采用采样电阻经过差分运放放大采样(具体电路如图6、7所示)，用于MCU对永磁同步电机转子位子、转矩及转速估算。
隔离DC/DC电路用于产生IPM模块驱动电压及MCU工作电压；光耦隔离电路用于低压侧控制接口隔离。本实用新型通过隔离电路设计，实现高低压侧电源、控制接口及通讯接口隔离。
本实施例的工作过程如下：
驱动器从CAN网络或控制接口获取电机启动信号及转速信号，MCU根据收到的启动及转速信号采用FOC算法输出6路PWM信号控制智能功率模块(IPM)，IPM驱动永磁同步电机(PMSM)旋转。
分别采用是电阻分压法采集直流母线电压、三相输出电压，采用采样电阻+差分运放放大采集三相输出电流。MCU根据上述的采集量使用算法估算出转子位子、转矩及转速，用于永磁同步电机(PMSM)FOC算法反馈控制。智能功率模块(IPM)同时反馈过流、欠压、过温信号用于MCU故障采集。MCU通过隔离CAN模块或光耦隔离电路将控制器状态信息及故障信息发送到相连的其它控制器上。
隔离DC/DC电路从低压电源产生隔离的15V的电源用于智能功率模块(IPM)驱动，产生的5V电源用于MCU电源。实现高低压侧的电路隔离。
本实施例包含两部分PCB组成：功率驱动板、控制板。功率驱动板包含：智能功率模块(IPM)、母线电压检测电路、三相电压检测电路及三相电流检测电路设计在一块PCB板上；控制板包含：微控制器(MCU)、隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路设计在另一块PCB板上。功率驱动板和控制板之间采用排线或排针连接。
本领域技术人员可以理解的是，本实用新型中涉及到的相关模块及其实现的功能是在改进后的硬件及其构成的装置、器件或系统上搭载现有技术中常规的计算机软件程序或有关协议就可实现，并非是对现有技术中的计算机软件程序或者有关协议进行改进。例如，改进后的计算机硬件系统依然可以通过装载现有的软件操作系统来实现该硬件系统的特定功能。因此，可以理解的是，本实用新型的创新之处在于对现有技术中硬件模块连接组合关系，而非仅仅是对硬件模块中为实现有关功能而搭载的软件或协议的改进。
本领域技术人员可以理解的是，在本实用新型中，通过采集母线电压，三相输出电压和三相输出电流，通过控制器内部算法估算出转子位子及转速，该方法可以通过“改进的永磁同步电动机位置估算方法”进行计算；微控制器(MCU)用于采集永磁同步电机母线电压、三相输出电压、三相输出电流及故障信息，经过MCU的电机转子位置及转速估算算法及磁场定向算法(FOC)输出控制信号完成永磁同步电机驱动，该方法可以通过“基于FOC的PMSM速度控制系统的研究”来实现。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的保护范围当中。
Claims (5)
1.一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，其特征在于，包括低压侧和高压侧；所述低压侧与高压侧之间通过隔离模块隔离；
所述低压侧包括DC/DC模块，所述高压侧包括功率模块、微控制器、母线电压检测电路、三相电压检测电路和三相电流检测电路；所述隔离模块包括隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路；
所述功率模块分别与直流母线、微控制器、永磁同步电机母线、隔离DC/DC电路连接；所述微控制器还分别与隔离CAN电路、光耦隔离电路连接，所述微控制器还经过稳压器与隔离DC/DC电路连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，其特征在于，所述三相电压检测电路包括电压采集电路和放大电路，所述电压采集电路的输出端与所述放大电路的输入端电连接；电压采集电路的输入端与直流母线连接，放大电路的输出端与微控制器连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，其特征在于，所述功率模块、母线电压检测电路、三相电压检测电路及三相电流检测电路设置于同一块电路板上。
4.根据权利要求3所述的一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，其特征在于，所述微控制器、隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路设置于同一块电路板上。
5.根据权利要求4所述的一种基于无位置传感的新能源汽车空调压缩机电机驱动器，其特征在于，用于设置功率模块、母线电压检测电路、三相电压检测电路及三相电流检测电路的电路板与用于设置微控制器、隔离DC/DC电路、隔离CAN电路及光耦隔离电路的电路板之间通过排线或插排连接。
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2023245480A1 (zh) * | 2022-06-22 | 2023-12-28 | 深圳市大疆创新科技有限公司 | 相电压采样电路的故障检测方法、装置及可移动平台 |
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2018
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