專利名稱：電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電機(jī)電子控制技術(shù)，特別涉及電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器。
技術(shù)背景
隨著大功率半導(dǎo)體器件、微電子技術(shù)的快速發(fā)展，電力電子這一新的邊緣 學(xué)科也與之迅猛的發(fā)展起來，這主要體現(xiàn)在采用電子控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)的調(diào)速 控制上，特別如采用電子調(diào)速器控制的直流電機(jī)系統(tǒng)，該技術(shù)的成功開發(fā)應(yīng) 用對(duì)于電動(dòng)汽車的快速發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。
目前，直流電機(jī)的電子調(diào)速器主要采用脈寬調(diào)速原理對(duì)電機(jī)進(jìn)行調(diào)壓"^ 流控制，以達(dá)到電機(jī)調(diào)速之目的，脈寬調(diào)速的功率部件可為場效應(yīng)管、可控 硅晶閘管、絕緣柵雙極晶體管等大功率半導(dǎo)體器件，脈寬調(diào)速的控制部件目 前一般多采用專用pic單片機(jī)芯片?，F(xiàn)有較普遍采用的絕緣柵雙極晶體管電 機(jī)電子調(diào)速器主要存有二個(gè)缺陷， 一是，為保護(hù)大功率雙極晶體管、在pwm 關(guān)斷時(shí)為電機(jī)電流提供續(xù)流回路，均普遍采用二極管續(xù)流，而經(jīng)測(cè)試二極管 續(xù)流功耗高，易造成調(diào)速器發(fā)熱，使過載能力差，易燒損；二是，未能較好 的解決制動(dòng)能量再生回收問題。 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是，提供一種功耗低，過載能力強(qiáng)，再生 制動(dòng)效果好的電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器。本電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器包括啟動(dòng)開關(guān)、油門踏板、制動(dòng)開關(guān)、 電源模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率輸出控制模塊、功率輸出模塊、續(xù)流電路、 串激直流電機(jī)、過流和過熱保護(hù)電路，特征在于，所述脈寬調(diào)制模塊由可產(chǎn)
生高頻脈寬調(diào)制信號(hào)PWM的TL494芯片構(gòu)成；所述功率輸出控制模塊由 M57962L豳?zèng)_放大芯片構(gòu)成，其輸入端與脈寬調(diào)制模塊TL494芯片之輸出端 相連接，其輸出端連接功率輸出模塊；所述功率輸出模塊由功率半導(dǎo)體開關(guān) 管U1構(gòu)成，所述續(xù)流電路由與功率半導(dǎo)體開關(guān)管U1相串聯(lián)、起續(xù)流作用的 半導(dǎo)體功率開關(guān)管U2構(gòu)成，其串接Q點(diǎn)接直流電機(jī)M;所述半導(dǎo)體功率開 關(guān)管U1、 U2為絕緣柵雙極晶體管IGBT;直流電機(jī)M回路接有平滑電感L。
本實(shí)用新型的所產(chǎn)生的積極效果在于，采用專用單片機(jī)高頻脈寬調(diào)制 TL494芯片和專用功率輸出驅(qū)動(dòng)M57962L脈沖放大芯片，使電路簡化，控制 靈敏；采用絕緣柵雙極晶體管U1 IGBT作功率輸出，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，與負(fù)載 匹配好；采用絕緣柵雙極晶體管U2 IGBT代替常規(guī)續(xù)流二極管，可使續(xù)流 功耗較大降低，可有效避免調(diào)速器的發(fā)熱燒毀，提高了能源利用效率，同時(shí) 還用于制動(dòng)再生；采用DO"DC直流一交流一直流電^t變模塊，使控制線 路電源穩(wěn)定，整機(jī)運(yùn)行可靠。電機(jī)M回路接有電感L，可平滑電機(jī)電樞電流。


附圖l本實(shí)用新型電路構(gòu)造原理圖
附圖2本實(shí)用新型驅(qū)動(dòng)開關(guān)管IJ1和續(xù)流開關(guān)管IJ2之柵極驅(qū)動(dòng)波形圖具體實(shí)施方式
附圖1給出了本實(shí)用新型一種具體實(shí)施方式
，其電路連接為電池組BATT 正極接電源開關(guān)Kl,經(jīng)保險(xiǎn)RD接繼電器J之觸點(diǎn)K2，再連接Ul IGBT之IGBT之C2極，由U2 IGBT之E2極至BATT 負(fù)極；脈寬調(diào)制芯片TL494其一路輸出接脈沖控制芯片F(xiàn), F之輸出接繼電 器J,同時(shí)并接輸出接風(fēng)扇電機(jī)ml、 m2、 m3。脈寬調(diào)制芯片TL494之第二 路輸出接功率輸出控制芯片M57962L， MS7962L之輸出連接Ul IGBT之 Gl、 El扭；脈寬調(diào)制芯片TL494之第三路輸出接功率輸出控制芯片 M57962L， M57962L之輸出連接U2 IGBT之G2、 E2極。設(shè)于二只功率開 關(guān)管U1、 U2旁的溫度傳感器T1、 T2分別接TL494芯片之輸入端。Ul、 U2 之串接點(diǎn)Q經(jīng)平滑電感L接負(fù)載電機(jī)M。電源、電機(jī)處分別設(shè)有霍爾電流傳 感器Ml和M2,并分別與TL494芯片之輸入端相連接。油門踏板信號(hào)Y和 制動(dòng)信號(hào)Z分別接TL494芯片之輸入端。電源逆變DC—DC模塊其輸入為 電池組BATT(正極由保險(xiǎn)RD之后引出)，其輸出有二路，15VDC和12VDC, 其中15VDC作為TL494芯片之電源，12VDC作為功率輸出控制芯片 M57962L和繼電器J脈沖控制芯片F(xiàn)之電源。繼電器J之觸點(diǎn)F并接有大電 阻R。繼電器觸點(diǎn)K2之后接有濾波電容C。以下簡述其工作原理
驅(qū)動(dòng)工作時(shí)，合電源開關(guān)Kl，踩油門踏板給加速信號(hào)，當(dāng)加速信號(hào)達(dá)到 驅(qū)動(dòng)門坎值之后，脈寬調(diào)制TL494芯片給出邏輯控制信號(hào)至繼電器脈沖控制 芯片F(xiàn),由F控制繼電器J動(dòng)作，使K2閉合，接通電池組BATT電源。繼 而脈寬調(diào)制TL494芯片給出PWM脈寬調(diào)制信號(hào)至功率驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Ul和續(xù) 流開關(guān)管U2之控制芯片M57962L，并通過M57鄰2L分別驅(qū)動(dòng)控制Ul IGBT和U2 IGBT,使二者均處于高頻PWM開關(guān)狀態(tài)，且，Sii^t TL494 的軟件設(shè)定，使TL494其輸出確保在U1 IGBT導(dǎo)通時(shí)而U2 IGBT關(guān)斷， Ul IGBT關(guān)斷時(shí)而U2 IGBT導(dǎo)通，使續(xù)流開關(guān)管U2跟隨驅(qū)動(dòng)開關(guān)管Ul工作，二者工作波形極性相反，如附圖2所示，如此，當(dāng)U1 IGBT處于一 個(gè)PWM脈沖周期的導(dǎo)通時(shí)間，(此時(shí)間U2 IGBT關(guān)斷)，IGBT給驅(qū)動(dòng)電 機(jī)M驅(qū)動(dòng)電流，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力矩，該驅(qū)動(dòng)電流之回路為經(jīng)電源BATT正極經(jīng) 過K1、 RD、 Ml、 K2、 IGBT、 Q點(diǎn)、電感L、 M2、電機(jī)M、回至電源負(fù)極， IGBT所^T驅(qū)動(dòng)電流之大小取決于PWM導(dǎo)通角即占空fcfc^大小，導(dǎo)通角越 大，加在電機(jī)上的電壓就越高，提供給電機(jī)的平均驅(qū)動(dòng)電流就越大，電機(jī)轉(zhuǎn) 速就越高，導(dǎo)通角之大小是TL494根據(jù)油門踏板，之大小以及霍爾電流傳 感器Ml的電流反饋信號(hào)之大小自動(dòng)調(diào)節(jié)。而當(dāng)Ul IGBT處于一個(gè)PWM 脈沖周期的關(guān)斷時(shí)間，此時(shí)U2 IGBT導(dǎo)通，電機(jī)M電樞電流則ilil導(dǎo)通的 U2 IGBT續(xù)流，因續(xù)流開關(guān)管U2 IGBT的導(dǎo)通電阻很小，相對(duì)于續(xù)流二 極管其續(xù)流功耗降低很多，因此有效的降低了總功耗，提高了電能利用效率。
制動(dòng)再生時(shí)，抬起油門踏板，即關(guān)斷了油門加速信號(hào)，同時(shí)打開制動(dòng)開關(guān)， 制動(dòng)信號(hào)輸入給脈寬調(diào)制TL494芯片，TL494則輸出控制邏輯信號(hào)和PWM 脈沖信號(hào)，使U1 IGBT在整個(gè)制動(dòng)過程一致關(guān)斷，而使U2 IGBT在整個(gè) 制動(dòng)過程一致處于開關(guān)狀態(tài)，且，在一個(gè)PWM脈沖周期的導(dǎo)通時(shí)間，制動(dòng) 電流將由電機(jī)M電樞的正極流出，經(jīng)過電流傳感器M2、電感L 、 Q點(diǎn)、U2 IGBT、流回電機(jī)電樞負(fù)極；而在一個(gè)PWM脈沖周期的關(guān)斷時(shí)間，制動(dòng)電流 則將由電機(jī)M電樞的正極流出，經(jīng)過電流傳感器M2、電感L 、 Q點(diǎn)、經(jīng)過 與Ul IGBT反并接的二極管m 、 K2、電流傳感器M1、 RD和K1、至電 池BATT正極，給電池充電，由電池負(fù)極流回至電機(jī)電樞負(fù)極，構(gòu)成充電回 路，實(shí)現(xiàn)了制動(dòng)能量再生回收。
TL494 Mii霍爾電流傳感器Ml和M2，采集電源端和電機(jī)端的電流信號(hào)，當(dāng)信號(hào)達(dá)到或超過規(guī)定值時(shí)，說明過流，則由TL494輸出封鎖信號(hào)，使Ul IGBT和U2 IGBT截止，實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。TL494通過溫度傳感器Tl、 T2， 采集U1 IGBT和U2 IGBT的溫度信號(hào)，當(dāng)信號(hào)達(dá)到或超過規(guī)定值時(shí)，說 明功率開關(guān)管過熱，則由TL494輸出封鎖信號(hào)，使U1 IGBT和U2 IGBT 截止，起lj過熱保護(hù)。
上述具體實(shí)施方式
中，TL494為專用單片機(jī)脈寬調(diào)制、PWM波形脈沖發(fā) 生器芯片，同時(shí)也產(chǎn)生邏輯控制信號(hào)。驅(qū)動(dòng)控制芯片M57962L為脈沖放大控 制芯片，同時(shí)內(nèi)置有輸入光偶隔離電路，具有很強(qiáng)的抗干擾性。電池組BATT 由10組鋰電池串聯(lián)而成，每組為12V/ 150Ah。電機(jī)M為串勵(lì)直流電機(jī)，功 率20KW。 Ul 、U2選用耐壓600V工作電流3柳A的絕緣柵雙極晶體管IGBT。 電阻R選用2K7鄰W。 Cl選用lOOOu F / 600V。 Ml、 M2為4柳A變100mA 的霍爾電流傳感器。Tl、 T2為651C動(dòng)作的溫度傳感器。風(fēng)扇ml、 m2、 m3 選用12V / 0.5A,為調(diào)速器及電機(jī)提供散熱。
權(quán)利要求1、電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器，包括啟動(dòng)開關(guān)、油門踏板、制動(dòng)開關(guān)、電源模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率輸出控制模塊、功率輸出模塊、續(xù)流電路、串激直流電機(jī)、過流和過熱保護(hù)電路，其特征是，所述脈寬調(diào)制模塊由可產(chǎn)生高頻脈寬調(diào)制信號(hào)PWM的TL494芯片構(gòu)成；所述功率輸出控制模塊由M57962L脈沖放大芯片構(gòu)成，其輸入端與脈寬調(diào)制模塊TL494芯片之輸出端相連接，其輸出端連接功率輸出模塊；所述功率輸出模塊由功率開關(guān)管U1構(gòu)成；所述續(xù)流電路由與功率開關(guān)管U1相串聯(lián)、起續(xù)流作用的功率開關(guān)管U2構(gòu)成，其串接Q點(diǎn)接負(fù)載直流電機(jī)M。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器，其特征是， 所述功率開關(guān)管Ul、 U2為絕緣柵雙極晶體管IGBT。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器，其特征 是，所述電源模塊為DC-DC電源逆變模塊，其輸入為直流電池組 BATT，其輸出為1SVDC及12VDC;直流電機(jī)M回路接有平滑電感
專利摘要電動(dòng)汽車用直流電機(jī)電子調(diào)速器涉及電機(jī)電子控制技術(shù)。包括啟動(dòng)開關(guān)、油門踏板、制動(dòng)開關(guān)、電源模塊、脈寬調(diào)制模塊、功率控制模塊、功率輸出模塊、串激直流電機(jī)、過流和過熱保護(hù)電路。功率輸出模塊為絕緣柵雙極晶體管U1 IGBT，并串聯(lián)一個(gè)起續(xù)流作用的雙極晶體管U2 IGBT，其串接點(diǎn)Q接直流電機(jī)M。本實(shí)用新型所產(chǎn)生的積極效果在于，高度集成，電路簡化，控制靈敏；采用絕緣柵雙極晶體管IGBT U1作功率輸出，與負(fù)載匹配好；采用IGBT U2代替常規(guī)續(xù)流二極管，可使續(xù)流功耗較大降低，可有效避免調(diào)速器的發(fā)熱燒毀，同時(shí)還用于制動(dòng)再生；采用DC-DC電源逆變模塊，使控制線路電源穩(wěn)定；電機(jī)回路串接有電感L，使電機(jī)電流更加平穩(wěn)。
文檔編號(hào)B60L15/20GK201309430SQ20082017879
公開日2009年9月16日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月14日
發(fā)明者唐明輝, 張岐亮, 王建強(qiáng) 申請(qǐng)人:唐明輝