專利名稱：車用永磁交流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于車用控制裝置范圍，尤其是以微處理器和電力電子器件 為核心的電動(dòng)汽車用永磁交流高電壓起動(dòng)/發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
發(fā)展電動(dòng)汽車是解決當(dāng)前日益嚴(yán)重的能源和環(huán)境問題的有效手段， 一體 化起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)是提高電動(dòng)汽車性能的關(guān)鍵技術(shù)之一 。
將傳統(tǒng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)上的起動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)整合成一個(gè)電機(jī)，并應(yīng)用一個(gè)控 制器集起動(dòng)和發(fā)電功能于一體的起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、 節(jié)約空間的優(yōu)勢(shì)。發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)或需要輔助動(dòng)力時(shí)，電機(jī)以電動(dòng)方式運(yùn)行；汽 車正常運(yùn)行時(shí)，電機(jī)工作在發(fā)電方式，為車載用電設(shè)備提供電能。由于實(shí)現(xiàn) 了瞬間起動(dòng)和提供動(dòng)力輔助功能，發(fā)動(dòng)機(jī)可以根據(jù)汽車運(yùn)行工況進(jìn)行怠速熄 火和提供助力，因此， 一體化起動(dòng)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)能夠提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和 動(dòng)力性。
永磁交流電機(jī)具有高功率密度、高效率的特點(diǎn)，因而在一體化起動(dòng)/發(fā)電 機(jī)應(yīng)用中更具競(jìng)爭(zhēng)力。在電動(dòng)汽車中，要實(shí)現(xiàn)動(dòng)力輔助及大容量高效發(fā)電功 能，電機(jī)系統(tǒng)容量較大，通?？蛇_(dá)6kW以上，供電電壓較高，甚至可達(dá)400V 以上等級(jí)。為了獲得更好的性能，控制算法相對(duì)也比較復(fù)雜，對(duì)微處理器的 數(shù)據(jù)處理能力及接口資源要求很高。
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型是針對(duì)應(yīng)用于高電壓一體化永磁交流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)而提供了 一 種電機(jī)控制系統(tǒng)，該控制系統(tǒng)可應(yīng)用于高達(dá)500V電壓等級(jí)的電動(dòng)車輛，能夠 完成復(fù)雜控制算法并具有豐富的接口資源，有助于提高電動(dòng)車輛的性能。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取了如下技術(shù)方案。本控制系統(tǒng)包括 數(shù)字核心電路、信號(hào)調(diào)理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和電源轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)調(diào)理電 路包括PWM控制信號(hào)處理電路、電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路、位置信號(hào)處理電 路和通信接口電路。功率驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)電路和功率電路。電源電路為以上各部分提供電源。
數(shù)字核心電路中的六路PWM輸出端與信號(hào)調(diào)理電路中的PWM控制信號(hào) 處理電路的六個(gè)輸入端相連，PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸出端與功率驅(qū) 動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)電路的六個(gè)輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與功率電路相連。
所述的電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路的輸入端與功率電路相連，輸出端與數(shù) 字核心電路相連。
所述的位置信號(hào)處理電路的輸入端與永磁交流電機(jī)中的光電編碼器信號(hào) 輸出端相連，輸出端與數(shù)字核心電路相連。
所述信號(hào)處理電路中的通信接口電路的一端與數(shù)字核心電路，另一端與 整車控制器相連。
所述的功率驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)電路包括六片驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片選用的 是英飛凌公司的無磁芯1ED020I12-F驅(qū)動(dòng)芯片，六片驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端分別 與PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸出端相連。功率電路采用西門子公司耐壓 1200V的PIM模塊，六片驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端分別接PIM模塊的控制信號(hào)管腳。
該控制系統(tǒng)通過數(shù)字核心電路配合信號(hào)處理電路、供電電源電路、電力 電子器件驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成的外圍電路，根據(jù)整車的控制器指令控制電機(jī)的電動(dòng) 運(yùn)行和發(fā)電運(yùn)行。
本控制系統(tǒng)采用了耐壓1200V的PIM模塊及其驅(qū)動(dòng)芯片，系統(tǒng)的集成度 高、體積小、可靠性好；適用的母線電壓范圍寬，可用于高達(dá)500V等級(jí)的電 動(dòng)車輛；高性能DSP的應(yīng)用使該系統(tǒng)能夠完成復(fù)雜控制算法并具有豐富的接 口，有助于提高電動(dòng)車輛的性能。

圖1為總體結(jié)構(gòu)圖
圖2為24V轉(zhuǎn)隔離電源
圖3為位置檢測(cè)及處理電路
圖4為PWM控制信號(hào)處理電路
圖5為電流檢測(cè)及處理電路
圖6為通信接口電路圖7為功率驅(qū)動(dòng)電路
圖中1、數(shù)字核心電路，2、信號(hào)調(diào)理電路，3、功率驅(qū)動(dòng)電路，4、電源 轉(zhuǎn)換電路。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明。
本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，包括數(shù)字核心電路1、信號(hào)調(diào)理電路2、 功率驅(qū)動(dòng)電路3和電源轉(zhuǎn)換電路4四部分。信號(hào)調(diào)理電路2包括PWM控制信 號(hào)處理電路、電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路、位置信號(hào)處理電路和通信接口電路。 功率驅(qū)動(dòng)電路3包括驅(qū)動(dòng)電路好和功率電路。電源電路4包括24V轉(zhuǎn)成多路 隔離電源(+5￥/-5￥、15￥、+15￥/-15￥等)。數(shù)字核心電路1是由TMS320LF2407 或TMS320LF2812及外圍擴(kuò)展電路構(gòu)成的DSP最小系統(tǒng)，DSP最小系統(tǒng)與信 號(hào)調(diào)理電路2通過兩個(gè)雙排34針接插件直接相連，其他各個(gè)部分間通過接插 件互連。圖中所標(biāo)PMSM為永磁交流電機(jī)。
電源部分由多個(gè)開關(guān)電源模塊、電容組成。本實(shí)施例采用24V直流供電， 經(jīng)過多個(gè)開關(guān)電源模塊變換為所需的多路隔離電源，變換出來的各路電源接 到相應(yīng)模塊的電源端。其具體電路圖如圖2所示，包括NR1524LS、NR0524LS、 BSD5-24S05-W、 BSD5-05D15-W等與相應(yīng)輸入端電源、輸入電容、輸出電容 的連接。
位置信號(hào)處理電路的具體電路圖如圖3所示，由兩片差分信號(hào)處理芯片 和三片光耦隔離芯片(選用HCPL2531)及一些電阻構(gòu)成。差分信號(hào)處理芯片 Ul、 U2的輸入(,、爿-、B+、 &、 Z+、 Z-、 "+、 "-、 r、卜、『+、『-) 與光電編碼器相連，差分信號(hào)輸出連接到3片高速光耦芯片U3、 U4、 U5的 輸入端，光耦隔離的輸出連接DSP的CAP1 CAP6管腳。光電編碼器輸出的 是5V差分信號(hào)，每路信號(hào)隨著轉(zhuǎn)子位置的不同而改變，這樣DSP中的QEP 單元的能讀出轉(zhuǎn)子相對(duì)應(yīng)的位置信息。
PWM控制信號(hào)處理電路如圖4所示，由3個(gè)高速光耦隔離芯片及若干電 阻構(gòu)成。電路包括三部分結(jié)構(gòu)相同的電路，其中光電耦合器的輸入端經(jīng)過接 插件與數(shù)字核心電路l中的6路PWM輸出端PWM1 PWM6管腳相連，高速
5光耦的輸出端經(jīng)過接插電路與功率驅(qū)動(dòng)電路3中的驅(qū)動(dòng)電路的6個(gè)驅(qū)動(dòng)芯片 的輸入管腳Q1 Q6相連。下面以其中一路為例說明。DSP輸出的控制信號(hào) PWM1 PWM2連接至高速光耦芯片U2的相應(yīng)輸入端，經(jīng)過高速光耦隔離將 處理器輸出的3.3VPWM控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為TTL電平的信號(hào)Q1 Q2， Q1 Q2 接至驅(qū)動(dòng)電路的輸入端。同理，其它兩部分電路分別對(duì)PWM3 PWM4、 PWM5 PWM6進(jìn)行處理。
電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路如圖5所示，由電流傳感器、運(yùn)算放大器OP27、 電阻、電容、穩(wěn)壓管及相應(yīng)連接而成。本部分為兩路對(duì)稱結(jié)構(gòu)，分別對(duì)電機(jī) 三相中的某一相進(jìn)行電流檢測(cè)及處理，下面以其中一路電路為例說明。電流 傳感器輸出A相電流信號(hào)IA至Rl進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)經(jīng)過R3、 Cl-l低通 濾波，送至OP27， OP27配合相應(yīng)的電阻、電容對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理，再經(jīng) 過穩(wěn)壓管Dl 、 D2連接至DSP的ADCIN00管腳，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)電流的檢
通信接口電路如圖6所示，由MAX3232芯片及相應(yīng)的電阻電容構(gòu)成， MAX3232的收發(fā)端口連接DSP的SCI端口 。 MAX3232提供串口驅(qū)動(dòng)，由 SCIRXD/IOPAl、 SCITXD/IOPA0連接至DSP處理器相同標(biāo)識(shí)的管腳。 功率驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)如圖7所示，由1ED020I12-F驅(qū)動(dòng)芯片、IGBT模塊 FP25R12KE3、電阻、電容、快恢復(fù)二極管、穩(wěn)壓管及相應(yīng)的連接而構(gòu)成，通 過PWM信號(hào)Q1 Q6控制驅(qū)動(dòng)模塊，從而控制電機(jī)的工作。該部分有6路對(duì) 稱的獨(dú)立驅(qū)動(dòng)電路，結(jié)合相應(yīng)的電阻、電容、穩(wěn)壓管、二極管及連接對(duì)Q1 Q6 六路信號(hào)進(jìn)行處理。以其中的一路為例說明?？刂菩盘?hào)接至U51的輸入端 IN-， U51的DESAT管腳經(jīng)電阻Rl-3、快恢復(fù)二極管Dl接至受控IGBT的 集電極，U51的輸出信號(hào)pwml、 coml接至FP25R12KE3的相應(yīng)管腳；其中 U51為1ED020I12-F驅(qū)動(dòng)芯片，ZENERll為15V的穩(wěn)壓管，ZENER12為5V 穩(wěn)壓管，Dl為耐壓1000V以上的快恢復(fù)二極管。同理，其它五路驅(qū)動(dòng)電路分 別對(duì)Q2 Q6進(jìn)行處理，輸出信號(hào)pwm2 pwm6、 com2 com6連接至 FP25R12KE3的相應(yīng)管腳。功率模塊的母線直流輸入接直流電源，F(xiàn)B管腳、 GNDD分別接正、負(fù)極，IGBT三相輸出與電機(jī)連接。
權(quán)利要求1、車用永磁交流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)，包括數(shù)字核心電路(1)、信號(hào)調(diào)理電路(2)、功率驅(qū)動(dòng)電路(3)和電源轉(zhuǎn)換電路(4)；信號(hào)調(diào)理電路(2)包括PWM控制信號(hào)處理電路、電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路、位置信號(hào)處理電路和通信接口電路；功率驅(qū)動(dòng)電路(3)包括驅(qū)動(dòng)電路和功率電路；電源轉(zhuǎn)換電路(4)為以上各部分提供電源；數(shù)字核心電路(1)中的六路PWM輸出端與信號(hào)調(diào)理電路(2)中的PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸入端相連，PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸出端與功率驅(qū)動(dòng)電路(3)中的驅(qū)動(dòng)電路的六個(gè)輸入端相連，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與功率電路相連；所述的電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路的輸入端與功率電路相連，輸出端與數(shù)字核心電路(1)相連；所述的位置信號(hào)處理電路的輸入端與永磁交流電機(jī)中的光電編碼器信號(hào)輸出端相連，輸出端與數(shù)字核心電路(1)相連；所述信號(hào)處理電路中的通信接口電路的一端與數(shù)字核心電路(1)，另一端與整車控制器相連；其特征在于所述的功率驅(qū)動(dòng)電路(3)中的驅(qū)動(dòng)電路包括六片驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片選用的是英飛凌公司的無磁芯1ED020I12-F驅(qū)動(dòng)芯片，六片驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端分別與PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸出端相連；功率電路為西門子公司的PIM模塊，六片驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端分別接PIM模塊的控制信號(hào)管腳。
專利摘要本實(shí)用新型屬于車用控制裝置范圍，具體為車用永磁交流起動(dòng)/發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)。包括數(shù)字核心電路、信號(hào)調(diào)理電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和電源轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)調(diào)理電路包括PWM控制信號(hào)處理電路、電流信號(hào)檢測(cè)及處理電路、位置信號(hào)處理電路和通信接口電路。功率驅(qū)動(dòng)電路包括驅(qū)動(dòng)電路和功率電路。功率驅(qū)動(dòng)電路中的驅(qū)動(dòng)電路包括六片驅(qū)動(dòng)芯片，驅(qū)動(dòng)芯片選用的是英飛凌公司的無磁芯1ED020I12-F，六片驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端分別與PWM控制信號(hào)處理電路的六個(gè)輸出端相連。功率電路選用的是西門子公司的PIM模塊。本控制系統(tǒng)可應(yīng)用于高達(dá)500V電壓等級(jí)的電動(dòng)車輛，能夠完成復(fù)雜控制算法并具有豐富的接口資源，有助于提高電動(dòng)車輛的性能。
文檔編號(hào)B60L7/10GK201398166SQ200920107030
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月15日
發(fā)明者帥 劉, 許家群 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)