專利名稱：永磁直流無刷電機(jī)控制器總成的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于電動車領(lǐng)域，尤其涉及一種涉及永磁直流無刷電機(jī)的控制器總成。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的日益加劇和環(huán)境壓力的增加，電動汽車代替?zhèn)鹘y(tǒng)的燃油汽車已經(jīng)是成為一個必然趨勢。特別是我國石油大量靠進(jìn)口的現(xiàn)狀，使得這一趨勢尤為突出。發(fā)展電動汽車將是中國汽車工業(yè)的一個突破口。這是因為中國的能源安全問題和環(huán)境保護(hù)問題，很難想象中國每戶家庭都擁有一部汽車所帶來的負(fù)面影響。電動汽車主要有純電動汽車、混合動力電動汽車和燃料電池電動汽車三種類型。目前，混合動力汽車成本居高，燃料電池的許多關(guān)鍵技術(shù)還處于研發(fā)試驗階段，只有純電動汽車相對比較成熟，初步形成了關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)能力。純電動汽車應(yīng)用技術(shù)作為當(dāng)今汽車行業(yè)高新技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，它涉及車輛工程、電動驅(qū)動技術(shù)、控制技術(shù)、電池技術(shù)等領(lǐng)域的核心技術(shù)。其中電機(jī)驅(qū)動技術(shù)是電動汽車的關(guān)鍵技術(shù)之一。電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)(電機(jī)控制器)可以說是電動汽車的心臟。實現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率控制，以及制動能量回收等功能。目前，國內(nèi)新能源汽車還剛剛起步，相應(yīng) 的電機(jī)控制器產(chǎn)品驅(qū)動技術(shù)還不成熟，一些關(guān)鍵技術(shù)還處于研發(fā)試驗階段，在控制器的硬件電路、軟件控制策略及結(jié)構(gòu)等方面都存在許多缺陷。就無刷直流(Brusheless Directcrreent, BLDC)電機(jī)控制器來說，主要存在的問題有I、功率驅(qū)動一般采用3個絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊(或6個IGBT模塊)，并配6個IGBT驅(qū)動模塊及外圍電路來實現(xiàn)電機(jī)的功率驅(qū)動，因硬件電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外圍器件多，系統(tǒng)可靠度較低。2、控制核心一般采用8位(或16位)工業(yè)級微控(Micro Control Unit，MCU)芯片，其能力不能滿足系統(tǒng)高穩(wěn)定性的同時，要求高動態(tài)響應(yīng)的需求，可靠性也差。3、系統(tǒng)內(nèi)部的低壓(+5V)電源一般共用，連接在一起；當(dāng)某局部電源輸出故障時，整個系統(tǒng)將失控，產(chǎn)品的可靠性、系統(tǒng)安全性低。4、IGBT的溫度檢測一般采用熱敏電阻緊貼散熱器底板的方式，不能準(zhǔn)確、即時地反映出IGBT內(nèi)部結(jié)溫，當(dāng)?shù)装鍦囟冗_(dá)到限值時，IGBT可能已經(jīng)失效，不能有效實現(xiàn)超溫保護(hù)功能，可靠性較低。5、電流檢測一般采用在輸出端套電流傳感器檢測兩相電流，通過軟件計算得出第三相電流(或母線電流)的方式。當(dāng)出現(xiàn)異常時，存在響應(yīng)滯后，不能有效實現(xiàn)過流保護(hù)的功能，可靠性較低。綜上所述，現(xiàn)有的技術(shù)存在不便與缺失之處，有必要加以改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本實用新型提供涉及永磁直流無刷電機(jī)的控制器總成。為了達(dá)到上述的目的，本實用新型的技術(shù)方案如下一種永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，包括一絕緣柵雙極型晶體管模塊，與無刷直流電機(jī)電連接；一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路，一端與該絕緣柵雙極型晶體管模塊電連接；一電機(jī)控制模塊電路，與該一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路的另一端電連接。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該絕緣柵雙極型晶體管模塊電路與無刷直流電機(jī)之間還設(shè)有監(jiān)測電流的電流傳感器。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路內(nèi) 設(shè)有各相互電連接的電源逆變電路、信號邏輯電路、絕緣柵雙極型晶體管輸出控制電路、母線電壓檢測電路和一保護(hù)電路。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該保護(hù)電路為絕緣柵雙極型晶體管溫度檢測電路。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該電機(jī)控制模塊電路包括一微控芯片，一智能功率模塊，電連接該微控芯片；數(shù)個信號處理電路，電連接該微控芯片；風(fēng)機(jī)控制電路，電連接該微控芯片；內(nèi)部故障指示電路，電連接該微控芯片；12v電源輸出控制電路，電連接該微控芯片；12v輸出電流控制電路，電連接該微控芯片；Pwm信號輸出邏輯控制電路，電連接該微控芯片。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該智能功率模塊內(nèi)設(shè)有至少一個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該智能功率模塊內(nèi)設(shè)有六個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該電機(jī)控制模塊電路、絕緣柵雙極型晶體管模塊以及絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路都采用獨立低壓差電源芯片供電。所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其中，該智能功率模塊以及微控芯片都采用獨立低壓差電源芯片供電。該微控芯片的主頻為80MHz。通過上述技術(shù)方案，本實用新型采用電機(jī)控制模塊電路、絕緣柵雙極型晶體管模塊、絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路、智能功率模塊以及微控芯片，不僅實現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率控制，以及制動能量回收，同時可實現(xiàn)永磁直流無刷電機(jī)的超溫保護(hù)，同時在電源不穩(wěn)定時，起到自我保護(hù)作用，為其電動車的廣泛使用奠定基礎(chǔ)。此外，本實用新型集成化程度高，電路結(jié)構(gòu)簡單，器件少，可靠性高且占用的空間尺寸小，安裝方便等諸多優(yōu)點。

為更進(jìn)一步了解本實用新型的特征及技術(shù)內(nèi)容，請參閱以下有關(guān)本實用新型的附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明用，并非用來對本實用新型加以限制。[0034]圖I為本實用新型永磁直流無刷電機(jī)控制器總成的系統(tǒng)電路框圖；圖2為本實用新型圖I中MCU局部放大圖；圖3為本實用新型圖I中IGBT驅(qū)動模塊電路的飛放大圖；圖4為本實用新型智能功率模塊的放大圖。附圖編號I絕緣柵雙極型晶體管模塊2絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動模塊電路
21電源逆變電路22信號邏輯電路23絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動輸出控制電路24母線電壓檢測電路25 IGBT溫度檢測電路3電機(jī)控制模塊電路31微控芯片32智能功率模塊32 15v電源電路33 12v電源輸出控制電路34 12v輸出電流檢測電路35 pwm信號輸出邏輯控制電路36信號處理電路五個37風(fēng)機(jī)控制電路38內(nèi)部故障指示39主繼電器驅(qū)動電路4電流傳感器5 BLDC 電機(jī)
具體實施方式
為更進(jìn)一步闡述本實用新型為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，請參閱以下有關(guān)本實用新型的詳細(xì)說明與附圖，相信本實用新型的目的、特征與特點，應(yīng)當(dāng)可以由此得到深入且具體的了解，然而附圖和實施方式僅提供參考與說明用，并非用來對本實用新型加以限制。本實用新型的基本思想是用于純電動汽車永磁直流無刷電機(jī)控制器，是屬于機(jī)電一體化領(lǐng)域電力電子設(shè)備中的智能控制模塊，實現(xiàn)對永磁直流無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩(或功率)控制，及制動能量回收等功能。如圖I所示，為本實用新型永磁直流無刷電機(jī)控制器總成的系統(tǒng)電路框圖。一種永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，控制該BLDC電機(jī)5，其包括一絕緣柵雙極型晶體管模塊1，一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路2以及一電機(jī)控制模塊電路3。該絕緣柵雙極型晶體管模塊I與BLDC電機(jī)電連接。該絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路2，一端與該絕緣柵雙極型晶體管模塊I電連接，另一端與該電機(jī)控制模塊電路3電連接。該絕緣柵雙極型晶體管模塊I與該BLDC電機(jī)之間還設(shè)有監(jiān)測電流的電流傳感器4。該電流傳感器4是在相電流輸出端兩相加的，本實用新型的本實施例中采用母線輸入端加I只電流傳感器，相電流輸出端兩相加電流傳感器的控制方式，從硬件上實時監(jiān)測輸入、輸出的電流情況，較同類產(chǎn)品僅監(jiān)測輸出端電流，通過軟件計算其它電流的控制方式，響應(yīng)速度
更快，可靠性更高。該絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路內(nèi)設(shè)有各相互電連接的電源逆變電路21、信號邏輯電路22、絕緣柵雙極型晶體管輸出控制電路23、母線電壓檢測電路24和一保護(hù)電路25。該保護(hù)電路25為絕緣柵雙極型晶體管溫度檢測電路。該溫度檢測電路通過對該傳感器信號的監(jiān)測與該電路處理，可即時、準(zhǔn)確地給MCU反饋超溫預(yù)警信號，由MCU即時、準(zhǔn)確的執(zhí)行保護(hù)措施，實現(xiàn)超溫保護(hù)功能，避免IGBT模塊過熱失效。較同類產(chǎn)品采用熱敏電阻緊貼散熱器底板的溫度檢測方式，能更準(zhǔn)確、即時反映IGBT本體內(nèi)部的溫度狀況，為準(zhǔn)
確、即時的實施保護(hù)措施提供了保障，可靠性更高。該電機(jī)控制模塊電路3包括一微控芯片(MCU)3、一智能功率模塊32、數(shù)個信號處理電路33、風(fēng)機(jī)控制電路34、內(nèi)部故障指示電路35、12v電源輸出控制電路36 ;12v輸出電流控制電路37、Pwm信號輸出邏輯控制電路38和主繼電器驅(qū)動電路39。該智能功率模塊32內(nèi)設(shè)有至少一個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。該智能功率模塊內(nèi)設(shè)有六個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。該電機(jī)控制模塊電路，絕緣柵雙極型晶體管模塊，絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路，該智能功率模塊以及微控芯片都采用獨立低壓差電源芯片供電。該微控芯片的主頻為80MHz。高效的內(nèi)核結(jié)構(gòu)，能滿足電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)高穩(wěn)定性的同時，高動態(tài)響應(yīng)的需求。請參看圖4，該智能功率模塊32中有五個相互獨立的+5V電源321，分別作為MCU、ADC、CAN、電機(jī)霍爾傳感器的供電電源的方式，實現(xiàn)各自獨立供電的功能。當(dāng)某個局部電源輸出出現(xiàn)故障時，其它電路都能正常工作，不會出現(xiàn)系統(tǒng)失控的現(xiàn)象。較同類產(chǎn)品采用共用(+5V)電源的供電方式，可靠性更高。解決了現(xiàn)有系統(tǒng)內(nèi)部的低壓(+5V)電源一般共用，連接在一起；當(dāng)某局部電源輸出故障時，整個系統(tǒng)將失控，產(chǎn)品的可靠性、系統(tǒng)安全性低的問題。如圖I至圖4具體來說，電機(jī)控制模塊電路接受到輸入信號(包括外部開關(guān)或模擬信號，內(nèi)部IGBT驅(qū)動電路反饋的故障信號、電流傳感器檢測的電流信號，以及電機(jī)的霍爾信號及溫度信號)后MCU進(jìn)行相應(yīng)算法處理，輸出相應(yīng)的PWM信號給IGBT驅(qū)動電路，若系統(tǒng)有故障時，輸出故障預(yù)警信號給儀表，顯示故障。如圖2 :控制核心芯片為MCU芯片。外部低壓電源(12V)輸入后，經(jīng)Dl 二極管、自復(fù)位保險絲后給系統(tǒng)提供低壓12V電源(VPP)，VPP電源經(jīng)電源芯片(IC7、IC8、IC9、IC12)處理后輸出四路+5V電壓信號(VDD、VDD_CAN、VDD_ADC、VDD_0UT)，分別作為MCU、ADC、CAN、電流傳感器及電機(jī)霍爾傳感器的供電電源(+5V)。IC7芯片采用英飛凌LDO電源專用芯片TLE4275G，自帶有復(fù)位功能，當(dāng)MCU檢測到系統(tǒng)輸入電壓異常時，可通過復(fù)位腳給VDD電源復(fù)位，起到保護(hù)功能。同時，MCU通過控制VPP-CTRL端，實時監(jiān)測VPPA端電壓，當(dāng)VPPA電壓過高或過低時，說明輸入的VPP電壓異常，系統(tǒng)即時進(jìn)入保護(hù)模式，防止系統(tǒng)故障發(fā)生。輸入的各項信號(如制動、倒車、電機(jī)正反轉(zhuǎn)等開關(guān)信號、加速踏板信號、電機(jī)電流信號、電機(jī)霍爾位置信號、母線電壓信號、電機(jī)溫度信號、IGBT溫度信號、箱體內(nèi)部溫度信號、故障反饋信號等)經(jīng)接口電路處理后送入MCU，由MCU根據(jù)輸入的信號狀態(tài)執(zhí)行相應(yīng)的控制程序，決定6路PWM控制信號的輸出及輸出波形，以及故障預(yù)警信號的輸出。再通過IGBT驅(qū)動電路及IGBT模塊來實現(xiàn)對電機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、正反轉(zhuǎn)控制，及散熱風(fēng)機(jī)的控制，系統(tǒng)保護(hù)及故障信號輸出預(yù)警等功能。電機(jī)控制模塊電路帶有2路CAN接口，通過CAN接口可實現(xiàn)故障診斷及參數(shù)標(biāo)定功能。電流信號是通過套在母線及電機(jī)兩根相線端的電流傳感器ICf IC3來檢測，檢測的電流信號經(jīng)電路濾波處理后送入MCU，當(dāng)檢測的電流信號電壓偏高時，表明電流異常，MCU進(jìn)入保護(hù)模式，斷開電流回路并輸出故障報警信號。由電機(jī)控制模塊電路輸出的12V電源經(jīng)Q16后進(jìn)行DC//DC電壓變換，輸出+15V，-8V電壓信號，作為IGBT模塊的驅(qū)動電源。電機(jī)控制模塊電路輸出的6路PWM信號經(jīng)濾波電路處理后，輸入到IGBT專用驅(qū)動芯片的輸入端，經(jīng)芯片邏輯處理后直接驅(qū)動IGBT模 塊，控制上橋、下橋IGBT的通斷。驅(qū)動芯片選用英飛凌智能芯片，當(dāng)監(jiān)測到IGBT模塊過流或欠壓等異常時，進(jìn)入故障保護(hù)模式，斷開IGBT驅(qū)動輸出信號，并給電機(jī)控制模塊電路反饋故障信號，同時IGBT驅(qū)動電路實時監(jiān)測IGBT模塊的溫度、母線電壓、PCB板溫度等信號，當(dāng)檢測到有異常時，通過控制驅(qū)動芯片的復(fù)位端斷開IGBT的驅(qū)動，并反饋故障信號給電機(jī)控制模塊電路，由MCU發(fā)出相應(yīng)保護(hù)指令，進(jìn)入保護(hù)模式，實現(xiàn)保護(hù)功能。IGBT模塊選用英飛凌智能功率模塊，該模塊集成封裝了 6個IGBT且內(nèi)置溫度傳感器。母線輸入電壓正極接上橋IGBT漏極，負(fù)極接下橋IGBT源極，3組上/下橋連接點分別接電機(jī)的3相繞阻，通過IGBT上、下橋的輪流交替導(dǎo)通實現(xiàn)電機(jī)的上電運轉(zhuǎn)。當(dāng)IGBT模塊溫度偏高時，溫度傳感器輸出阻值增大，信號經(jīng)反饋給MCU進(jìn)行保護(hù)處理。母線電壓VDC經(jīng)降壓處理后，送入Σ -Λ處理電路，實時監(jiān)測輸入的母線電壓值，并反饋給控制板MCU，當(dāng)監(jiān)測到VDC電壓過高或欠壓時，MCU進(jìn)行保護(hù)模式，防止系統(tǒng)出現(xiàn)故障，實現(xiàn)超溫保護(hù)的發(fā)明目的。綜上所述，本實用新型內(nèi)置溫度傳感器，該傳感器能即時、準(zhǔn)確地反映IGBT模塊內(nèi)部溫度狀況。本實用新型集成化程度高，電路結(jié)構(gòu)簡單，器件少，可靠性高且占用的空間尺寸小，安裝方便等諸多優(yōu)點。由技術(shù)常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內(nèi)或在等同于本實用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實用新型包含。
權(quán)利要求1.一種永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，包括 一絕緣柵雙極型晶體管模塊，與無刷直流電機(jī)電連接； 一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路，一端與該絕緣柵雙極型晶體管模塊電連接； 一電機(jī)控制模塊電路，與該一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路的另一端電連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該絕緣柵雙極型晶體管模塊與無刷直流電機(jī)之間還設(shè)有監(jiān)測電流的電流傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路內(nèi)設(shè)有各相互電連接的電源逆變電路、信號邏輯電路、絕緣柵雙極型晶體管輸出控制電路、母線電壓檢測電路和一保護(hù)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該保護(hù)電路為絕緣柵雙極型晶體管溫度檢測電路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該電機(jī)控制模塊電路包括 一微控芯片， 一智能功率模塊，電連接該微控芯片； 數(shù)個信號處理電路，電連接該微控芯片； 風(fēng)機(jī)控制電路，電連接該微控芯片； 內(nèi)部故障指示電路，電連接該微控芯片； 12v電源輸出控制電路，電連接該微控芯片； 12v輸出電流控制電路，電連接該微控芯片； Pwm信號輸出邏輯控制電路，電連接該微控芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該智能功率模塊內(nèi)設(shè)有至少一個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該智能功率模塊內(nèi)設(shè)有六個絕緣柵雙極型晶體管內(nèi)置溫度傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求I至7任一所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該電機(jī)控制模塊電路、絕緣柵雙極型晶體管模塊以及絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路都采用獨立低壓差電源芯片供電。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該智能功率模塊以及微控芯片都采用獨立低壓差電源芯片供電。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，其特征在于，該微控芯片的主頻為80MHz。
專利摘要本實用新型為一種永磁直流無刷電機(jī)控制器總成，包括一絕緣柵雙極型晶體管模塊，與無刷直流電機(jī)電連接；一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路，一端與該絕緣柵雙極型晶體管模塊電連接；一電機(jī)控制模塊電路，與該一絕緣柵雙極型晶體管驅(qū)動電路的另一端電連接。本實用新型不僅實現(xiàn)對電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率控制以及制動能量回收，同時可實現(xiàn)永磁直流無刷電機(jī)的超溫保護(hù)，同時在電源不穩(wěn)定時，起到自我保護(hù)作用，為其電動車的廣泛使用奠定基礎(chǔ)。
文檔編號H02H5/04GK202663336SQ20122000647
公開日2013年1月9日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者施志軍, 朱江, 趙明禹 申請人:湖北天運汽車電器系統(tǒng)有限公司