專利名稱：一種永磁同步電機控制器用集約化控制板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電機控制技術(shù)，具體涉及一種永磁同步電機控制器用集約化控制板。
背景技術(shù)：
永磁同步電機定子的三相繞組中通入三相對稱電流，轉(zhuǎn)子則由永磁體產(chǎn)生基本恒定的靜止磁場。在定子三相對稱繞組中通入三相交變電流時，將在氣隙中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場。若轉(zhuǎn)子磁場的磁極對數(shù)與定子磁場的磁極對數(shù)相等，轉(zhuǎn)子磁場因受定子磁場磁拉力作用而隨定子旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)，即轉(zhuǎn)子以等同于旋轉(zhuǎn)磁場的速度、方向旋轉(zhuǎn)。隨著技術(shù)的發(fā)展和進步，永磁同步電機的控制越來越多地采用空間電壓矢量脈寬調(diào)制控制技術(shù)(以下簡稱SVPWM控制技術(shù))?；谵D(zhuǎn)子磁場定向坐標系(d、q軸)，永磁同 步電動機的數(shù)學(xué)模型為磁鏈方程Vd = Ld*id+Fm￥q = Lq*iq電壓方程Ud = -CoLq*;^Uq = coLd*id+coFm轉(zhuǎn)矩方程Teffl = 3/2*Pm* (Fffl*iq- (Lq-Ld) *id*iq)其中vd, Vtl分別為定子d、q軸磁鏈分量；id、iq分別為定子d、q軸電流分量；Ld、Lq分別為電機定子d、q軸電阻；Fm為永磁體磁鏈；Ud、Uq分別為定子d、q軸電壓；ω為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；Tem為電機轉(zhuǎn)矩；Pm為電機極對數(shù)。電壓型永磁同步電機的矢量控制如圖I所示，為了實現(xiàn)永磁同步電機的矢量控制，電機控制器需要檢測直流側(cè)電壓、電流、交流側(cè)兩相電流，并獲取電機轉(zhuǎn)子信息來進行SVPWM運算，實現(xiàn)接觸器控制、故障保護以及產(chǎn)生需要的脈沖信號。現(xiàn)有控制系統(tǒng)框圖如圖2，方框包圍區(qū)域表示控制板，從圖2可以看出，現(xiàn)有控制板存在一些不足I)需要眾多不同等級電源為控制板電路供電CAN通訊轉(zhuǎn)換電路需要5VC和3. 3V電源供電；電壓/電流/溫度調(diào)理電路需要±15V電源供電；數(shù)字量處理電路需要24V和3. 3V電源供電；脈沖處理電路需要15VT和3. 3V電源供電；旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路需要5VS、±15VS及3. 3V電源供電；DSP芯片需要3. 3V電源和I. 8V電源供電；CPLD芯片需要3. 3V電源供電。為滿足電路電源需求，控制板需要外部電源提供5V/5VC/5VS/±15V/±15VS/15VT/24V等級電源，另外，控制板內(nèi)部需要一個5V轉(zhuǎn)3. 3V電源轉(zhuǎn)換芯片及一個5V轉(zhuǎn)I. 8V電源轉(zhuǎn)換芯片。[0017]2)控制板需要DSP及CPLD兩個芯片；DSP主要完成SVPWM算法，CPLD主要完成脈沖、數(shù)字量及邏輯保護處理；3)控制板需要外圍配備電壓檢測板提供電壓信號。眾多等級電源供電，一方面提高了外部電源設(shè)計要求，另一方面對控制板本身在印制板(PCB)上元件布置及信號布線也增加了難度；CPLD芯片的價格與DSP芯片價格接近，CPLD主要用來進行脈沖、數(shù)字量及邏輯處理，增加了控制板成本；控制板與電壓檢測板需要信號連接器連接，既增加了電機控制器結(jié)構(gòu)布局與走線難度，在車輛運行中由于震動大也容易導(dǎo)致信號線松動接觸不良引發(fā)故障。因此有必要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進。

實用新型內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，對電源系 統(tǒng)進行簡化，取消CPLD芯片，采用單一 DSP芯片同時完成算法及邏輯功能，并進一步取消檢測板，內(nèi)部集成高壓差分電路用于檢測直流側(cè)電源電壓。本實用新型采用的技術(shù)方案是一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，包括CAN通訊轉(zhuǎn)換電路，溫度調(diào)理電路，電流調(diào)理電路，數(shù)字量處理電路，旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，脈沖處理電路，DSP芯片，所述CAN通訊轉(zhuǎn)換電路、溫度調(diào)理電路、電流調(diào)理電路、數(shù)字量處理電路、旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和脈沖處理電路均電連接所述DSP芯片，其特征在于還包括高壓差分電路，用于對電壓信號進行采樣并處理，所述高壓差分電路電連接所述DSP芯片；所述DSP芯片中存儲有電機控制過程中數(shù)字量、邏輯保護處理的程序，將原來需要由DSP芯片和CPLD芯片才能實現(xiàn)的功能由DSP芯片單獨完成，減少元件成本，也有利于印制板元件布局與布線。所述電流調(diào)理電路，高壓差分電路，數(shù)字量處理電路和脈沖處理電路均連接所述DSP芯片的GPIO接口。所述旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包含一個旋變-數(shù)字AD芯片，所述AD芯片通過光電耦合隔離電路與DSP芯片的SPI通訊接口相連，接收DSP發(fā)送的控制命令，并將存儲的轉(zhuǎn)子數(shù)字信息發(fā)送給DSP芯片，AD芯片產(chǎn)生的旋變激勵信號通過激勵信號處理電路對外輸出給電機旋轉(zhuǎn)變壓器；同時外部電機旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的包含電機轉(zhuǎn)子位置及角度信息的正、余弦信號送入AD對應(yīng)接口端。所述溫度調(diào)理電路電源采用單極性5V電源供電，通過調(diào)整電路各電阻阻值，確保電路各點電壓不超出5V的范圍。所述電流調(diào)理電路外接直流輸出型電流傳感器，并采用電阻分壓的方式將電壓控制在O 3V的范圍直接送給DSP芯片。所述高壓差分電路采用單極性5V電源供電。所述AD芯片利用自帶的基準電壓送往運放的正相輸入端提供直流偏置，交流激勵信號送往運放反相輸入端，并調(diào)整電路電阻阻值使輸出電壓范圍限制在旋變允許值內(nèi)。本實用新型的有益效果在于1、控制板采用單DSP芯片方式，摒棄了以往由DSP完成SVPWM算法，CPLD完成數(shù)字量及邏輯保護處理的工作模式，將以往CPLD承擔的簡單功能由DSP芯片實現(xiàn)，減少了元件成本，也有利于印制板元件布局與布線；2、控制板內(nèi)部集成兩路高壓差分電路，取消了外圍的電壓檢測板，既節(jié)約了成本也簡化了電機控制器的結(jié)構(gòu)設(shè)計與工藝布線；3、通過調(diào)整電路阻值或者改變具體電路結(jié)構(gòu)，簡化了供電電源。

圖I是本實用新型所述控制板控制原理框圖；圖2是所述電流調(diào)理電路結(jié)構(gòu)圖；圖3是所述高壓差分電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是所述旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路內(nèi)的激勵信號處理電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施方式
來進一步闡述本實用新型。如圖I 4所示，一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，包括CAN通訊轉(zhuǎn)換電路，耦接DSP芯片，該CAN通訊轉(zhuǎn)換電路采用集成收發(fā)芯片，實現(xiàn)DSP與外接電路之間的通訊信號轉(zhuǎn)換；溫度調(diào)理電路，耦接DSP芯片，所述溫度調(diào)理電路電源采用單極性5V電源供電，通過調(diào)整電路各電阻阻值，確保電路各點電壓不超出5V的范圍，該電路外接外部熱敏電阻，實現(xiàn)電機溫度及電機控制器溫度的采樣處理，熱敏電阻上的電壓值經(jīng)調(diào)理后成為O 3V范圍信號送往DSP采樣通道；電流調(diào)理電路，耦接DSP芯片，所述電流調(diào)理電路外接直流輸出型電流傳感器，并采用電阻分壓的方式將電壓控制在O 3V的范圍直接送給DSP芯片，該電流調(diào)理電路還同時生成過流信號送往DSP芯片的GPIO端口 ；高壓差分電路，耦接DSP芯片，該高壓差分電路采用單5V電源供電，直流側(cè)電源電壓以及接觸器后端電壓分別由兩路高壓差分電路進行采樣處理，兩個電壓直接接入控制板端子，高壓差分電路負責(zé)將其變換為O 3V范圍電壓信號送往DSP采樣通道，同時該高壓差分電路還產(chǎn)生電源過壓信號送往DSP芯片的GPIO端口。 數(shù)字量處理電路，耦接DSP芯片，外接主接觸器及預(yù)充電接觸器，該數(shù)字量處理電路采用24V和3. 3V電源供電，用于將DSP對主接觸器及預(yù)充電接觸器的控制信號處理成24V控制信號，控制接觸器閉合或分斷，同時將主接觸器及預(yù)充電接觸器的狀態(tài)信號處理成3. 3V的狀態(tài)信號送入DSP芯片，向DSP芯片反饋主接觸器及預(yù)充電接觸器的狀態(tài)；脈沖處理電路，耦接DSP芯片，外接IGBT驅(qū)動板，該脈沖處理電路采用15VT和3. 3V電源供電，用于將DSP芯片發(fā)出的IGBT驅(qū)動信號放大為15VT電平，送往驅(qū)動板進行IGBT的驅(qū)動與關(guān)斷，同時接收IGBT控制板的反饋信息反饋給DSP芯片；旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，耦接DSP芯片，外接電機旋轉(zhuǎn)變壓器，該旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路采用5VSU5VS和3. 3V電源供電，用于為電機的旋轉(zhuǎn)變壓器提供激勵，同時將旋轉(zhuǎn)變壓器采集到的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)子位置信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息予以存儲，該部分電路包含一個旋變-數(shù)字AD芯片，它由5VS電源供電，AD芯片通過光電耦合隔離電路(由3. 3V及5VS電源供電)與DSP芯片的SPI通訊接口相連，接收DSP發(fā)送的控制命令，并將存儲的轉(zhuǎn)子數(shù)字信息發(fā)送給DSP芯片，AD芯片產(chǎn)生的旋變激勵信號通過激勵信號處理電路對外輸出給電機旋轉(zhuǎn)變壓器；同時外部電機旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的包含電機轉(zhuǎn)子位置及角度信息的正、余弦信號送入AD對應(yīng)接口端，通過對激勵信號處理電路的改進，可以采用單15VS電源供電，利用AD芯片本身現(xiàn)有的基準電壓EXC_REF送往運放的正相輸入端提供直流偏置，交流激勵信號送往運放反相輸入端，這樣處理后的輸出為帶有一定直流偏置的EXC_OUT信號，通過調(diào)整3個電阻值可以限制輸出EXC_OUT信號的電壓范圍在旋變允許值內(nèi)，由于激勵信號為一對差分信號，因此另外一路EXC_S-處理后的EXC_OUT-信號也帶有相同的直流偏置，它們的直流偏置效果正好抵消，對旋變來說與改進前信號效果一致；DSP芯片，耦接上述所有電路，該DSP芯片采用3. 3V和I. 8V電源供電，負責(zé)對電壓、電流及溫度信號進行數(shù)字采樣，通過SPI通訊方式讀取旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換器存儲的電機轉(zhuǎn)子信息，根據(jù)上述信號信息進行SVPWM算法調(diào)制，最終產(chǎn)生所需的脈沖信號，根據(jù)相關(guān)過壓、過流、IGBT故障等狀態(tài)值進行必要的脈沖封鎖處理，保證電機控制器工作于良好工況 ，通過CAN通訊轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)與電機控制器外部設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊。所述電流調(diào)理電路，高壓差分電路，數(shù)字量處理電路和脈沖處理電路均連接所述DSP芯片的GPIO接口。所述溫度調(diào)理電路電源采用單極性5V電源供電，通過調(diào)整電路各電阻阻值，確保電路各點電壓不超出5V的范圍。如圖2所示，所述電流調(diào)理電路外接直流輸出型電流傳感器，通過RlO和Rll的恰當選型進行分壓處理可以將其限制在O到3V范圍直接送往DSP處理。如圖3所示，所述高壓差分電路采用單極性5V電源供電。如圖4所示，利用AD芯片本身現(xiàn)有的基準電壓EXC_REF送往運放的正相輸入端提供直流偏置，交流激勵信號送往運放反相輸入端，這樣處理后的輸出為帶有一定直流偏置的EXC_0UT信號，通過調(diào)整3各電阻值可以限制輸出EXC_0UT信號的電壓范圍在旋變允許值內(nèi)，由于激勵信號為一對差分信號，因此另外一路EXC_S-處理后的EXC_0UT-信號也帶有相同的直流偏置，它們的直流偏置效果正好抵消，對旋變來說與改進前信號效果一致。上述實施方式為本實用新型的優(yōu)選實施方式，僅供說明本實用新型，而非對其限制，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在不脫離本實用新型精神及技術(shù)啟示下所作的變形，均應(yīng)屬于本實用新型的保護范圍。
權(quán)利要求1.一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，包括CAN通訊轉(zhuǎn)換電路，溫度調(diào)理電路，電流調(diào)理電路，數(shù)字量處理電路，旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路，脈沖處理電路，DSP芯片，所述CAN通訊轉(zhuǎn)換電路、溫度調(diào)理電路、電流調(diào)理電路、數(shù)字量處理電路、旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路和脈沖處理電路均電連接所述DSP芯片，其特征在于還包括高壓差分電路，用于對電壓信號進行采樣并處理，所述高壓差分電路電連接所述DSP芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述電流調(diào)理電路，高壓差分電路，數(shù)字量處理電路和脈沖處理電路均連接所述DSP芯片的GPIO 接口。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述旋變-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路包含一個旋變-數(shù)字AD芯片，所述AD芯片通過光電耦合隔離電路與DSP芯片的SPI通訊接口相連，接收DSP發(fā)送的控制命令，并將存儲的轉(zhuǎn)子數(shù)字信息發(fā)送給DSP芯片，AD芯片產(chǎn)生的旋變激勵信號通過激勵信號處理電路對外輸出給電機旋轉(zhuǎn)變壓器；同時外部電機旋轉(zhuǎn)變壓器產(chǎn)生的包含電機轉(zhuǎn)子位置及角度信息的正、余弦信號送入AD對應(yīng)接口端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述溫度調(diào)理電路電源采用單極性5V電源供電，通過調(diào)整電路各電阻阻值，確保電路各點電壓不超出5V的范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述電流調(diào)理電路外接直流輸出型電流傳感器，并采用電阻分壓的方式將電壓控制在(T3V的范圍直接送給DSP芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述高壓差分電路采用單極性5V電源供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，其特征在于，所述AD芯片利用自帶的基準電壓送往運放的正相輸入端提供直流偏置，交流激勵信號送往運放反相輸入端，并調(diào)整電路電阻阻值使輸出電壓范圍限制在旋變允許值內(nèi)。
專利摘要本實用新型公開了一種永磁同步電機控制器用集約化控制板，在原有控制板的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整各電路內(nèi)部電阻阻值大小或改變電路結(jié)構(gòu)，對電源系統(tǒng)進行簡化，同時取消CPLD芯片，采用單一DSP芯片同時完成算法及邏輯功能，并進一步取消檢測板，內(nèi)部集成高壓差分電路用于檢測直流側(cè)電源電壓，具有結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠的優(yōu)點，有效節(jié)省了成本。
文檔編號H02P6/00GK202679287SQ20122004989
公開日2013年1月16日 申請日期2012年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月16日
發(fā)明者陳慧民, 陳建明, 楊洪波, 張新林, 王征宇 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司