專利名稱：直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種控制器，具體的說(shuō)是一種特別適用于電動(dòng)汽車使用的能夠有效提高裝置穩(wěn)定性、降低電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、延長(zhǎng)裝置使用壽命的直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器。
背景技術(shù)：
隨著能源危機(jī)的日益加劇，以電能為動(dòng)力的電動(dòng)汽車得到進(jìn)一步的發(fā)展，電動(dòng)汽車主要是通過(guò)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)輪轂帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作，為了提高車輛行駛的穩(wěn)定性，一般設(shè)有電動(dòng)機(jī)控制器，用于控制電動(dòng)機(jī)以及相關(guān)部分的工作狀態(tài)。 現(xiàn)階段電動(dòng)汽車所使用的控制器一般由控制電路、驅(qū)動(dòng)電路以及電源電路三大部分組成，其中控制電路是控制器的核心。目前電動(dòng)汽車所采用的控制電路一般是以單一芯片控制形式為主，例如采用單片機(jī)進(jìn)行踏板信息的采集，并對(duì)采集的信息進(jìn)行處理后，根據(jù)單片機(jī)內(nèi)事先寫入的控制算法經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電機(jī)正反轉(zhuǎn)。經(jīng)使用驗(yàn)證，目前的控制方式存在以下幾點(diǎn)不足電動(dòng)機(jī)振動(dòng)大造成汽車行駛不平穩(wěn)；由于控制模式單一導(dǎo)致控制器無(wú)法識(shí)別空擋情況，進(jìn)而給駕駛帶來(lái)不便，影響汽車使用的舒適度；在控制過(guò)程中電動(dòng)機(jī)振動(dòng)情況嚴(yán)重，進(jìn)而造成裝置使用壽命短，易損壞等情況。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺點(diǎn)和不足，提出一種能夠有效降低電動(dòng)機(jī)振動(dòng)、提高控制效率和裝置工作可靠性、延長(zhǎng)裝置使用壽命的直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器。本實(shí)用新型可以通過(guò)以下措施達(dá)到一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，由控制模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成，其中電源模塊為控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊供電，控制模塊向驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)控制命令，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊之間還設(shè)有用于向控制模塊反饋故障信號(hào)的故障反饋電路，所述控制模塊內(nèi)設(shè)有用于控制控制器工作狀態(tài)的主控模塊和用于控制信息采集工作的單片機(jī)以及電流反饋電路，其中單片機(jī)向主控模塊輸出處理后的信息，電流反饋電路的輸入端與電源模塊相連接，電流反饋電路的輸出端分別與單片機(jī)和主控模塊相連接。本實(shí)用新型中所述控制模塊內(nèi)還設(shè)有分別與單片機(jī)向連接的檔位信息采集電路、踏板信號(hào)采集電路以及欠壓保護(hù)電路，分別用于采集電動(dòng)汽車的檔位信息、踏板信號(hào)以及電源模塊中的電壓信號(hào)，并將其送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。本實(shí)用新型中所述主控模塊與位置傳感器相連接，用于采集電機(jī)的位置傳感器信號(hào)。該主控芯片主要是MC33035。它內(nèi)置的轉(zhuǎn)子位置譯碼器監(jiān)控三個(gè)傳感器輸入(管腳
4,5,6)以提供頂端、底部驅(qū)動(dòng)輸入的正確相序。傳感器輸入被設(shè)計(jì)為直接與集電極開(kāi)路類型霍爾效應(yīng)開(kāi)關(guān)或者光開(kāi)耦合器相連接。包含內(nèi)置上拉電阻使得所需的外部器件最少。輸入與門限典型值為2. 2V的TTL電平兼容。對(duì)于三個(gè)位置傳感器輸入信號(hào)，有八種可能的輸入編碼組合，其中六種是有效的轉(zhuǎn)子位置，另外兩組無(wú)效，通常是由于傳感器的開(kāi)路或者短路所致。利用6個(gè)有效輸入編碼，譯碼器可以在使用60度電氣相位的窗口內(nèi)分辨出電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。因使用專用的控制芯片，所以處理后的位置傳感器信號(hào)會(huì)非常的穩(wěn)定，比用單片機(jī)模擬出來(lái)的更適合于汽車上的種種復(fù)雜的情況，可以保證不會(huì)因?yàn)樾盘?hào)的問(wèn)題導(dǎo)致功率模塊的上下管同時(shí)導(dǎo)通，防止控制器的損壞。本實(shí)用新型中所述控制模塊內(nèi)還設(shè)有看門狗電路，如圖10所示，在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾，造成程序的跑飛，而陷入死循環(huán)，程序的正常運(yùn)行被打斷，由單片機(jī)控制的系統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作，會(huì)造成整個(gè)系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài)，發(fā)生不可預(yù)料的后果，所以出于對(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮，便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片，俗稱〃看門狗〃 (watchdog)。控制部分設(shè)計(jì)三層的控制復(fù)位線路。其中有兩層為軟件控制復(fù)位，均是通過(guò)軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，另外一層為硬件控制復(fù)位，是以ISL88706為主芯片搭建起來(lái)的。控制復(fù)位線路主要是為了防止因外部干擾等原因造成的程序跑飛現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)多方試驗(yàn)，如果只用軟件構(gòu)件的控制復(fù)位，雖然也可以實(shí)現(xiàn)防護(hù)作用，但并非是100%的可以起作用，幾百臺(tái)的 產(chǎn)品中總會(huì)有一兩臺(tái)不能正常的工作。為解決這個(gè)問(wèn)題，本實(shí)用新型在外部添加了一個(gè)硬件控制復(fù)位，經(jīng)上拉電阻后連接到單片機(jī)的7腳。該三層的控制復(fù)位可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。使得系統(tǒng)工作的更加穩(wěn)定，提高單片機(jī)工作的可靠性。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠有效提高控制效率、延長(zhǎng)裝置使用壽命，具有結(jié)構(gòu)合理、安全可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)。


附圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是控制器的總原理圖附圖3是控制器電源模塊部分原理圖附圖4是欠壓保護(hù)模塊原理圖附圖5是裝置啟動(dòng)時(shí)的工作原理圖附圖6是裝置加速時(shí)的工作原理圖附圖7是電流采樣電路的工作原理圖附圖8是驅(qū)動(dòng)模塊原理圖附圖9是位置傳感器部分工作原理圖附圖10是看門狗線路部分原理圖附圖標(biāo)記控制模塊I、電源模塊2、驅(qū)動(dòng)模塊3、故障反饋電路4、主控模塊5、單片機(jī)6、電流反饋電路7、檔位信息采集電路8、踏板信號(hào)采集電路9、欠壓保護(hù)電路10、位置傳感器11、電流采樣電路12、看門狗電路13。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。如附圖I所示，本實(shí)用新型提出了一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，由控制模塊I、電源模塊2和驅(qū)動(dòng)模塊3組成，其中電源模塊2為控制模塊I和驅(qū)動(dòng)模塊3供電，控制模塊I向驅(qū)動(dòng)模塊3輸出驅(qū)動(dòng)控制命令，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊3和控制模塊I之間還設(shè)有用于向控制模塊反饋故障信號(hào)的故障反饋電路4，所述控制模塊I內(nèi)設(shè)有用于控制控制器工作狀態(tài)的主控模塊5和用于控制信息采集工作的單片機(jī)6以及電流反饋電路7，其中單片機(jī)6向主控模塊5輸出處理后的信息，電流反饋電路7的輸入端與電源模塊2相連接，電流反饋電路7的輸出端分別與單片機(jī)6和主控模塊5相連接。如附圖2所示，本實(shí)用新型中所述主控芯片5可以采用專用電機(jī)控制芯片MC33035，其 I 腳為 BT, 2 腳為 AT, 19 腳為 CB, 20 腳為 BB, 21 腳為 AB, 24 腳為 CT ；AT, BT, CT為上管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；AB, BB, CB為下管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，MC33035的10腳為振蕩器信號(hào)輸入端，該端接一電阻R17和電容C19，電阻另一端接基準(zhǔn)電壓輸出端8腳，電容另一端接地，震蕩頻率由RT和CT的參數(shù)決定，10腳現(xiàn)在的震蕩頻率為12K，MC33035的17，18腳接15V正，22腳的電氣狀態(tài)決定控制電路工作在60°或者120°傳感器電氣相位輸入，該腳現(xiàn)在接地，表明適用于120°傳感器電氣相位輸入,23腳的制動(dòng)輸入端接地,表明允許電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng),制動(dòng)功能不使用。9腳，15腳，16腳均接低電平。本實(shí)用新型所述控制模塊I內(nèi)還設(shè)有分別與單片機(jī)6向連接的檔位信息采集電路 8、踏板信號(hào)采集電路9以及欠壓保護(hù)電路10，分別用于采集電動(dòng)汽車的檔位信息、踏板信號(hào)以及電源模塊中的電壓信號(hào)，并將其送入單片機(jī)6中進(jìn)行處理。本實(shí)用新型所述的電源模塊2，其原理圖如附圖3所示，電源模塊2采用開(kāi)關(guān)電源實(shí)現(xiàn)，該開(kāi)關(guān)電源一共輸出I組± 15電源，I組24V電源，7組15V電源，該9種輸出的電源名字分別定義為±15V，VCS，VCA, V1-V6。其中±15V電源，還做為整個(gè)電源模塊2的基準(zhǔn)電源，通過(guò)調(diào)節(jié)它的值可以改變其他幾組輸出電源的參數(shù)。電源VCS部分用于向電機(jī)的位置傳感器供電，輸出電壓為24V,電源VCA部分用于向欠壓保護(hù)模塊10供電，其輸出電壓為15V,另外設(shè)有的V1-V6 —共七組相互獨(dú)立的電源輸出，用于為驅(qū)動(dòng)模塊3提供電源,其輸出電壓范圍為15V±10%，以上9組電源之間是分別隔離的，所有電源的地線均不相連接，這樣可以減弱彼此之間的電磁干擾，防止因彼此之間產(chǎn)生干擾，而造成控制器不能正常的工作。本實(shí)用新型中所述欠壓保護(hù)模塊10如圖4所示在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到控制器電源工作的上限問(wèn)題，電池在充滿電之后單節(jié)的電池不會(huì)超過(guò)15V，一般情況下為13. 8V左右，舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)明，144V系統(tǒng)的控制器，選用12塊電池，按照每塊電池15V計(jì)算，總電壓為180V。本實(shí)用新型所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)電源工作的電壓上限會(huì)比這個(gè)電壓在上浮10%，所以過(guò)壓保護(hù)線路沒(méi)必要設(shè)計(jì)。因此在控制模塊內(nèi)只設(shè)計(jì)了欠壓保護(hù)模塊10，欠壓保護(hù)模塊10所用的電源和控制部分所用的電源是隔離的，電源模塊2專門有一組輸出電壓為15V的電源VCA部分，為欠壓保護(hù)模塊10供電，電源VCA部分輸出的電信號(hào)經(jīng)過(guò)一個(gè)三端穩(wěn)壓器U14變?yōu)?2V，U14的2、3端加IOOn瓷片電容，U14的1、2端加一個(gè)100uf/25V的電解電容，該12V電信號(hào)作為比較器U29的工作電源，同時(shí)比較提供基準(zhǔn)電源，12V電信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R58和R57分壓后接到比較器U29的3腳，電阻R57和R94并聯(lián)使用方便調(diào)節(jié)參數(shù)。如附圖4所示，母線電壓信號(hào)VO是取自主繼電器和控制器電容板相連接的地方。母線電壓信號(hào)VO經(jīng)過(guò)電阻R28接入線路板，通過(guò)電阻R13和R54分壓后連接到比較器的2端，比較器的I端和3端之間連接一電阻R55，加這個(gè)電阻是為防止控制器在工作的過(guò)程中正常狀態(tài)和欠壓狀態(tài)不斷的轉(zhuǎn)換而造成的電機(jī)震動(dòng)，一般欠壓保護(hù)啟動(dòng)后，母線電壓值與欠壓的閥值相差20V左右的電壓。只有電源電壓超過(guò)閥值20V才會(huì)正常的工作，否則電機(jī)的轉(zhuǎn)速將會(huì)降到正常值的一半，提示用戶現(xiàn)在電池需要充電。在欠壓狀態(tài)下汽車還是可以運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間，以防止汽車因?yàn)榍穳憾肼窉佸^。圖中，比較器U29的I腳接一上拉電阻，然后通過(guò)一電阻接到光耦U12的I腳。光耦U12的6腳通過(guò)上拉電阻接單片機(jī)的15腳。[0032]正常運(yùn)行時(shí)，比較器U29的2腳的電壓高于3腳的電壓電壓，此時(shí)U29的I腳為低電平，光耦U12不導(dǎo)通，單片機(jī)的15腳為高，電機(jī)正常工作。當(dāng)母線電壓信號(hào)VO的電壓低于一定的值時(shí)，比較器U29的2腳電壓低于3腳的電壓，比較器U29的I腳電平為高,光率禹U12導(dǎo)通，單片機(jī)15腳的電壓被拉低，啟動(dòng)欠壓保護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)速降至正常值的一半。如附圖9所示，本實(shí)用新型中所述主控模塊5與位置傳感器11相連接，提供給位置傳感器的電源VCS部分和提供給主控模塊5的±15V電源部分是隔離的，以避免相互之間的干擾而導(dǎo)致的傳感器信號(hào)不正常，位置傳感器11所采集的信號(hào)通過(guò)插座JPl接入控制器，1^5腳的定義分別為Vc7, ha, hb, he, G7。其中ha, hb, he信號(hào)分別經(jīng)位置傳感器11的光耦Ull，U10, U9接到MC33035的4，5，6腳，光耦的6腳接到主控模塊5的MC33035的8腳。該引腳可以提供一 6. 25V的基準(zhǔn)電源，位置傳感器11的光耦的4腳接一個(gè)阻值為Ik的下拉電阻。在其他部分均正常工作的情況下，如果電機(jī)提供的位置傳感器信號(hào)編碼正確，那接在MC33035的14腳故障信號(hào)輸出端的發(fā)光二極管D6就會(huì)熄滅，如不正常則會(huì)常亮，提示有故障發(fā)生。本實(shí)用新型中所述控制模塊I內(nèi)還設(shè)有看門狗電路13，本控制中設(shè)計(jì)的看門狗電路13—共包括三層，其中有兩層為軟件控制復(fù)位，均是通過(guò)軟件的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，另外一層為硬件控制復(fù)位，是以ISL88706為主芯片搭建起來(lái)的?？刂茝?fù)位線路13主要是為了防止因外部干擾等原因造成的程序跑飛現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)多方試驗(yàn)，如果只用軟件構(gòu)件的控制復(fù)位，雖然也可以實(shí)現(xiàn)防護(hù)作用，但并非是100%的可以起作用，也即幾百臺(tái)的產(chǎn)品中總會(huì)有一兩臺(tái)不能正常的工作。為解決這個(gè)問(wèn)題，本實(shí)用新型在外部添加了一個(gè)硬件控制復(fù)位，如圖10所示，經(jīng)上拉電阻后連接到單片機(jī)的7腳。該三層的控制復(fù)位可以很好地解決這個(gè)問(wèn)題。使得系統(tǒng)工作的更加穩(wěn)定，提高單片機(jī)工作的可靠性。本實(shí)用新型中所述控制模塊I內(nèi)采用單片機(jī)C8051F330和主控芯片MC33035，以實(shí)現(xiàn)模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合來(lái)控制裝置的正常工作，提高運(yùn)行的安全性以及各種故障信號(hào)判斷處理的精確度。本實(shí)用新型在使用時(shí)，當(dāng)使用者打開(kāi)鑰匙開(kāi)關(guān)，接通電源，整個(gè)裝置上電，控制模塊I內(nèi)部的小繼電器吸合，電源板通電，如附圖5所示，此時(shí)電源板產(chǎn)生的±15V電源進(jìn)入控制板，控制板開(kāi)始工作，單片機(jī)開(kāi)始復(fù)位，3s后，單片機(jī)C8051F330的19腳為低電平，三極管Q17不導(dǎo)通，光耦U31工作導(dǎo)通，三極管Q16的a端被拉低，不導(dǎo)通，Mos管Q15的G端為高電平，導(dǎo)通，此時(shí)主繼電器吸合，功率模塊通電(如圖5所示)。該主繼電器固定在控制器箱中，在兩個(gè)主觸點(diǎn)之間接一大功率的電阻。接電阻的目的是在主電接通以后給控制器中的大電解電容組進(jìn)行預(yù)充電，防止因?yàn)橹骼^電器的突然吸合發(fā)生打火花的現(xiàn)象發(fā)生，這樣可以延長(zhǎng)主繼電器和電容組的使用壽命。同時(shí)將主繼電器內(nèi)置到控制器中又可以減少外部接線的工作量，可以為車?yán)锕?jié)省不少的空間，否則車上還要單獨(dú)安置一個(gè)繼電器的箱子，即占大量的空間又顯得累贅。控制器進(jìn)行自檢時(shí)，首先控制器會(huì)通過(guò)主控芯片5檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)的位置傳感器11所采集的信號(hào)是否正常、有無(wú)正反轉(zhuǎn)信號(hào)、有無(wú)加速信號(hào)，當(dāng)這幾種信號(hào)中的任意一種信號(hào)不正常，控制器均不會(huì)工作，主繼電器吸合后，將換擋機(jī)構(gòu)打到前進(jìn)擋(后退檔)，該信號(hào)經(jīng)檔位信息采集電路8進(jìn)入單片機(jī)的11腳(12腳)，經(jīng)內(nèi)部程序處理單片機(jī)6的12腳呈現(xiàn)為低電平，二極管D7截止，單片機(jī)6的18腳為高電平(低電平)，反映到主控芯片MC33035的3腳則是高或者低電平，高則是正轉(zhuǎn)，低則是反轉(zhuǎn)。輕踩踏板，COM端和位置傳感器11電源的負(fù)端相連，控制模塊I中的光耦U4導(dǎo)通，三極管Q2的a端為高電平導(dǎo)通，c端被拉低，二極管D4截止。該部分見(jiàn)附圖6.在D4和D7均截止的情況下，三極管Q5也截止，主控芯片MC33035的7腳內(nèi)部有上拉電阻，為高，使能，MC33035可以正常工作。加速時(shí)，踏板信號(hào)通過(guò)踏板信號(hào)采集電路9經(jīng)插座JP2接入控制器，I飛腳分別是COM, G7，Vcc, Vin, GND,控制器為踏板提供15V或5V電源，Vin為加速信號(hào)，為(T5V，加速信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻R26和電位器R30的分壓進(jìn)入運(yùn)算放大器U5，經(jīng)過(guò)一跟隨器從I腳輸出，然后通過(guò)電阻R92進(jìn)入C8051F330的2腳，調(diào)節(jié)電位器R30使得當(dāng)踏板輸入最大時(shí)，輸入到單片機(jī)的電壓不超過(guò)2. 44V。加速信號(hào)經(jīng)單片機(jī)內(nèi)部程序處理然后從3腳輸出，進(jìn)入預(yù)防U2的 5腳，經(jīng)跟隨器從7腳輸出，然后通過(guò)電阻R8和電位器R52，進(jìn)入U(xiǎn)2的13腳，同時(shí)預(yù)加的電壓通過(guò)R81也連接到U2的13腳，然后通過(guò)兩級(jí)放大進(jìn)入MC33035的11腳，此腳為加速信號(hào)輸入端。在11腳處接一個(gè)47uF/16V的電解電容，該電容可以防止加速過(guò)猛引起的電機(jī)振動(dòng)情況。預(yù)加在11腳的電壓時(shí)為了解決踏板空行程長(zhǎng)的問(wèn)題，該電壓不宜過(guò)大，0. 5-1V即可。輸入到11腳的最大值可以設(shè)定在4. 3-4. 5V之間。當(dāng)主控芯片MC33035的11腳的電壓達(dá)到I. 4V左右，就會(huì)有驅(qū)動(dòng)信號(hào)的輸出。本實(shí)用新型所述電流反饋電路7中設(shè)有電流采樣電路12，其目的是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)高效可靠地控制，在工作過(guò)程中，電流采樣電路12需要實(shí)時(shí)采集電動(dòng)機(jī)的電流信號(hào)，并將其分別反饋給主控芯片5和單片機(jī)6，對(duì)于大功率的電流信號(hào)而言PCB板上的銅箔無(wú)法承受大電流，目前少數(shù)控制器采用電阻法采樣電流，雖然成本低廉，但無(wú)法實(shí)現(xiàn)功率模塊的電器隔離，無(wú)法滿足大電流控制器的使用，該種方法在低電壓小功率的電機(jī)控制器上可以使用，但在中大功率控制上并不實(shí)用。本實(shí)用新型在此采用的是用電流傳感器，閉環(huán)，隔離效果好的雙電源電流傳感器，具體為如附圖7所示，使用兩個(gè)電流傳感器，分別接在U相和W相上。兩個(gè)電流傳感器通過(guò)插座Jp3，Jp4與線路板相連接，電流傳感器的供電電源為±15V。因此提取的信號(hào)有正有負(fù)，一組電流信號(hào)Vinl經(jīng)過(guò)電阻R125分壓后，通過(guò)電阻R115輸入到運(yùn)算放大器U30的2腳，經(jīng)反相I: I放大后，經(jīng)電阻R59進(jìn)入一由運(yùn)算放大器和QAl組成的絕對(duì)值電路，得到負(fù)信號(hào)vinl’ ；另一組電流信號(hào)Vin2以同樣的方式經(jīng)線路處理得到負(fù)信號(hào)Vin2’，電流傳感器信號(hào)Vinl和Vin2經(jīng)第一步反相放大后進(jìn)過(guò)一典型的加法器對(duì)信號(hào)進(jìn)行整合，得到一組新的信號(hào)Vin3，Vin3經(jīng)過(guò)電阻R63連接到一絕對(duì)值電路，得到信號(hào)Vin3’，信號(hào)Vinl’、Vin2’和Vin3’進(jìn)過(guò)一典型的加法電路整合成新的電流信號(hào)Vin4，在信號(hào)通過(guò)電阻R120進(jìn)行相加之前，接一 IOOn的瓷片電容，這樣可以得到更好的波形，該信號(hào)在示波器上基本上是一條直線。該部分的處理方式就是取兩相的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)計(jì)算最終整合成一條類似于直線的電流信號(hào)。用這種方式取得的電流信號(hào)和從母線上直接取得的信號(hào)有一定的區(qū)別，在上車試驗(yàn)的過(guò)程中可以發(fā)現(xiàn)，通過(guò)計(jì)算得出的信號(hào)能更好的適應(yīng)車在行駛中的復(fù)雜的情況，這對(duì)于減輕車的起步振動(dòng)和在電機(jī)帶不動(dòng)車的情況下的震動(dòng)有很大的幫助。得到的電流信號(hào)Vin4就可以拿來(lái)應(yīng)用了。Vin4經(jīng)過(guò)電阻R84進(jìn)入一比較器，U13的3端，比較器的2端通過(guò)電阻接到一電位器R51，電位器的電源接5V。通過(guò)調(diào)節(jié)電位器來(lái)改變基準(zhǔn)的比較電壓，從而可以改變限流的上限。比較器的I腳和3腳之間接一個(gè)2M的電阻，可以防止在發(fā)生限流的時(shí)候不斷地震蕩問(wèn)題。比較器的I腳接一上拉電阻。當(dāng)控制器正常工作，工作電流在允許的范圍之內(nèi)時(shí)，2腳的電壓高于3腳的電壓，I腳為低電平，Ql的a端為低，截止。單片機(jī)的I腳接一上拉電阻，此時(shí)表現(xiàn)的為高電平。當(dāng)工作電流值超過(guò)允許的上限，3腳的電壓高于2腳的電壓，此時(shí)I腳為高電平，三極管Ql導(dǎo)通，單片機(jī)的I腳被拉低。單片機(jī)接收到限流信號(hào)，并進(jìn)行處理，變現(xiàn)的現(xiàn)象就是電機(jī)的轉(zhuǎn)速開(kāi)始降低，單片機(jī)會(huì)實(shí)時(shí)的掃描I腳的狀態(tài)，如果電流值低于上限，電機(jī)就會(huì)開(kāi)始正常的工作。如一直處于限流狀態(tài)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)一直降低，直至停機(jī)。該部分的作用一是可以最大程度的發(fā)揮電機(jī)的效率，另一方面為了防止因電流過(guò)大而導(dǎo)致的控制器或電機(jī)的損壞。經(jīng)電流采樣電路12采集到的電流信號(hào)Vin4除了用于限流，過(guò)流保護(hù)之外，還用于閉環(huán)的反饋，如附圖6所示，Vin4通過(guò)電阻R14進(jìn)入運(yùn)算放大器U15的10腳，通過(guò)一跟隨器，然后經(jīng)過(guò)電阻R87連接到MC33035的12腳。MC33035的12腳和13腳之間接一電阻R5, 一瓷片電容Cl和5. IV的穩(wěn)壓管。12腳為誤差放大器反相輸入端，13腳為誤差放大器輸出/PWM輸入。連接到11腳的加速信號(hào)和連接到12腳的電流信號(hào)組成一個(gè)負(fù)反饋線路，從13腳測(cè)量的波形可以看出，維持加速電壓不變，當(dāng)電流增大時(shí)13腳的值會(huì)不斷的減小， 直至加速的電壓低于mc33035要求的工作電壓，此時(shí)電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。該部分的主要作用在于能夠?qū)﹄姍C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電流進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋，調(diào)整加速的平穩(wěn)性，改善電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性。采用該功能可以很好地解決電動(dòng)汽車在啟動(dòng)和加速過(guò)程中的震動(dòng)問(wèn)題。驅(qū)動(dòng)模塊3，如圖8所示本實(shí)用新型所做的控制器特別適用于高電壓大電流的控制器，電機(jī)是否能正常高效運(yùn)轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部分起到關(guān)鍵的作用。驅(qū)動(dòng)線路做的不好很容易會(huì)造成功率模塊的損壞。為了避免線路間的互相干擾，驅(qū)動(dòng)部分的上管和下管驅(qū)動(dòng)所用的電源是互相隔離的。這里需要電源模塊部分提供6組15V的電源，其上下波動(dòng)不得超過(guò)±10%，超過(guò)這個(gè)范圍就會(huì)造成功率模塊的損壞。本實(shí)用新型所采用的光耦均為高速的光耦，在此處用到的是TLP559，HCPL4504作為高速光耦，選用P181作為低速光耦。光耦能隔離它的原邊和副邊，但是這在高頻的條件下是不成立的。因?yàn)楣怦钤谠边呏g存在寄生電容,如果dv/dt很高，脈沖電流可以通過(guò)原副邊之間的寄生電容由原邊流向副邊，該電流有時(shí)可以啟動(dòng)光耦。因此，設(shè)計(jì)一個(gè)電路來(lái)保障LED不會(huì)被這個(gè)dv/dt錯(cuò)誤的啟動(dòng)是非常重要的。當(dāng)輸入關(guān)斷信號(hào)時(shí)，應(yīng)保證光耦的原邊LED具有低阻抗。因此，上管的原邊的2、3腳之間接一三極管，2接C端，且接一個(gè)上拉電阻。3接E端，然后接地。A端接主控模塊MC33035的上管驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端，且接一上拉電阻，所加的兩個(gè)上拉電阻的阻值根據(jù)選用的光耦的要求來(lái)定，一定要保證光耦能夠完全的開(kāi)啟。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路不會(huì)引起誤動(dòng)作(光耦的原邊和副邊的導(dǎo)通)，因?yàn)閐v/dt電流不能開(kāi)通光耦原邊的LED。上管的驅(qū)動(dòng)為低有效，下管的驅(qū)動(dòng)為高電平有效。主控模塊MC33035的上管信號(hào)輸出是采用的漏極開(kāi)路方式，下管則為推挽輸出。推挽輸出的方式抗干擾的能力很強(qiáng)，因此下管可以直接的驅(qū)動(dòng)光耦。驅(qū)動(dòng)副邊的連接方式是一樣的。光耦的5腳和模塊的4腳接地。光耦的8腳接模塊的2腳，2腳的輸出電壓為5V由模塊的內(nèi)部提供。模塊的I腳接15V電源。光耦的6腳為信號(hào)輸出，接模塊的3腳。在光稱的6腳和8腳之間接一上拉電阻。該電阻選的越大模塊的工作與穩(wěn)定但開(kāi)關(guān)的速度慢，開(kāi)關(guān)的損耗低，電阻的阻值選用的越小模塊的開(kāi)關(guān)速度快，但容易受到干擾，同時(shí)開(kāi)關(guān)的損耗也會(huì)增大。因此控制器是否可以穩(wěn)定的工作，該電阻也很關(guān)鍵，經(jīng)過(guò)多次的試驗(yàn)得出結(jié)論該電阻的阻值選用6. 8K的應(yīng)該是最合適的。光耦的6腳和8腳之間接IOOn的瓷片電容，電容距離8腳越近越好。模塊的5腳為故障信號(hào)輸出，通過(guò)一個(gè)P181隔離之后直接連接到單片機(jī)17腳?？梢詫?duì)模塊發(fā)出的過(guò)問(wèn)信號(hào)，過(guò)流信號(hào)，短路信號(hào)等進(jìn)行快捷準(zhǔn)確的處理。為了能夠使模塊更好的工作，光耦原邊和副邊的所有走線最好是不交叉不重合，這樣能很好的避免干擾的問(wèn)題?？刂破鞯南鹿茯?qū)動(dòng)的地和母線的地在模塊內(nèi)部是連接在一起的。但是不要在印制線路板上連接控制端的地和輸出發(fā)射極的地，否則很容易受到噪聲影響。Vnc和N腳已經(jīng)在IPM內(nèi)部連接。如果在模塊外部連接兩個(gè)管腳，則電流有時(shí)候會(huì)流過(guò)Vnc。因此，N和Vnc之間的寄生電感造成的電勢(shì)差會(huì)導(dǎo)致IC誤動(dòng)作。經(jīng)試驗(yàn)證明，本實(shí)用新型中所述驅(qū)動(dòng)模塊能更好的保證功率模塊的正常工作，減少干擾，延長(zhǎng)模塊的工作壽命，降低模塊損壞的幾率。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和空檔控制，具體為，如果無(wú)正反轉(zhuǎn)信號(hào)輸入，控制器內(nèi)的單片機(jī)6的12腳為高，二極管D7導(dǎo)通，三極管Q5導(dǎo)通，主控芯片MC33035的7腳接地，控制器不工作，主控芯片MC33035的7腳為使能端，電平高有效。通過(guò)這種方式即可實(shí)現(xiàn)空擋的控制。現(xiàn)階段市面上的控制器大多只能實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，對(duì)于空檔位的控制一般是采用控制器的外部用繼電器，微動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)搭建，或者是截取加速踏板的信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些方式一是會(huì)使得加工的成本增加，線路更加的復(fù)雜，多加這么多的元器件就相當(dāng)于增加多個(gè)的故障點(diǎn)。而截取加速踏板的信號(hào)用于空檔的控制，很有可能會(huì)造成線路之間的干擾，因?yàn)榧铀傩盘?hào)在控制器中本身就是一個(gè)很重要的信號(hào)，最好不要再做他用，經(jīng)試驗(yàn)該種方式在車上比較容易的造成檔位的混亂，在車輛行駛的過(guò)程中容易造成危險(xiǎn)，最容易的就是損傷控制器。本實(shí)用新型提出的三位換擋控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用，更加的安全，不需要另外的添加別的元器件，這樣就減少了故障的發(fā)生率，同時(shí)由于用程序進(jìn)行控制，在換擋之間都會(huì)有一定的時(shí)間延時(shí)，防止車輛在行駛中因?yàn)閾Q錯(cuò)檔位而造成的功率模塊的損傷。
權(quán)利要求1.一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，由控制模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成，其中電源模塊為控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊供電，控制模塊向驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)控制命令，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊之間還設(shè)有用于向控制模塊反饋故障信號(hào)的故障反饋電路，所述控制模塊內(nèi)設(shè)有用于控制控制器工作狀態(tài)的主控模塊和用于控制信息采集工作的單片機(jī)以及電流反饋電路，其中單片機(jī)向主控模塊輸出處理后的信息，電流反饋電路的輸入端與電源模塊相連接，電流反饋電路的輸出端分別與單片機(jī)和主控模塊相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，其特征在于所述控制模塊內(nèi)還設(shè)有分別與單片機(jī)向連接的檔位信息采集電路、踏板信號(hào)采集電路以及欠壓保護(hù)電路，分別用于采集電動(dòng)汽車的檔位信息、踏板信號(hào)以及電源模塊中的電壓信號(hào)，并將其送入單片機(jī)中進(jìn)行處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，其特征在于所述主控模塊與用于采集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的位置傳感器相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，其特征在于所述主控模塊與用于采集電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)的位置傳感器相連接。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種控制器，具體的說(shuō)是一種直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)控制器，由控制模塊、電源模塊和驅(qū)動(dòng)模塊組成，其中電源模塊為控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊供電，控制模塊向驅(qū)動(dòng)模塊輸出驅(qū)動(dòng)控制命令，其特征在于所述驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊之間還設(shè)有用于向控制模塊反饋故障信號(hào)的故障反饋電路，所述控制模塊內(nèi)設(shè)有用于控制控制器工作狀態(tài)的主控模塊和用于控制信息采集工作的單片機(jī)以及電流反饋電路，其中單片機(jī)向主控模塊輸出處理后的信息，電流反饋電路的輸入端與電源模塊相連接，電流反饋電路的輸出端分別與單片機(jī)和主控模塊相連接，本實(shí)用新型具有結(jié)構(gòu)合理、安全可靠等顯著的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H02P6/08GK202565216SQ20122016995
公開(kāi)日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者劉廷照, 魏傳偉, 于千慧 申請(qǐng)人:威海鹿洲電動(dòng)汽車研發(fā)有限公司