專利名稱：電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及電動汽車技術領域，尤其涉及一種電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器。
背景技術：
最近十年來，環(huán)境污染和能源危機促使人們迫切要求開展對電動汽車的研究和開發(fā)，而電動汽車的動力來源問題一直是阻礙其發(fā)展的關鍵因素，隨著蓄電池和燃料電池的研究，電動汽車也逐漸產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化。直流電動機具有非常優(yōu)秀的線型機械特性、寬的調(diào)速范圍、大的起動轉(zhuǎn)矩、簡單的控制電路等優(yōu)點，長期以來一直廣泛地應用在各種伺服系統(tǒng)中。但是直流電動機的電刷和轉(zhuǎn)向器成為阻礙他發(fā)展的障礙。機械電刷和轉(zhuǎn)向器造成的火花、噪聲等一系列問題，影響了直流電動機的調(diào)速精度和性能以及限制了他的應用場合。因此人們一直在尋找一種不用電刷和轉(zhuǎn)向器的直流電動機。隨著電子技術，功率半導體和高性能磁性材料制造技術的發(fā)展， 這種想法已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)，無刷直流電動機利用電子轉(zhuǎn)換器取代了機械電刷和轉(zhuǎn)化器，因此使這種電動機不僅保留了直流電動機的優(yōu)點，而且又具有交流電動機的結構簡單、運行可靠、維護方便等優(yōu)點，使他一經(jīng)出現(xiàn)就以極快的速度發(fā)展和普及。隨著電動汽車的產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化，無刷直流電動機憑借其特有的優(yōu)勢占據(jù)著重要的地位。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于，提供一種電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器。為了實現(xiàn)上述任務，本實用新型采取如下的技術解決方案一種電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，包括蓄電池、DC-DC變換器和直流電動機，其特征在于，蓄電池與DC-DC變換器相連接，DC-DC變換器的輸出端一路通過保護電路與控制器連接，另一路連接智能功率模塊，智能功率模塊連接在直流電動機上，直流電動機還通過連接的速度檢測模塊與控制器相連接，控制器上還連接有障檢測模塊、保護電路、脈沖輸入模塊和模擬量輸入模塊。本實用新型的其他特點是所述的控制器選擇TMS320LF2407。本實用新型的電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，以電動機給定轉(zhuǎn)速與速度反饋量形成偏差，經(jīng)速度檢測模塊調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，實現(xiàn)電動機的速度控制。

圖I為三相無刷直流電動機調(diào)速控制框圖；[0011 ]圖2為本實用新型的控制器結構框圖；[0012]圖3為BOOST變壓器和脈沖產(chǎn)生器；[0013]圖4為IR2132驅(qū)動IPM連接圖；[0014]圖5為控制器的子程序框圖。其中(a)是捕捉中斷子程序，(b)是A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序。[0015]
以下結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的詳細說明。
具體實施方式
[0016]本實用新型的電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，其設計思
路是，主電路以鎳氫電池為能源，經(jīng)DC-DC變換器從低電壓升為高壓，再經(jīng)智能功率模塊 (IPM)逆變成三相電電動無刷直流電動機運轉(zhuǎn)?？刂齐娐冯S著TI公司面向電機控制的新一代DSP-TMS320LF2407的推出，由于其內(nèi)核40MIPS的高速處理能力和面向電機控制的專用外圍設備，利用微處理器進行PWM實時信號調(diào)制，是全數(shù)字信號調(diào)速系統(tǒng)成為可能。另外， 其內(nèi)涵的CAN(控制器局域網(wǎng))模塊非常適合電動汽車的通信功能。為了能夠?qū)崿F(xiàn)對電動汽車永磁無刷電動機轉(zhuǎn)速的控制，技術方案的實現(xiàn)機理如圖 I所示，以電動機給定轉(zhuǎn)速與速度反饋量形成偏差，經(jīng)速度檢測模塊調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，實現(xiàn)電動機的速度控制。電流的反饋是通過測量電阻的壓降來實現(xiàn)。速度反饋則是通過霍爾位置傳感器輸出的位置量，經(jīng)過計算得到的?；魻栁恢脗鞲衅鬏敵龅奈恢眠€用于控制換相。參見圖2，本實施例給出一種以TMS320LF2407為核心的硬件實現(xiàn)結構，主要有 蓄電池，DC-DC變換器，直流電動機，蓄電池與DC-DC變換器相連接，DC-DC變換器的輸出端一路通過保護電路與控制器TMS320LF2407連接，另一路連接智能功率模塊，智能功率模塊連接在直流電動機上，直流電動機還通過連接的速度檢測模塊與控制器相連接，控制器 TMS320LF2407上還連接有障檢測模塊、保護電路、脈沖輸入模塊和模擬量輸入模塊?？刂破鱐MS320LF2407與老的電機控制芯片相比具有了一些新的特點采用了高性能靜態(tài)CMOS技術，供電電壓降低為3. 3V，減小了功耗，同時指令執(zhí)行周期縮短到33ns，從而提高了控制器的實時處理能力；片內(nèi)包含32k的FLASH程序存儲器、544字雙存取RAM和 2k字的單RAM(可以靈活的配置為數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器)；片內(nèi)外設采用統(tǒng)一的外設總線和數(shù)據(jù)空間連接，其中包含2個事件管理器模塊，每個均由2個16位通用定時器、8個16 位脈寬調(diào)制(PWM)通道、3個捕獲單元以及I套編碼器接口電路組成；10位A/D轉(zhuǎn)換器采用序列器靈活編程，在一個轉(zhuǎn)換周期內(nèi)可以對一個通道進行多次轉(zhuǎn)換，可選擇分別由2個事件管理器來觸發(fā)2個8通道輸入A/D轉(zhuǎn)換序列或I個16通道輸入的A/D轉(zhuǎn)換序列，A/D轉(zhuǎn)換的最小時間為500ns。從上述的結構特點可知道，TMS320LF2407作為整個控制器的核心， 集成了主要的電機外設部件，具有高速的運算能力、較高的采集精度，外設配置性能和功能比較強，非常適合構成單片電機伺服控制器，完成實時性要求高的伺服控制任務。在本實用新型中利用它來實現(xiàn)電流環(huán)、速度環(huán)以及PWM信號發(fā)生、各種故障保護處理等功能。電動汽車的能源來自于鎳氫電池，本實用新型采用4個12V的單體電池串聯(lián)組成 48V的電池組，而想帶動其線電壓為380V的無刷直流電機，需要的逆變前的直流電壓為幾百伏，怎樣才能從48V升到幾百伏呢？本實用新型采用BOOST升壓變壓器，如圖3所示，采用一個高速開關管IGBT以及隔離變壓器T。原理產(chǎn)生脈沖信號(高、低電平)促使IGBT導通和關斷，經(jīng)變壓器產(chǎn)生感應電動勢，變壓器原副邊電壓由匝比決定，再經(jīng)二極管(單向?qū)?和電容(充放電)促使輸出電壓的連續(xù)和穩(wěn)定。那么怎樣才能控制柵極的關斷呢？這里開關管的驅(qū)動脈沖由555構成的多諧振蕩產(chǎn)生，如圖3所示。智能功率模塊(Intelligent Power Module, IPM)是一種先進的功率開關器件,具有GTR(大功率晶體管)高電流密度、低飽和電壓和耐高壓的優(yōu)點，以及MOSFET(場效應晶體管)高輸入阻抗、高開關頻率和低驅(qū)動功率的優(yōu)點。而且IPM內(nèi)部集成了邏輯、控制、檢測和保護電路，使用方便，不僅減小了系統(tǒng)的體積以及開發(fā)時間，也大大增強了系統(tǒng)的可靠性，適應了當今功率器件的發(fā)展方向——模塊化、復合化和功率集成電路(PIC)，在電力電子領域得到了越來越廣泛的應用。本實施例采用IR公司的具有28腳的雙列直插芯片IR2132，用于驅(qū)動柵極的高壓驅(qū)動器。IR2132具有6路輸入信號和6路輸出信號，其中6路輸入信號中3路有電平轉(zhuǎn)換功能，可以直接驅(qū)動高電側(cè)的功率元件，另外3路用于驅(qū)動低壓側(cè)的功率元件。另外，控制器還有一大優(yōu)點就是只要一路控制電源?？朔艘酝目刂破餍枰嗦犯綦x電源的缺點， 簡化了硬件設計。IR2132與IPM的典型連接如圖4所示。保護電路選擇現(xiàn)有的電路來實現(xiàn)。軟件主要包括系統(tǒng)初始化以及工作使能等的主程序和若干中斷返回程序。主程序還包括控制無刷直流電動機的啟動和制動，而中斷子程序主要包括捕捉中斷和A/D轉(zhuǎn)換中斷。CPU通過定時器I周期匹配事件啟動ADC轉(zhuǎn)換，使每個PWM周期對電流進行一次采樣， 并在A/D轉(zhuǎn)換中斷處理程序中對電流進行調(diào)節(jié)，控制PWM的輸出。轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動60度機械角都出發(fā)一次捕捉中斷，進行換相和速度的計算。捕捉中斷和A/D轉(zhuǎn)換中斷子程序框圖如圖 5所示。
權利要求1.一種電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，包括蓄電池、DC-DC變換器和直流電動機，其特征在于，蓄電池與DC-DC變換器相連接，DC-DC變換器的輸出端一路通過保護電路與控制器連接，另一路連接智能功率模塊，智能功率模塊連接在直流電動機上，直流電動機還通過速度檢測模塊與控制器相連接，控制器上還連接有障檢測模塊、保護電路、脈沖輸入模塊和模擬量輸入模塊。
2.如權利要求I所述的電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，其特征在于，所述的控制器選擇TMS320LF2407。
專利摘要本實用新型公開了一種電動汽車用的全數(shù)字稀土永磁無刷直流電動機控制器，包括蓄電池、DC-DC變換器和直流電動機，蓄電池與DC-DC變換器相連接，DC-DC變換器的輸出端一路通過保護電路與控制器連接，另一路連接智能功率模塊，智能功率模塊連接在直流電動機上，直流電動機還通過速度檢測模塊與控制器相連接，控制器上還連接有障檢測模塊、保護電路、脈沖輸入模塊和模擬量輸入模塊。以電動機給定轉(zhuǎn)速與速度反饋量形成偏差，經(jīng)速度檢測模塊調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后產(chǎn)生電流參考值，它與電流反饋量的偏差經(jīng)電流調(diào)節(jié)后形成PWM占空比的控制量，實現(xiàn)電動機的速度控制。
文檔編號H02P6/06GK202353509SQ20112046223
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月19日 優(yōu)先權日2011年11月19日
發(fā)明者張建, 徐云杰, 王棟, 秦加合 申請人:長安大學