一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器及方法，所述電機(jī)控制器包括控制板和驅(qū)動(dòng)板，所述驅(qū)動(dòng)板由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子驅(qū)動(dòng)板構(gòu)成。所述方法根據(jù)控制板輸出的控制信號(hào)控制功率管的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)速度和轉(zhuǎn)矩的控制。控制板與驅(qū)動(dòng)板之間通過大電流的金屬連接器和排針/排母進(jìn)行連接。本發(fā)明不僅增強(qiáng)了電機(jī)控制器的抗干擾能力和穩(wěn)定性，也提高了控制器模塊的可替換性。并且在電機(jī)控制器上有顯示信號(hào)的低功耗LED電路，本發(fā)明提高了電機(jī)控制器的檢修效率，并使電機(jī)控制器具有使用穩(wěn)定性高，壽命長，維修成本低的特點(diǎn)。
【專利說明】一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器及方法，屬于電動(dòng)車無刷直流電機(jī)的控制及驅(qū)動(dòng)【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著能源危機(jī)的加劇和環(huán)境問題的日益突出，新型環(huán)保節(jié)能電動(dòng)車的研發(fā)成為汽車工業(yè)發(fā)展的新方向。無刷直流電機(jī)(BLDCM)以其控制簡(jiǎn)單、可靠，壽命長，效率和能量密度高等特點(diǎn)，廣泛作為電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。無刷直流電機(jī)控制器是電動(dòng)車的重要組成部分，即可以單獨(dú)作為電動(dòng)車運(yùn)行的控制器，也可以作為整車控制單元的一部分參與對(duì)電動(dòng)車的控制。而性能優(yōu)良的BLDCM控制器硬件結(jié)構(gòu)及控制算法可以提高電動(dòng)車的整車性能，因此目前針對(duì)電動(dòng)車用BLDCM控制器的研發(fā)成為電動(dòng)車領(lǐng)域中的主要方向之一。
[0003]而根據(jù)電動(dòng)車的發(fā)展方向,低壓大功率是電動(dòng)車未來發(fā)展方向之一?，F(xiàn)有的電動(dòng)車控制器主要有微控制器(單片機(jī)、DSP)、MOS管以及電阻、電容、晶體管等分立元器件組成。這導(dǎo)致電路板的元器件較多，電路復(fù)雜，成本昂貴，電磁兼容性及穩(wěn)定性差。按控制器功能劃分為控制模塊和驅(qū)動(dòng)模塊，現(xiàn)有的電動(dòng)車控制器電路板的布局方式多采用將這兩個(gè)模塊設(shè)計(jì)在一塊電路板上，也有少數(shù)將控制模塊與驅(qū)動(dòng)模塊設(shè)計(jì)在兩個(gè)電路板上，兩者通過金屬連接器進(jìn)行連接。但是這兩種布局都存在著模塊可替換性較差的問題，增加了控制器的維修成本；模塊的再利用率低也造成了一種資源的浪費(fèi)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，元器件少，穩(wěn)定性高，模塊化程度高，可替換性強(qiáng)，成本低廉的電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器及方法。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器，包括控制板和驅(qū)動(dòng)板，控制板包括微控制器、剎車電路、前進(jìn)/后退電路、過溫保護(hù)電路、穩(wěn)壓電路、邏輯保護(hù)電路、調(diào)速電路、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路、電池電壓檢測(cè)電路、第一至第六大電流金屬連接器、第一至第三非大電流連接器，所述驅(qū)動(dòng)板由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子驅(qū)動(dòng)板構(gòu)成；其中剎車電路、前進(jìn)/后退電路、過溫保護(hù)電路、穩(wěn)壓電路、邏輯保護(hù)電路、調(diào)速電路、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路和電池電壓檢測(cè)電路分別與微控制器電連接，第四大電流金屬連接器依次串接第五大電流金屬連接器、第六大電流金屬連接器后與電池電壓檢測(cè)電路連接，第一大電流金屬連接器依次串接第二大電流金屬連接器、第三大電流金屬連接器后與電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路連接，邏輯保護(hù)電路分別通過第一至第三非大電流連接器與三個(gè)子驅(qū)動(dòng)板連接。
[0006]上述所述的子驅(qū)動(dòng)板的任一個(gè)對(duì)應(yīng)著所述無刷直流電機(jī)任意相的驅(qū)動(dòng)電路，，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)板包括第一至第二功率管第七至第八大電流金屬連接器、第一至第二吸收電路、功率驅(qū)動(dòng)電路和第四非大電流連接器，其中第七大電流金屬連接器依次連接第一至功率管、第一吸收電路，第八大電流金屬連接器依次連接第二至功率管、第二吸收電路，功率驅(qū)動(dòng)電路分別與第一至第二功率管、第四非大電流連接器連接。
[0007]所述的電機(jī)控制器為上下兩層結(jié)構(gòu)，上層為三塊水平并且并排的子驅(qū)動(dòng)板，下層為控制板。
[0008]本發(fā)明的一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器的控制方法如下:
[0009]在所述電機(jī)控制器完成初始化之后，由過溫保護(hù)電路、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路和電池電壓檢測(cè)電路完成對(duì)電機(jī)控制器的自檢；在滿足啟動(dòng)要求之后，微控制器根據(jù)通過調(diào)速電路采樣得到給定的轉(zhuǎn)速值、通過電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路采樣得到的電機(jī)母線電流值，得到給定的PWM信號(hào)；然后微控制器根據(jù)由霍爾信號(hào)檢測(cè)電路檢測(cè)到的所述電機(jī)位置信號(hào)，輸出相應(yīng)的三相PWM信號(hào)；所述給定的PWM信號(hào)與三相PWM信號(hào)經(jīng)邏輯保護(hù)電路的邏輯互鎖保護(hù)之后，分別通過第一至第三非大電流連接器傳輸至三個(gè)子驅(qū)動(dòng)板，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制。
[0010]所述的邏輯保護(hù)電路前端與微控制器最小系統(tǒng)電路相連，后端與排針/排母相連，該電路的作用是對(duì)逆變電路同相的上下橋進(jìn)行硬件上的邏輯互鎖，防止逆變電路同相的上下橋功率管同時(shí)導(dǎo)通，造成系統(tǒng)短路。
[0011]所述的霍爾信號(hào)檢測(cè)電路前端與外部的電機(jī)霍爾傳感器信號(hào)線連接，后端與微控制器連接；該電路用于對(duì)電機(jī)位置信號(hào)進(jìn)行采樣。
[0012]所述的穩(wěn)壓電路與外部車燈電源(12V)連接，為控制器的控制電路提供標(biāo)準(zhǔn)電壓。
[0013]所述的調(diào)速電路的輸入端與外部的調(diào)速轉(zhuǎn)把(油門)連接，輸出端與微控制器連接。
[0014]所述的電池電壓檢測(cè)電路的前端與蓄電池連接，后端與微控制器連接，用以對(duì)需蓄電池電壓進(jìn)行采樣，防止蓄電池工作在欠壓，過壓狀態(tài)。
[0015]所述的電機(jī)電流檢測(cè)電路前端通過康銅絲與電機(jī)母線連接，后端與微控制器和電機(jī)過流保護(hù)電路連接。該電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)母線電流的采樣、放大、濾波等處理。
[0016]所述的過流保護(hù)電路輸入端與電機(jī)電流檢測(cè)電路連接，后端與微控制器和排針/排母連接。當(dāng)檢測(cè)到電機(jī)過流時(shí)，向微控制器發(fā)出電平變化信號(hào)，同時(shí)通過排針/排母向驅(qū)動(dòng)板上的功率驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出輸出禁止信號(hào)，以快速關(guān)斷功率管，實(shí)現(xiàn)可靠保護(hù)系統(tǒng)的目的。
[0017]所述的信號(hào)顯示電路為低功耗的LED電路組成，主要顯示PWM信號(hào)，霍爾信號(hào)、過流，過溫信號(hào)等控制信號(hào)，顯示電路將控制器主要控制信號(hào)變得可視化，方便了控制器的檢修。
[0018]所述的逆變電路與外部蓄電池、電機(jī)的驅(qū)動(dòng)相線和驅(qū)動(dòng)板上的功率驅(qū)動(dòng)電路，吸收電路連接，起到對(duì)電機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩的控制。
[0019]所述的吸收電路作為驅(qū)動(dòng)電路的輔助電路，起到降低電機(jī)電壓、電流尖峰脈沖的作用。
[0020]所述的功率驅(qū)動(dòng)電路輸出端與逆變電路連接，輸出端通過排針/排母與邏輯保護(hù)電路和過流、過溫保護(hù)電路連接。起到控制功率管通斷的作用。
[0021]經(jīng)過上述設(shè)計(jì)改進(jìn)后，利用微控制器龐大的集成功能，降低了控制器電路的復(fù)雜度，提高了控制器的穩(wěn)定性；合理的模塊化設(shè)計(jì)方便了控制器的維修及控制器模塊的再利用率；設(shè)計(jì)成本低廉，降低了資源的浪費(fèi)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明的控制器控制電路板結(jié)構(gòu)原理圖；
[0023]圖2為本發(fā)明的控制器驅(qū)動(dòng)電路板原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明的控制電路板結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，包括微控制器1、剎車電路2、前進(jìn)/后退電路3、過溫保護(hù)電路4、穩(wěn)壓電路5、邏輯保護(hù)電路6、調(diào)速電路7、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路8、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路9、電池電壓檢測(cè)電路10、第一至第六大電流金屬連接器(D-SUB) 11-16、第一至第三排針/排母17-19(本發(fā)明所述非大電流連接器采用排針/排母)。子驅(qū)動(dòng)板電路結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，包括第一和第二功率管20-21、第七至第八大電流金屬連接器(D-SUB) 22-23、第一和第二吸收電路24-25、功率驅(qū)動(dòng)電路26、第四排針/排母27。
[0026]本發(fā)明方法如下:控制器上電時(shí)，系統(tǒng)在完成初始化之后，由過溫保護(hù)電路4、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路9和電池電壓檢測(cè)電路10，完成對(duì)蓄電池電壓，電機(jī)母線電流，系統(tǒng)溫度等參數(shù)的自檢；在滿足啟動(dòng)要求之后，微控制器I根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速值(通過調(diào)速電路7采樣)和電機(jī)母線電流值(通過電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路9)，結(jié)合電機(jī)速度、轉(zhuǎn)矩控制算法輸出相應(yīng)的PWM信號(hào)；然后微控制器I根據(jù)由霍爾信號(hào)檢測(cè)電路8檢測(cè)到的電機(jī)位置信號(hào)，輸出相應(yīng)的三相PWM信號(hào)；PWM信號(hào)經(jīng)邏輯保護(hù)電路6的邏輯互鎖保護(hù)之后，通過第一至第三排針/排母17-19傳輸給三塊字驅(qū)動(dòng)板。字驅(qū)動(dòng)板上的功率驅(qū)動(dòng)電路26根據(jù)由控制板上的PWM信號(hào)控制第一和第二功率管20-21的通斷，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制。
[0027]控制器分為上下兩層，上層為三個(gè)子驅(qū)動(dòng)板，下層為控制板。子驅(qū)動(dòng)板通過第七和第八大電流金屬連接器22-23與控制板上的第一、第四大電流金屬連接器11、14連接；控制板上的第一排針/排母17與驅(qū)動(dòng)板上的第四排針/排母27連接。子驅(qū)動(dòng)板上的第一和第二功率管20-21分別由若干個(gè)規(guī)格相同的NMOS管并聯(lián)而成。
【權(quán)利要求】
1.一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器，包括控制板和驅(qū)動(dòng)板，其特征在于控制板包括微控制器⑴、剎車電路⑵、前進(jìn)/后退電路⑶、過溫保護(hù)電路⑷、穩(wěn)壓電路(5)、邏輯保護(hù)電路(6)、調(diào)速電路(7)、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路(8)、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路(9)、電池電壓檢測(cè)電路(10)、第一至第六大電流金屬連接器(11 - 16)、第一至第三非大電流連接器(17 - 19)，所述驅(qū)動(dòng)板由三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的子驅(qū)動(dòng)板構(gòu)成；其中剎車電路(2)、前進(jìn)/后退電路⑶、過溫保護(hù)電路⑷、穩(wěn)壓電路(5)、邏輯保護(hù)電路(6)、調(diào)速電路(7)、霍爾信號(hào)檢測(cè)電路(8)、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路(9)和電池電壓檢測(cè)電路(10)分別與微控制器(I)電連接，第四大電流金屬連接器(14)依次串接第五大電流金屬連接器(15)、第六大電流金屬連接器(16)后與電池電壓檢測(cè)電路(10)連接，第一大電流金屬連接器(11)依次串接第二大電流金屬連接器(12)、第三大電流金屬連接器(13)后與電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路(9)連接，邏輯保護(hù)電路(6)分別通過第一至第三非大電流連接器(17 - 19)與三個(gè)子驅(qū)動(dòng)板連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于:所述的子驅(qū)動(dòng)板的任一個(gè)對(duì)應(yīng)著所述無刷直流電機(jī)任意相的驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)子驅(qū)動(dòng)板包括第一至第二功率管(20 - 21)、第七至第八大電流金屬連接器(22 - 23)、第一至第二吸收電路(24 - 25)、功率驅(qū)動(dòng)電路(26)和第四非大電流連接器(27)，其中第七大電流金屬連接器(22)依次連接第一至功率管(20)、第一吸收電路(24)，第八大電流金屬連接器(23)依次連接第二至功率管(21)、第二吸收電路(25)，功率驅(qū)動(dòng)電路(26)分別與第一至第二功率管(20 - 21)、第四非大電流連接器(27)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器，其特征在于:所述的電機(jī)控制器為上下兩層結(jié)構(gòu)，上層為三塊水平并且并排的子驅(qū)動(dòng)板，下層為控制板。
4.一種如權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)車用無刷直流電機(jī)控制器的控制方法，其特征在于:所述方法如下: 在所述電機(jī)控制器完成初始化之后，由過溫保護(hù)電路(4)、電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路(9)和電池電壓檢測(cè)電路(10)完成對(duì)電機(jī)控制器的自檢；在滿足啟動(dòng)要求之后，微控制器(I)根據(jù)通過調(diào)速電路(7)采樣得到給定的轉(zhuǎn)速值、通過電機(jī)母線電流檢測(cè)電路和電機(jī)過流保護(hù)電路(9)采樣得到的電機(jī)母線電流值，得到給定的PWM信號(hào)；然后微控制器(I)根據(jù)由霍爾信號(hào)檢測(cè)電路(8)檢測(cè)到的所述電機(jī)位置信號(hào)，輸出相應(yīng)的三相PWM信號(hào)；所述給定的PWM信號(hào)與三相PWM信號(hào)經(jīng)邏輯保護(hù)電路(6)的邏輯互鎖保護(hù)之后，分別通過第一至第三非大電流連接器(17 - 19)傳輸至三個(gè)子驅(qū)動(dòng)板，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩的控制。
【文檔編號(hào)】H02P6/08GK104038113SQ201410225890
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】劉芳華, 崔方 申請(qǐng)人:江蘇科技大學(xué)