新能源汽車用無刷電機驅動控制器及其裝置的制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器及其裝置，其中新能源汽車用無刷電機驅動控制器，電源電路為控制電路提供電源，控制電路的輸出端與功率電路的輸入端連接，控制電路，霍爾傳感電路輸出兩路相同的三相霍爾信號，一路三相霍爾信號輸入到DSP電路，DSP電路輸出的信號輸出至電流環電路，電流環電路的輸出信號經過PWM電路生成兩路反向的PWM波，兩路反向的PWM波與霍爾傳感電路輸出的另一路三相霍爾信號經過CPLD電路生成六路PWM波，六路PWM波經過邏輯端口電路輸出至IPM驅動電路，從而生成驅動IPM的信號，控制電機的運行。實現增強可靠性的優點。
【專利說明】
新能源汽車用無刷電機驅動控制器及其裝置
技術領域
[0001]本發明涉及新能源汽車控制領域，具體地，涉及一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器及其裝置。
【背景技術】
[0002 ]車用驅動電機是電動汽車動力系統的核心關鍵部件，其性能優劣直接影響到車輛的整車性能。經過幾十年的發展，我國在車用驅動電機技術、產品、產業方面均取得了長足的進步。我國已自主開發了滿足各類電動汽車需求的系列化驅動電機系統產品，獲得了一大批驅動電機系統的相關知識產權，形成了批量生產能力。
[0003]傳統車用驅動異步電機使用壽命短，運行噪音大，無法適用于有一定腐蝕性的新能源燃油等，如何尋求新的驅動方式來解決目前燃油的困難是亟需展開研究的課題。而永磁無刷直流電機正是由于使用電子換向取代傳統電刷和換向器而越來越受到廣泛的關注和使用，若能將無刷直流電機應用到新能源汽車中將是一項具有十分重要實際意義和現實意義的研究，這不僅提高新能源汽車的壽命以及結構，同時也能擴大汽車燃油栗的使用范圍，如一些腐燭性較強的燃油(甲醇)等，這使得新能源汽車有了更廣闊的發展空間，且減少汽車運行成本，減少環境污染等一些列好處。無刷直流電機控制常用的方法有:有位置傳感器控制和無位置傳感器控制。有位置傳感器控制方法較為成熟，控制較為方便，但是其安裝較為復雜，尤其是在燃油這樣惡劣環境下，霍爾傳感器的安裝變得十分困難;故而無位置傳感器無刷直流電機的控制變得十分重要，同時無位置傳感器控制也面臨著可靠性，控制復雜等問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于，針對上述問題，提出一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器及其裝置，以實現增強可靠性的優點。
[0005]為實現上述目的，本發明采用的技術方案是:
一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器，包括控制電路、功率電路和電源電路，所述電源電路為控制電路提供電源，所述控制電路的輸出端與功率電路的輸入端連接，所述控制電路，包括霍爾傳感電路、DSP電路、電流環電路、PWM電路、CPLD電路和邏輯端口電路，霍爾傳感電路輸出兩路相同的三相霍爾信號，一路三相霍爾信號輸入到DSP電路，DSP電路輸出的信號輸出至電流環電路，電流環電路的輸出信號經過PWM電路生成兩路反向的PWM波，兩路反向的PWM波與霍爾傳感電路輸出的另一路三相霍爾信號經過CPLD電路生成六路PffM波，六路PffM波經過邏輯端口電路輸出至IPM驅動電路，從而生成驅動IPM的信號，控制電機的運行。
[0006]優選的，所述功率電路采用光耦HCPL4505進行信號隔離和電平轉換。
[0007]優選的，所述控制電路采用電流截止負反饋控制技術，解決起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題。
[0008]優選的，所述控制電路采用低溫加熱保護技術，當控制器內部溫度降至(TC時，加熱電路導通，功率電阻與290V輸入直流電相連，對控制器進行加熱；當控制器內部溫度回升至25°C時，加熱電路關斷，功率電阻與290V輸入直流電斷開，停止對控制器加熱。
[0009]同時本發明技術方案還公開一種新能源汽車用無刷電機驅動控制裝置，包括，設置電源電路的電源模塊板、設置控制電路的控制電路板、設置功率電路的IPM驅動板、IPM模塊、第一加熱電阻、第二加熱電阻、第三加熱電阻、濾波電容、延時上電開關、電流傳感器、插針、中間鋁隔板、散熱底板和箱體，
所述箱體和散熱底板安裝在一起，所述中間鋁隔板將箱體分為上下兩層，控制電路板固定在中間鋁隔板的上面，第二加熱電阻和第一加熱電阻分別焊接在中間鋁隔板的上下表面，所述第三加熱電阻設置與IPM模塊的下方，控制電路板通過插針與IPM驅動板連接，IPM驅動板位于IPM模塊上面，IPM模塊與電源模塊板均位于散熱底板上，所述延時上電開關、濾波電容和電流傳感器均設置在散熱底板上，且延時上電開關、電流傳感器、電源模塊板和濾波電容依次電連接。
[0010]優選的，所述控制電路板采用支架安裝結構來固定在中間鋁隔板上。
[0011 ]優選的，所述電源模塊板的反面放置于散熱底板上。
[0012]優選的，所述第二加熱電阻與中間鋁隔板連接處以及第一加熱電阻與中間鋁隔板連接處均涂有導熱硅脂。
[0013]本發明的技術方案具有以下有益效果:
本發明，針對適用于高壓直流電源的大功率無刷電機面臨的一些技術問題，解決了電機起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題，特別是控制器設計、控制器可靠性、電機參數與控制參數匹配等一系列難題，增強了系統可靠性，其裝置具有散熱好、抗干擾性強且結構緊湊等優點。
[0014]下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明實施例所述的新能源汽車用無刷電機驅動控制器的原理框圖；
圖2為本發明實施例所述的控制電路的電氣原理框圖；
圖3為本發明實施例所述的控制裝置的結構示意圖。
[0016]結合附圖，本發明實施例中附圖標記如下:
1-電源模塊板;2-控制電路板;3-1PM驅動板;4-1PM模塊;5-第一加熱電阻;6-第二加熱電阻;7-第三加熱電阻;8-濾波電容;9-延時上電開關；10-電流傳感器;11-插針；12-中間鋁隔板;13-散熱底板;14-箱體。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0018]如圖1所示，一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器，包括控制電路、功率電路和電源電路，電源電路為控制電路提供電源，控制電路的輸出端與功率電路的輸入端連接，控制電路，包括霍爾傳感電路、DSP電路、電流環電路、PWM電路、CPLD電路和邏輯端口電路，霍爾傳感電路輸出兩路相同的三相霍爾信號，一路三相霍爾信號輸入到DSP電路，DSP電路輸出的信號輸出至電流環電路，電流環電路的輸出信號經過PWM電路生成兩路反向的PWM波，兩路反向的PWM波與霍爾傳感電路輸出的另一路三相霍爾信號經過CPLD電路生成六路PWM波，六路PWM波經過邏輯端口電路輸出至IPM驅動電路，從而生成驅動IPM的信號，控制電機的運行。
[0019]其中，功率電路采用光耦HCPL4505進行信號隔離和電平轉換。
[0020 ]電源電路采用YND系列電源模塊來實現DC/DC轉換來優化散熱功能。
[0021]所的DSP系統采用速度閉環設計，實現速度閉環數字化，提高速度穩定性。
[0022]控制電路采用電流截止負反饋控制技術，解決起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題。
[0023]控制電路采用低溫加熱保護技術，當控制器內部溫度降至(TC時，加熱電路導通，功率電阻與290V輸入直流電相連，對控制器進行加熱；當控制器內部溫度回升至25°C時，加熱電路關斷，功率電阻與290V輸入直流電斷開，停止對控制器加熱。
[0024]霍爾傳感電路輸出兩路相同的三相霍爾信號，一路三相霍爾信號輸入到DSP系統，實現轉速閉環控制，DSP輸出的數字信號經過DA轉換成模擬信號，模擬信號通過硬件電流環電路實現過流保護，電流環電路的輸出信號經過PWM電路生成兩路反向的PWM波，PWM波與霍爾傳感電路輸出的另一路三相霍爾信號經過CPLD電路生成六路PffM波，六路PffM波經過邏輯端口電路來防止上下管子互通，經過邏輯端口電路的六路PWM波通過驅動芯片ULN2003生成驅動IPM的信號，控制電機的正常運行。
[0025]為了避免強弱電之間的相互干擾，特別是大電流對控制電路的干擾以及模擬電路對數字電路的影響，IPM驅動器的信號采用了隔離電路的設計。通過實驗，惠普公司生產的光耦HCPL4505占有絕對優勢，因此采用HCPL4505進行信號隔離和電平轉換，該光耦為快速光耦，是惠普公司為IPM設計的專用光耦。
[0026]考慮到耐壓及工作電流以及電機起動等問題，選擇了三菱第五代L型IGBT功率模塊——PM50CLA060，該模塊內建六管全橋電路，耐壓600V，超出工作電流的兩倍，有相當的耐壓余量;其工作電流50A，約是電機正常電流的4倍，通用具有相當的工作余量，從而能保證電機可靠運行。
[0027]電源電路設計內容主要為270VDC轉24VDC，24VDC轉±15VDC，24VDC轉5VDC。通常采用線性三端穩壓器LM7815和LM7805可以實現，但轉換效率較低，不采取任何散熱措施情況下發熱嚴重。因此，設計采用YND系列電源模塊來實現DC/DC轉換，該系列模塊具有寬電壓輸入、輸入輸出隔離、長期短路保護自恢復、小型化封裝等優點。
[0028]針對速度穩定要求，使用了速度閉環設計。決定速度閉環由DSP來完成，實現速度閉環數字化，這樣便于在線調整PID控制。
[0029]為了解決起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題，控制器采用電流截止負反饋控制技術，解決起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題。
[0030]控制電路CPU芯片采用德州儀器(TI)公司的TMS320F2808芯片，由于其最低工作溫度為-40°C，當控制器環境溫度降至-60°C時，控制器將無法正常工作。為了使控制器在-60°C低溫環境下仍能夠正常工作，控制器加入了低溫加熱保護電路。
[0031]低溫加熱保護電路的主要通過溫度采樣電阻，滯環比較器，功率電阻構成，當控制器內部溫度(由熱敏電阻PT 100測得)降至O °C時，加熱電路導通，功率電阻與290V輸入直流電相連，對控制器進行加熱；當控制器內部溫度回升至25°C時，加熱電路關斷，功率電阻與290V輸入直流電斷開，停止對控制器加熱。
[0032]同時本發明技術方案還公開一種新能源汽車用無刷電機驅動控制裝置，包括，設置電源電路的電源模塊板1、設置控制電路的控制電路板2、設置功率電路的IPM驅動板3、IPM模塊4、第一加熱電阻5、第二加熱電阻6、第三加熱電阻7、濾波電容8、延時上電開關9、電流傳感器10、插針11、中間鋁隔板12、散熱底板13和箱體14，
箱體14和散熱底板13安裝在一起，中間鋁隔板12將箱體14分為上下兩層，控制電路板2固定在中間鋁隔板12的上面，第二加熱電阻6和第一加熱電阻5分別焊接在中間鋁隔板12的上下表面，第三加熱電阻7設置與IPM模塊4的下方，控制電路板2通過插針11與IPM驅動板3連接，IPM驅動板3位于I PM模塊4上面，IPM模塊4與電源模塊板I均位于散熱底板13上，延時上電開關9、濾波電容8和電流傳感器10均設置在散熱底板13上，且延時上電開關9、電流傳感器1、電源模塊板I和濾波電容8依次電連接。
[0033]其中，控制電路板2采用支架安裝結構來固定在中間鋁隔板12。
[0034]電源模塊板I是反面放置于散熱底板13上。
[0035]第二加熱電阻6和第一加熱電阻5底部涂有導熱硅脂。即第二加熱電阻6與中間鋁隔板12連接處以及第一加熱電阻5與中間鋁隔板12連接處均涂有導熱硅脂。
[0036]箱體采用鋁合金材料(三防處理)，為保證控制器內部強弱電隔離，有效減少電磁干擾，控制器設計為上下2層結構，內部器件合理布局保證散熱均勻。
[0037]電源模塊板設計內容主要為270VDC轉24VDC，24VDC轉土 15VDC，24VDC轉5VDC。在試驗時，電源模塊會出現熱保護控制器掉電的現象，考慮到控制器底板散熱器的面積更大，散熱效果更好，最終控制器裝置采取將電源模塊板反置，且緊靠控制器散熱底板的方式得以解決。
[0038]為了保證控制器強弱電隔離以及可靠性，在控制器裝置的中部安裝一塊中間鋁隔板上，將DSP芯片及其外圍電路以及通訊單元等弱電部分集成到控制電路板，安裝在中間鋁隔板上，與IPM驅動板、IPM模塊隔離，控制電路板的安裝采用支架安裝結構來固定，通過插針與IPM驅動板相連。
[0039]將發熱量最大的IPM模塊貼在散熱底板上，熱量盡可能多的被散熱底板帶走。
[0040]控制器裝置的中部安裝一塊中間鋁隔板具有如下優點:
1、隔電磁干擾:將控制電路板和IPM驅動板、I PM模塊隔離，有效的抑制了電磁干擾，且有利于保護控制電路板上的器件；
2、增強機箱的機械強度:在正中安裝的中間鋁隔板使機箱的強度顯著增強；
3、增強控制電路板的抗振性:中間鋁隔板可靠固定在機箱上，控制電路板固定在中間鋁隔板上，有效的增強了控制電路板和機箱的抗震性。
[0041]最后應說明的是:以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，對于本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種新能源汽車用無刷電機驅動控制器，其特征在于，包括控制電路、功率電路和電源電路，所述電源電路為控制電路提供電源，所述控制電路的輸出端與功率電路的輸入端連接，所述控制電路，包括霍爾傳感電路、DSP電路、電流環電路、PWM電路、CPLD電路和邏輯端口電路，霍爾傳感電路輸出兩路相同的三相霍爾信號，一路三相霍爾信號輸入到DSP電路，DSP電路輸出的信號輸出至電流環電路，電流環電路的輸出信號經過PWM電路生成兩路反向的PffM波，兩路反向的PffM波與霍爾傳感電路輸出的另一路三相霍爾信號經過CPLD電路生成六路PWM波，六路PWM波經過邏輯端口電路輸出至IPM驅動電路，從而生成驅動IPM的信號，控制電機的運行。2.根據權利要求1所述的新能源汽車用無刷電機驅動控制器，其特征在于，所述功率電路采用光耦HCPL4505進行信號隔離和電平轉換。3.根據權利要求1所述的新能源汽車用無刷電機驅動控制器，其特征在于，所述控制電路采用電流截止負反饋控制技術，解決起動、正/反轉和堵轉時的電流沖擊問題。4.根據權利要求1所述的新能源汽車用無刷電機驅動控制器，其特征在于，所述控制電路采用低溫加熱保護技術，當控制器內部溫度降至0°C時，加熱電路導通，功率電阻與290V輸入直流電相連，對控制器進行加熱；當控制器內部溫度回升至25°C時，加熱電路關斷，功率電阻與290V輸入直流電斷開，停止對控制器加熱。5.—種基于權利要求1所述的新能源汽車用無刷電機驅動控制器的控制裝置，其特征在于，包括，設置電源電路的電源模塊板、設置控制電路的控制電路板、設置功率電路的IPM驅動板、IPM模塊、第一加熱電阻、第二加熱電阻、第三加熱電阻、濾波電容、延時上電開關、電流傳感器、插針、中間鋁隔板、散熱底板和箱體， 所述箱體和散熱底板安裝在一起，所述中間鋁隔板將箱體分為上下兩層，控制電路板固定在中間鋁隔板的上面，第二加熱電阻和第一加熱電阻分別焊接在中間鋁隔板的上下表面，所述第三加熱電阻設置與IPM模塊的下方，控制電路板通過插針與IPM驅動板連接，IPM驅動板位于IPM模塊上面，IPM模塊與電源模塊板均位于散熱底板上，所述延時上電開關、濾波電容和電流傳感器均設置在散熱底板上，且延時上電開關、電流傳感器、電源模塊板和濾波電容依次電連接。6.根據權利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述控制電路板采用支架安裝結構來固定在中間鋁隔板上。7.根據權利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述電源模塊板的反面放置于散熱底板上。8.根據權利要求5所述的控制裝置，其特征在于，所述第二加熱電阻與中間鋁隔板連接處以及第一加熱電阻與中間鋁隔板連接處均涂有導熱硅脂。
【文檔編號】H02P6/08GK105978412SQ201610468060
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發明人】包艷艷, 蔣菲, 樊新鴻, 陳博棟, 牛歡歡
【申請人】國網甘肅省電力公司電力科學研究院, 國網甘肅省電力公司, 國家電網公司