专利名称：电动自行车用无刷电机控制器能量回馈及制动方法
技术领域：
本发明涉及电动自行车用无刷电机控制器能量回馈及制动方法。
背景技术：
现有电动自行车刹车制动时，驱动用无刷电机控制器不产生制动转矩，电动自行车完全依靠机械刹车装置实现刹车制动，这样将严重影响到机械刹车装置的使用寿命；另一方面，现有电动自行车不具有能量回馈功能，自行车制动前的机械能只能通过机械刹车装置与车轮的摩擦发热转化为热能而损耗掉，无法转化成电能储存到蓄电池以提高整车一次充电续驶里程指标。
发明内容
本发明的目的是提供一种电动自行车用无刷电机控制器中能量回馈及制动方法，该方法是在控制部分的单片微处理器MCU内设置一控制程序，包括主程序和几个子程序，该程序的主程序循环执行空操作，每个脉宽调制PWM周期结束时，申请脉宽调制PWM中断，中断响应后，执行脉宽调制PWM中断子程序，脉宽调制PWM中断子程序的工作步骤为a)根据霍尔信号，计算电机当前转速；
b)模拟转矩指令采样；c)判别是否有制动信号，若无取模拟转矩指令采样值作为转矩给定指令；d)若有制动信号，根据电机当前转速确定转矩指令；e)读取电流反馈信号，根据转矩指令和电流反馈信号数据，运行比例积分PI；f)根据比例积分PI值，调节脉宽调制信号的占空比；g)判别是否在制动状态，若不是则输出对应的驱动门控逻辑；h)若在制动状态，输出对应霍尔状态时的制动逻辑信号。
通过电流采样延时子程序对直流母线电流进行延时采样，获取功率电路三相输出电流信号，根据转矩指令及三相输出电流的反馈信号进行转矩闭环控制，调节脉宽调制PWM信号的占空比，当单片微处理器MCU接收到制动指令时，输出制动逻辑信号，在半桥斩波状态下，上桥臂的三个功率管的制动逻辑信号为完全关断信号，下桥臂的三个功率管的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下桥臂的逻辑信号，在全桥斩波状态下，上、下桥臂六个功率管的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下的逻辑信号。
单片微处理器MCU输出的制动逻辑信号在控制器前级驱动部分与脉宽调制信号相与，形成制动门控信号，控制功率放大电路在被驱动电机内产生制动转矩，并通过控制功率放大电路向电池回馈充电，实现能量回馈功能，制动转矩的大小及能量回馈深度由MCU程序根据电机实际转速内部进行设定。
本发明的优点是，由于控制功率放大电路在被驱动电机内产生了电磁制动转矩，将有效地辅助机械刹车装置实现刹车制动功能，使机械刹车装置的使用周期得以延长，并提高了制动的可靠性。同时，由于通过控制功率放大电路，对电池进行回馈充电，将有效提高整车一次充电续驶里程指标。
图1为已有的电动自行车用无刷电机控制器方框图。
图2为附图1功率放大电路中直流母线电流模拟采样电路。
图3为本发明的主程序框图。
图4为本发明中断入口分配框5为本发明AD采样子程序框6为本发明电流采样延时子程序框7为本发明脉冲调制中断子程序流程图。
图8为T4导通C相反电势大于0时的系统状态图。
图9为T4导通C相反电势小于0时的系统状态图。
图10为半桥斩波充电时的系统框图。
图11为T3、T4开通时的系统状态图。
图12为T3、T4关断时的系统状态图。
具体实施例方式
请参阅附图1所示，已有的电动自行车用无刷电机控制器功能框图，图中有霍尔传感器信及电流反馈信号输入至控制器，附图2为直流母线电流模拟采样电路，在功率放大电路中直流母线IF串接一电阻R7，IF作为电流模拟采样信号，输送至控制器，控制器中主要由一单片微处理器MCU实施控制。
附图3为单片微处理器MCU主程序框图，先进行初始化设计，随后无条件循环执行空操作，等待中断响应，中断包括脉宽调制中断、AD中断及定时器电流采样延时中断，中断入口分配框图见附图4，附图5为AD采样子程序框图，当AD采样中断响应后，进行模拟数据采样，附图6为电流采样延时子程序框图，利用定时器进行电流采样的延时，获取功率放大电路的输出相电流信号，附图7是脉宽调制PWM中断子程序流程图，通过周期性地以中断方式执行以上中断子程序，制动状态，输出对应霍尔状态时的制动逻辑信号，该制动逻辑信号在控制器前级驱动部分与脉宽调制PWM信号相与形成制动门控信号，控制功率放大电路在被驱动电机内产生制动转矩，并通过控制功率放大电路向电池回馈充电，实现能量回馈功能。
在半桥斩波状态下，上桥臂的三个功率管(T1、T3、T5)的制动逻辑信号为完全关断信号，下桥臂的三个功率管(T2、T4、T6)的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下桥臂的逻辑信号；在全桥斩波状态下，上、下桥臂六个功率管的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下的逻辑信号。
半桥斩波制动时，霍尔状态与开通功率管的对应关系，请参阅表一，附图8、附图9、附图10以霍尔状态为101为例，说明半桥斩波制动及能量回馈原理，按表一，对应当前霍尔状态T4接收PWM信号动作实现制动，附图8、附图9为T4导通时的系统状态图，此时，被驱动电机的动能一部分以热的形式消耗在电阻上，另一部分以磁场能的形式储存在绕组电感中，附图10为半桥斩波充电时的系统框图，此时，由于电感中电流的续流作用，使得电感的感应电势与反电势之和大于蓄电池电压，从而为蓄电池充电。
表一
全桥斩波制动时霍尔状态与开通功率管的对应关系请参阅表二，附图11、附图12以霍尔状态为101为例，说明全桥斩波制动及能量回馈原理，按表二，对应当前霍尔状态T3、T4接收PWM信号动作实现制动，附图11为T3、T4开通时的系统状态图，此时，蓄电池的输出功率与被驱动电机的动能共同转化为磁场能储存在绕组电感中，其中有部分能量以热的形式消耗在电机的绕组阻抗上，附图12为T3、T4关断时的系统状态图，此时，为充电状态，与半桥斩波的充电状态完全一致。
表二
权利要求
1.一种电动自行车用无刷电机控制器中能量回馈及制动方法，其特征在于在控制器的单片微处理器MCU内设置一控制程序，包括一主程序和几个子程序，该程序的主程序循环执行空操作，每个脉宽调制PWM周期结束时，申请脉宽调制PWM中断，中断响应后，执行脉宽调制PWM中断子程序， 脉宽调制PWM中断子程序的工作步骤为a)根据霍尔信号，计算电机当前转速；b)模拟转矩指令采样；c)判别是否有制动信号，若无取模拟转矩指令采样值作为转矩给定指令；d)若有制动信号，根据电机当前转速确定转矩指令；e)读取电流反馈信号，根据转矩指令和电流反馈信号数据，运行比例积分PI；f)根据比例积分PI值，调节脉宽调制信号的占空比；g)判别是否在制动状态，若不是则输出对应的驱动门控逻辑；h)若在制动状态，输出对应霍状态时的制动逻辑信号。
2.如权利要求书1所述的电动自行车用无刷电机控制器中能量回馈及制动方法，其特征在于所述输出的制动逻辑信号，在半桥斩波状态下，上桥臂的三个功率管的制动逻辑信号为完全关断信号，下桥臂的三个功率管的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下桥臂的逻辑信号；在全桥斩波状态下，上、下桥臂六个功率管的制动逻辑信号为反向驱动对应霍尔状态下的逻辑信号。
全文摘要
本发明是在电动自行车用无刷电机控制器中的单片微处理器MCU内，设置一控制程序，通过电流采样延时子程序对直流母线电流进行延时采样，获取功率电路输出的相电流信号，根据转矩指令及输出相电流的反馈信号进行转矩闭环控制，调节脉宽调制PWM信号的占空比，当单片微处理器MCU接收到制动指令时，输出制动逻辑信号，该逻辑信号在控制器前级驱动部分与脉宽调制信号相与，形成制动门控信号，控制功率放大电路在被驱动电机内产生制动转矩，并通过控制功率放大电路向电池回馈充电，实现能量回馈功能，既提高了制动的可靠性，又有效地提高整车一次充电续驶里程指标。
文档编号H02P6/00GK1665123SQ20051002434
公开日2005年9月7日 申请日期2005年3月11日 优先权日2005年3月11日
发明者贡俊, 秦小雷, 须斌 申请人:上海安乃达驱动技术有限公司