新能源汽车用无刷电机驱动控制器及其装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器及其装置，其中新能源汽车用无刷电机驱动控制器，电源电路为控制电路提供电源，控制电路的输出端与功率电路的输入端连接，控制电路，霍尔传感电路输出两路相同的三相霍尔信号，一路三相霍尔信号输入到DSP电路，DSP电路输出的信号输出至电流环电路，电流环电路的输出信号经过PWM电路生成两路反向的PWM波，两路反向的PWM波与霍尔传感电路输出的另一路三相霍尔信号经过CPLD电路生成六路PWM波，六路PWM波经过逻辑端口电路输出至IPM驱动电路，从而生成驱动IPM的信号，控制电机的运行。实现增强可靠性的优点。
【专利说明】
新能源汽车用无刷电机驱动控制器及其装置
技术领域
[0001]本发明涉及新能源汽车控制领域，具体地，涉及一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器及其装置。
【背景技术】
[0002 ]车用驱动电机是电动汽车动力系统的核心关键部件，其性能优劣直接影响到车辆的整车性能。经过几十年的发展，我国在车用驱动电机技术、产品、产业方面均取得了长足的进步。我国已自主开发了满足各类电动汽车需求的系列化驱动电机系统产品，获得了一大批驱动电机系统的相关知识产权，形成了批量生产能力。
[0003]传统车用驱动异步电机使用寿命短，运行噪音大，无法适用于有一定腐蚀性的新能源燃油等，如何寻求新的驱动方式来解决目前燃油的困难是亟需展开研究的课题。而永磁无刷直流电机正是由于使用电子换向取代传统电刷和换向器而越来越受到广泛的关注和使用，若能将无刷直流电机应用到新能源汽车中将是一项具有十分重要实际意义和现实意义的研究，这不仅提高新能源汽车的寿命以及结构，同时也能扩大汽车燃油栗的使用范围，如一些腐烛性较强的燃油(甲醇)等，这使得新能源汽车有了更广阔的发展空间，且减少汽车运行成本，减少环境污染等一些列好处。无刷直流电机控制常用的方法有:有位置传感器控制和无位置传感器控制。有位置传感器控制方法较为成熟，控制较为方便，但是其安装较为复杂，尤其是在燃油这样恶劣环境下，霍尔传感器的安装变得十分困难;故而无位置传感器无刷直流电机的控制变得十分重要，同时无位置传感器控制也面临着可靠性，控制复杂等问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器及其装置，以实现增强可靠性的优点。
[0005]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器，包括控制电路、功率电路和电源电路，所述电源电路为控制电路提供电源，所述控制电路的输出端与功率电路的输入端连接，所述控制电路，包括霍尔传感电路、DSP电路、电流环电路、PWM电路、CPLD电路和逻辑端口电路，霍尔传感电路输出两路相同的三相霍尔信号，一路三相霍尔信号输入到DSP电路，DSP电路输出的信号输出至电流环电路，电流环电路的输出信号经过PWM电路生成两路反向的PWM波，两路反向的PWM波与霍尔传感电路输出的另一路三相霍尔信号经过CPLD电路生成六路PffM波，六路PffM波经过逻辑端口电路输出至IPM驱动电路，从而生成驱动IPM的信号，控制电机的运行。
[0006]优选的，所述功率电路采用光耦HCPL4505进行信号隔离和电平转换。
[0007]优选的，所述控制电路采用电流截止负反馈控制技术，解决起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题。
[0008]优选的，所述控制电路采用低温加热保护技术，当控制器内部温度降至(TC时，加热电路导通，功率电阻与290V输入直流电相连，对控制器进行加热；当控制器内部温度回升至25°C时，加热电路关断，功率电阻与290V输入直流电断开，停止对控制器加热。
[0009]同时本发明技术方案还公开一种新能源汽车用无刷电机驱动控制装置，包括，设置电源电路的电源模块板、设置控制电路的控制电路板、设置功率电路的IPM驱动板、IPM模块、第一加热电阻、第二加热电阻、第三加热电阻、滤波电容、延时上电开关、电流传感器、插针、中间铝隔板、散热底板和箱体，
所述箱体和散热底板安装在一起，所述中间铝隔板将箱体分为上下两层，控制电路板固定在中间铝隔板的上面，第二加热电阻和第一加热电阻分别焊接在中间铝隔板的上下表面，所述第三加热电阻设置与IPM模块的下方，控制电路板通过插针与IPM驱动板连接，IPM驱动板位于IPM模块上面，IPM模块与电源模块板均位于散热底板上，所述延时上电开关、滤波电容和电流传感器均设置在散热底板上，且延时上电开关、电流传感器、电源模块板和滤波电容依次电连接。
[0010]优选的，所述控制电路板采用支架安装结构来固定在中间铝隔板上。
[0011 ]优选的，所述电源模块板的反面放置于散热底板上。
[0012]优选的，所述第二加热电阻与中间铝隔板连接处以及第一加热电阻与中间铝隔板连接处均涂有导热硅脂。
[0013]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明，针对适用于高压直流电源的大功率无刷电机面临的一些技术问题，解决了电机起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题，特别是控制器设计、控制器可靠性、电机参数与控制参数匹配等一系列难题，增强了系统可靠性，其装置具有散热好、抗干扰性强且结构紧凑等优点。
[0014]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【附图说明】
[0015]图1为本发明实施例所述的新能源汽车用无刷电机驱动控制器的原理框图；
图2为本发明实施例所述的控制电路的电气原理框图；
图3为本发明实施例所述的控制装置的结构示意图。
[0016]结合附图，本发明实施例中附图标记如下:
1-电源模块板;2-控制电路板;3-1PM驱动板;4-1PM模块;5-第一加热电阻;6-第二加热电阻;7-第三加热电阻;8-滤波电容;9-延时上电开关；10-电流传感器;11-插针；12-中间铝隔板;13-散热底板;14-箱体。
【具体实施方式】
[0017]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0018]如图1所示，一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器，包括控制电路、功率电路和电源电路，电源电路为控制电路提供电源，控制电路的输出端与功率电路的输入端连接，控制电路，包括霍尔传感电路、DSP电路、电流环电路、PWM电路、CPLD电路和逻辑端口电路，霍尔传感电路输出两路相同的三相霍尔信号，一路三相霍尔信号输入到DSP电路，DSP电路输出的信号输出至电流环电路，电流环电路的输出信号经过PWM电路生成两路反向的PWM波，两路反向的PWM波与霍尔传感电路输出的另一路三相霍尔信号经过CPLD电路生成六路PWM波，六路PWM波经过逻辑端口电路输出至IPM驱动电路，从而生成驱动IPM的信号，控制电机的运行。
[0019]其中，功率电路采用光耦HCPL4505进行信号隔离和电平转换。
[0020 ]电源电路采用YND系列电源模块来实现DC/DC转换来优化散热功能。
[0021]所的DSP系统采用速度闭环设计，实现速度闭环数字化，提高速度稳定性。
[0022]控制电路采用电流截止负反馈控制技术，解决起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题。
[0023]控制电路采用低温加热保护技术，当控制器内部温度降至(TC时，加热电路导通，功率电阻与290V输入直流电相连，对控制器进行加热；当控制器内部温度回升至25°C时，加热电路关断，功率电阻与290V输入直流电断开，停止对控制器加热。
[0024]霍尔传感电路输出两路相同的三相霍尔信号，一路三相霍尔信号输入到DSP系统，实现转速闭环控制，DSP输出的数字信号经过DA转换成模拟信号，模拟信号通过硬件电流环电路实现过流保护，电流环电路的输出信号经过PWM电路生成两路反向的PWM波，PWM波与霍尔传感电路输出的另一路三相霍尔信号经过CPLD电路生成六路PffM波，六路PffM波经过逻辑端口电路来防止上下管子互通，经过逻辑端口电路的六路PWM波通过驱动芯片ULN2003生成驱动IPM的信号，控制电机的正常运行。
[0025]为了避免强弱电之间的相互干扰，特别是大电流对控制电路的干扰以及模拟电路对数字电路的影响，IPM驱动器的信号采用了隔离电路的设计。通过实验，惠普公司生产的光耦HCPL4505占有绝对优势，因此采用HCPL4505进行信号隔离和电平转换，该光耦为快速光耦，是惠普公司为IPM设计的专用光耦。
[0026]考虑到耐压及工作电流以及电机起动等问题，选择了三菱第五代L型IGBT功率模块——PM50CLA060，该模块内建六管全桥电路，耐压600V，超出工作电流的两倍，有相当的耐压余量;其工作电流50A，约是电机正常电流的4倍，通用具有相当的工作余量，从而能保证电机可靠运行。
[0027]电源电路设计内容主要为270VDC转24VDC，24VDC转±15VDC，24VDC转5VDC。通常采用线性三端稳压器LM7815和LM7805可以实现，但转换效率较低，不采取任何散热措施情况下发热严重。因此，设计采用YND系列电源模块来实现DC/DC转换，该系列模块具有宽电压输入、输入输出隔离、长期短路保护自恢复、小型化封装等优点。
[0028]针对速度稳定要求，使用了速度闭环设计。决定速度闭环由DSP来完成，实现速度闭环数字化，这样便于在线调整PID控制。
[0029]为了解决起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题，控制器采用电流截止负反馈控制技术，解决起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题。
[0030]控制电路CPU芯片采用德州仪器(TI)公司的TMS320F2808芯片，由于其最低工作温度为-40°C，当控制器环境温度降至-60°C时，控制器将无法正常工作。为了使控制器在-60°C低温环境下仍能够正常工作，控制器加入了低温加热保护电路。
[0031]低温加热保护电路的主要通过温度采样电阻，滞环比较器，功率电阻构成，当控制器内部温度(由热敏电阻PT 100测得)降至O °C时，加热电路导通，功率电阻与290V输入直流电相连，对控制器进行加热；当控制器内部温度回升至25°C时，加热电路关断，功率电阻与290V输入直流电断开，停止对控制器加热。
[0032]同时本发明技术方案还公开一种新能源汽车用无刷电机驱动控制装置，包括，设置电源电路的电源模块板1、设置控制电路的控制电路板2、设置功率电路的IPM驱动板3、IPM模块4、第一加热电阻5、第二加热电阻6、第三加热电阻7、滤波电容8、延时上电开关9、电流传感器10、插针11、中间铝隔板12、散热底板13和箱体14，
箱体14和散热底板13安装在一起，中间铝隔板12将箱体14分为上下两层，控制电路板2固定在中间铝隔板12的上面，第二加热电阻6和第一加热电阻5分别焊接在中间铝隔板12的上下表面，第三加热电阻7设置与IPM模块4的下方，控制电路板2通过插针11与IPM驱动板3连接，IPM驱动板3位于I PM模块4上面，IPM模块4与电源模块板I均位于散热底板13上，延时上电开关9、滤波电容8和电流传感器10均设置在散热底板13上，且延时上电开关9、电流传感器1、电源模块板I和滤波电容8依次电连接。
[0033]其中，控制电路板2采用支架安装结构来固定在中间铝隔板12。
[0034]电源模块板I是反面放置于散热底板13上。
[0035]第二加热电阻6和第一加热电阻5底部涂有导热硅脂。即第二加热电阻6与中间铝隔板12连接处以及第一加热电阻5与中间铝隔板12连接处均涂有导热硅脂。
[0036]箱体采用铝合金材料(三防处理)，为保证控制器内部强弱电隔离，有效减少电磁干扰，控制器设计为上下2层结构，内部器件合理布局保证散热均匀。
[0037]电源模块板设计内容主要为270VDC转24VDC，24VDC转土 15VDC，24VDC转5VDC。在试验时，电源模块会出现热保护控制器掉电的现象，考虑到控制器底板散热器的面积更大，散热效果更好，最终控制器装置采取将电源模块板反置，且紧靠控制器散热底板的方式得以解决。
[0038]为了保证控制器强弱电隔离以及可靠性，在控制器装置的中部安装一块中间铝隔板上，将DSP芯片及其外围电路以及通讯单元等弱电部分集成到控制电路板，安装在中间铝隔板上，与IPM驱动板、IPM模块隔离，控制电路板的安装采用支架安装结构来固定，通过插针与IPM驱动板相连。
[0039]将发热量最大的IPM模块贴在散热底板上，热量尽可能多的被散热底板带走。
[0040]控制器装置的中部安装一块中间铝隔板具有如下优点:
1、隔电磁干扰:将控制电路板和IPM驱动板、I PM模块隔离，有效的抑制了电磁干扰，且有利于保护控制电路板上的器件；
2、增强机箱的机械强度:在正中安装的中间铝隔板使机箱的强度显著增强；
3、增强控制电路板的抗振性:中间铝隔板可靠固定在机箱上，控制电路板固定在中间铝隔板上，有效的增强了控制电路板和机箱的抗震性。
[0041]最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种新能源汽车用无刷电机驱动控制器，其特征在于，包括控制电路、功率电路和电源电路，所述电源电路为控制电路提供电源，所述控制电路的输出端与功率电路的输入端连接，所述控制电路，包括霍尔传感电路、DSP电路、电流环电路、PWM电路、CPLD电路和逻辑端口电路，霍尔传感电路输出两路相同的三相霍尔信号，一路三相霍尔信号输入到DSP电路，DSP电路输出的信号输出至电流环电路，电流环电路的输出信号经过PWM电路生成两路反向的PffM波，两路反向的PffM波与霍尔传感电路输出的另一路三相霍尔信号经过CPLD电路生成六路PWM波，六路PWM波经过逻辑端口电路输出至IPM驱动电路，从而生成驱动IPM的信号，控制电机的运行。2.根据权利要求1所述的新能源汽车用无刷电机驱动控制器，其特征在于，所述功率电路采用光耦HCPL4505进行信号隔离和电平转换。3.根据权利要求1所述的新能源汽车用无刷电机驱动控制器，其特征在于，所述控制电路采用电流截止负反馈控制技术，解决起动、正/反转和堵转时的电流冲击问题。4.根据权利要求1所述的新能源汽车用无刷电机驱动控制器，其特征在于，所述控制电路采用低温加热保护技术，当控制器内部温度降至0°C时，加热电路导通，功率电阻与290V输入直流电相连，对控制器进行加热；当控制器内部温度回升至25°C时，加热电路关断，功率电阻与290V输入直流电断开，停止对控制器加热。5.—种基于权利要求1所述的新能源汽车用无刷电机驱动控制器的控制装置，其特征在于，包括，设置电源电路的电源模块板、设置控制电路的控制电路板、设置功率电路的IPM驱动板、IPM模块、第一加热电阻、第二加热电阻、第三加热电阻、滤波电容、延时上电开关、电流传感器、插针、中间铝隔板、散热底板和箱体， 所述箱体和散热底板安装在一起，所述中间铝隔板将箱体分为上下两层，控制电路板固定在中间铝隔板的上面，第二加热电阻和第一加热电阻分别焊接在中间铝隔板的上下表面，所述第三加热电阻设置与IPM模块的下方，控制电路板通过插针与IPM驱动板连接，IPM驱动板位于IPM模块上面，IPM模块与电源模块板均位于散热底板上，所述延时上电开关、滤波电容和电流传感器均设置在散热底板上，且延时上电开关、电流传感器、电源模块板和滤波电容依次电连接。6.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述控制电路板采用支架安装结构来固定在中间铝隔板上。7.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述电源模块板的反面放置于散热底板上。8.根据权利要求5所述的控制装置，其特征在于，所述第二加热电阻与中间铝隔板连接处以及第一加热电阻与中间铝隔板连接处均涂有导热硅脂。
【文档编号】H02P6/08GK105978412SQ201610468060
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月24日
【发明人】包艳艳, 蒋菲, 樊新鸿, 陈博栋, 牛欢欢
【申请人】国网甘肃省电力公司电力科学研究院, 国网甘肃省电力公司, 国家电网公司