三路隔离电源控制器的制作方法

本实用新型涉及控制器领域，具体公开了一种三路隔离电源控制器。

背景技术：

一般的电车控制器是采集MOCS管内阻，或者主线内阻的，这种控制器带来的干扰相对比较大，对于测试和编程造成困扰。

技术实现要素：

为了解决这个问题，本实用新型提供了一种三路隔离电源控制器，使用精密电阻串入控制器相线，再用隔离光电耦合器采集精密电阻上的电压，输入给控制单元。

本实用新型采用的技术方案是：一种三路隔离电源控制器，包括主控芯片、三相隔离变压器、脉冲宽度调制模块、采样模块、精密电阻、三相桥电路、霍尔模块、隔离光电耦合器、低压差线性稳压器、MOS管、霍尔模块、IO端口和电源正负极端子；所述主控芯片、霍尔模块、采样模块、脉冲宽度调制模块、 IO端口和电源正负极端子组成控制电路；所述控制电路通过霍尔模块连接电动机，采集电动机的霍尔信号；通过脉冲宽度调制模块连接MOS管，由MOS管驱动三相桥电路；所述三相桥电路的其中两相分别串联一个精密电阻，另一相连接电动机，两个精密电阻各连接一个隔离光电耦合器，所述隔离光电耦合器与采样模块连接；所述三相隔离变压器连接电源，由电源输入较高的直流电，并输出三路相互隔离的较低的电压，其中两路输出电压相同，分别与隔离光电耦合器连接；第三路又分为两路，其中一路连接三相桥电路，另一路经低压差线性稳压器变压后供给MOS管。

本实用新型的工作原理为：在三相隔离电压器的输入端输入较高的直流电，经过隔离变压后输出两个电压相等的较小直流电和一个较高的直流电，其中两个较小的直流电压分别为隔离光电耦合器供电，较高的直流电一路与三相桥电路串联，另一路经过低压差线性稳压器再次变压降压后供给MOS管；脉冲宽度调制模块利用主控芯片的数字输出控制MOS管，利用MOS管的开关作用驱动三相桥电路工作；两个精密电阻串入控制器相线，用隔离光电耦合器采集精密电阻上的电压，输入给采集模块，从而传至主控芯片进行运算。

附图说明

图1为本实用新型原理图。

图2为三路隔离电源的电路原理图。

图3为采样电路的逆变电路示意图。

图4为采样电路的逆变电路示意图。

图5为矢量U4(100)电路图。

图6八个基本电压空间矢量的大小和位置。

图7为三相桥电路的A相电压电路图。

图8为三相桥电路的B相电压电路图。

图9为三相桥电路的C相电压电路图。

图10霍尔电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种三路隔离电源控制器，包括主控芯片1、三相隔离变压器 2、脉冲宽度调制模块3、采样模块4、精密电阻5、三相桥电路6、霍尔模块7、隔离光电耦合器8、低压差线性稳压器9、MOS管10、IO端口12和电源正负极端子13；所述主控芯片1、霍尔模块7、采样模块4、脉冲宽度调制模块3、IO 端口12和电源正负极端子13组成控制电路；所述控制电路通过霍尔模块7连接电动机11，采集电动机11的霍尔信号；通过脉冲宽度调制模块3连接MOS管 10，由MOS管10驱动三相桥电路6；所述三相桥电路6的a相和b相分别串联一个精密电阻5，c相连接电动机11，两个精密电阻5各连接一个隔离光电耦合器8，所述隔离光电耦合器8与采样模块4连接；所述三相隔离变压器2连接电源，由电源输入较高的直流电，并输出三路相互隔离的较低的电压，其中两路输出电压相同，分别与隔离光电耦合器8连接；第三路又分为两路，其中一路连接三相桥电路6，另一路经低压差线性稳压器9变压后供给MOS管10。

在三相隔离电压器2的输入端输入48V直流电，经过隔离变压后输出两个5V直流电压，一个13.6伏的直流电压，其中两个5V直流电压分别为隔离光电耦合器8供电，13.6V的电压一路与三相桥电路6串联，另一路经过低压差线性稳压器9再次变压后供给MOS管10。脉冲宽度调制模块3利用主控芯片1的数字输出控制MOS管10，利用MOS管10的开关作用驱动三相桥电路6工作；两个精密电阻5串入控制器相线，用隔离光电耦合器8采集精密电阻5上的电压，输入给采集模块4，从而传至主控芯片1进行运算。

如图2所示，三路隔离变压器2采用南京微盟的ME8204为主控芯片，采用单端反激式的原理进行设计。反激控制使用的2N60型MOS管，它的开和关可以让主边的线圈内产生交变的电流，从而形成交变的电流，耦合到三路的副边上经过整流二极管和滤波电路整成直流信号，其中13.6伏的电路为了实现电压的实时调节，还经过光耦PC817反馈给主控芯片ME8204这样就实现了，稳压的效果；R2/R3是限流的电阻，可以试电源输出超出一定值的时候停止输出，做到控制器电源硬件上的保护作用；R4是一个热敏电阻，可以让电源热关断，防止由于使用不当而造成过温。导致不能工作，或者烧坏器件。

所述三路隔离变压器采用ME8204B-15V0.4A9V0.1A9V0.1A-T型号。磁芯及骨架采用立式EE16 10脚，排距10.5mm，脚距3mm，磁芯材料采用PC40；电感量：初级5，3脚之间的电感量用气隙控制在320-400UH之间；绝缘要求：Np， Nf对Ns耐压AC4000V/60s/0.1mA。

如图3所示，采样模块4采用AMC1200型号，隔离运放原理如下：

R3/R4是精密电阻，采集R3/R4两端的电压信号，经过阻容网络，进入隔离运放 AMC1200；运放固定增益8倍，再通过运放TP1272进行二次放大，放大比例为2 倍增益；tl431属于2.5V网络是将信号嵌位在2.5V的位置，当电流从BO流向 B定位正电流的话，那么B流向BO就为负电流；当电流从AO流向A定位正电流的话，那么A流向AO就为负电流；反应到CUR_V/CUR_W上就是超过2.5V属于正电流，低于2.5V为负电流，这样就可以很好的判断三相桥电路中的电流方向，便于运算方便。

如图4-5所示，三相桥电路6，设直流母线侧电压为Udc，逆变器输出的三相相电压为UA、UB、UC，其分别加在空间上互差120°的三相平面静止坐标系上，可以定义三个电压空间矢量UA(t)、UB(t)、UC(t)，它们的方向始终在各相的轴线上，而大小则随时间按正弦规律做变化，时间相位互差120°。假设Um为相电压有效值，f为电源频率，则有：

其中，θ＝2πft，则三相电压空间矢量相加的合成空间矢量U(t)就可以表示为：

可见U(t)是一个旋转的空间矢量，它的幅值为相电压峰值的1.5倍，Um为相电压峰值，且以角频率ω＝2πf按逆时针方向匀速旋转的空间矢量，而空间矢量 U(t)在三相坐标轴(a，b，c)上的投影就是对称的三相正弦量(如图4所示)。

由于逆变器三相桥臂共有6个开关管，为了研究各相上下桥臂不同开关组合时逆变器输出的空间电压矢量，特定义开关函数Sx(x＝a,b,c)为：

(Sa、Sb、Sc)的全部可能组合共有八个，包括6个非零矢量Ul(001)、U2(010)、 U3(011)、U4(100)、U5(101)、U6(110)、和两个零矢量U0(000)、U7(111)，下面以其中一种开关组合为例分析，假设Sx(x＝a,b,c)＝(100)，此时(如图 5所示)

求解上述方程可得：UaN＝2Ud/3、UbN＝-Ud/3、UcN＝-Ud/3。同理可计算出其它各种组合下的空间电压矢量，列表如下：

表1-1开关状态与相电压和线电压的对应关系

如图6所示，其中非零矢量的幅值相同(模长为2Udc/3)，相邻的矢量间隔 60°,而两个零矢量幅值为零，位于中心。在每一个扇区，选择相邻的两个电压矢量以及零矢量，按照伏秒平衡的原则来合成每个扇区内的任意电压矢量，即：

或者等效成下式：Uref*T＝Ux*Tx+Uy*Ty+U0*T0(1-6)其中，Uref为期望电压矢量；T为采样周期；Tx、Ty、T0分别为对应两个非零电压矢量Ux、Uy和零电压矢量U0在一个采样周期的作用时间；其中U0包括了U0和U7两个零矢量。式(1-6)的意义是，矢量Uref在T时间内所产生的积分效果值和Ux、Uy、U0分别在时间Tx、Ty、T0内产生的积分效果相加总和值相同。

由于三相正弦波电压在电压空间向量中合成一个等效的旋转电压，其旋转速度是输入电源角频率，等效旋转电压的轨迹将是如图6所示的圆形。所以要产生三相正弦波电压，可以利用以上电压向量合成的技术，在电压空间向量上，将设定的电压向量由U4(100)位置开始，每一次增加一个小增量，每一个小增量设定电压向量可以用该区中相邻的两个基本非零向量与零电压向量予以合成，如此所得到的设定电压向量就等效于一个在电压空间向量平面上平滑旋转的电压空间向量，从而达到电压空间向量脉宽调制的目的。通过以上的算法我们搭建的原理图纸如下：PWM信号总共6相，通过开关状态与相电压和线电压的对应关系，对应桥式电路的开关方向，U3115S宇力电子集成驱动芯片，PC1/PC2/PC3 是50V/47uF的自举电容，后面接的SS8550是用来放电使用的， CA/CB/CC/CD/CE/CF大电容的作用是缓启动和缓放电作用的，更好的保护管子，而且可以让堵转的时候扭矩增加的。R5A是下桥放电使用电阻(如图7、8、9所示)。

如图10所示，霍尔信号是主控芯片1读懂电机转动的重要信号，为此该款的霍尔是采用四霍尔技术，将电机内部的霍尔信号采集到以后经过下图处理传入单片机当中运算，U8B使用的是运放MCP604；5/6/7三个端口组成一个简单的稳压嵌位电路，四路霍尔信号经过加法电路输入运放当中，得出EB/EA信号输入单片机相应的管脚。

所述主控芯片1采用的芯片型号：R5F52106BDFM，主要包括电源、时钟、 E1仿真接口、模拟电源相关、RS485通信口、模拟量输出端口、抱闸器电流采样、5V电压采样、母线电流检测、I/O输出口、编码器、输入预留口、输出预留口和LED灯等。该芯片为市售产品，本文不再赘述。