电机变频控制系统的制作方法

专利名称：电机变频控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电机领域，涉及一种电机变频控制系统。
背景技术：
现有的变频系统，通常采用DSP芯片完成波形发生功能，作为BSG电机的车用变频 系统更是如此。而使用该方式的最大问题是编程困难，工作量大，这在需要快速投入市场的 混合动力开发中，成为了主要的技术瓶颈。再有BSG电机工作系统对电瓶的充电方式一般 都需要用另一组系统来完成，这种情况下，显然对像车辆这样对成本敏感的产品来说是不 可取的。

实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种电机变频控制系统。 为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案。 —种电机变频控制系统，包括电源驱动传感电路和控制电路；所述控制电路与电 源驱动传感电路相连，包括带CAN控制器单片机，波形发生器，模拟开关，IGBT光耦隔离驱 动器，第一接口适配电路，第二接口适配电路，或非门，及反向斯密特触发器；所述带CAN控 制器单片机分别与波形发生器、模拟开关相连；所述波形发生器分别与模拟开关、第一接口 适配电路、或非门相连；所述模拟开关与第一接口适配电路相连；所述第一接口适配电路 的输出端与所述IGBT光耦隔离驱动器的输入端相连，IGBT光耦隔离驱动器的输出端与第 二接口适配电路的输入端相连。 作为本实用新型的一种优选方案，所述电源驱动传感电路包括动力电瓶组，车辆 工作电瓶，固态继电器，电压检测转换电路，谐波抑制电路，智能IGBT功率模块，电流传感 及处理电路，R相时序发生电路，BSG电机，及转速传感器处理芯片；其中，动力电瓶组用以 直接提供电力给智能IGBT功率模块；车辆工作电瓶通过开关电源给固态继电器供电；固态 继电器接通后，多组输出开关电源上电，开始提供系统工作电源；电压检测转换电路用以转 换动力电瓶组的高电压为单片机可接受的电压；谐波抑制电路与智能IGBT功率模块并联， 用以吸收BSG电机工作时出现的电磁干扰；智能IGBT功率模块，输出SP丽脉冲用以驱动 BSG电机和吸收BSG电机电能；电流传感及处理电路用以转换检测电流的波形给CPU ;R相 时序发生电路用以产生过零脉冲信号，控制电机在发电状态时对电瓶有效充电；BSG电机 中设有速度和温度传感器；转速传感器处理芯片用以处理来自速度传感器的转速信号，转 换成8位数据给CPU。 作为本实用新型的另一种优选方案，所述波形发生器的R(B) 、 B(B) 、 Y(B)管脚的 输出信号经过第一接口适配电路与IGBT光耦隔离驱动器相连，再经由第二接口适配电路 去耦后在Q2、Q4、Q6端口输出；波形发生器的R(T)、B(T)、Y(T)管脚的输出信号经模拟开关 的1、3、8输入端口输入后由模拟开关的2、4、9输出端口输出，再经过第一接口适配电路给 IGBT光耦驱动电路，最后由第二接口适配电路去耦后在Ql 、 Q3、 Q5端口输出。
4[0008] 带CAN控制器单片机的P0. 0-PO. 7端口与波形发生器的AD0-AD7端口相连，作为 8位数据口 ；带CAN控制器单片机的P3.7/^5 、尸3.6/i^ 、P3. 2/INT0、 P3. 0、 P3. 1端口与波 形发生器的相应端口^5 、i^ 、^ 、 ALE相连； 带CAN控制器单片机的端口 TXDC、 RXDC与CAN控制器端口 CTXD、 CRXD相连，用于 CAN系统通讯； 带CAN控制器单片机的PI. 0端口接收来自电压检测转换电路的电池容量信号 SOC， PI. 1-P1. 3端口接收来自电流传感及处理电路的电流传感信号IR、 IB、 IY，用以实现对 系统的电池电量和输出电流的控制；P3. 3/INT1管脚与所述R相时序发生电路的输出端口 相连；Pl. 6端口与模拟开关的5、6、 13端口相连；Pl. 4、 PI. 5端口与波形发生器的WSS、 ZPP 0/PS端口相连。 作为本实用新型的再一种优选方案，或非门的输入端口 2、3、4、5分别接收来自
IGBT光耦隔离驱动器的^端口的故障信号，来自智能IGBT功率模块的经反向斯密特触
发器处理后的电流和温度超限指示信号，来自BSG电机的温度传感器经反向斯密特触发器
处理后的温度超限信号，和来自电流传感及处理电路的电流超限信号。 作为本实用新型的再一种优选方案，所述波形发生器为三相SP丽发生器。 本实用新型的有益效果在于本实用新型是基于单片机和波形发生器设计的，其
驱动和再生充电单元效果良好，而且具有电路设计简单、功能齐全、性价比高、可靠性高、编
程调试简便等特点，在很大程度上縮短了开发周期。

[0014]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细说明。图1为本实用新型的系统框图；图2为本实用新型的电源驱动传感电路图；图3为本实用新型的控制电路的接口电路示意图；图4为BSG电机变频器工作模型图；图5为充电周期示意图；图6为电压调谐波形示意图；图7为驱动电流波形示意图；图8为波形发生器芯片示意图；图9为波形发生器内部结构示意图；图10为波形发生原理示意图；图11为波形发生器的写程序框图；图12为波形发生器与单片机的接口电路图；图13为并联混合动力系统总线结构示意图；图14为BSG电机工作程序框图；图15为CAN通讯服务程序框图；图16为AT89C51CC01S内部电路框图。主要组件符号说明1、动力电瓶组；2、车辆工作电瓶；[0033] 3、固态继电器； 5、电压检测转换电路； 7、谐波抑制电路； 9、电流传感及处理电路 11、BSG电机；
4、开关电源；
6、多组输出开关电源；
8、 IGBT模块； 10、R相时序发生电路； 12、转速传感器处理芯片。
具体实施方式BSG电机
BSG(Belt-altermotor Starter Generator)及皮带传动起/停电机，适用于并联 方式的混合动力汽车。至于他的运用，由于储能设备容量有限，这就需要在运行过程中对电 能流向进行有效的管理，同时要求变频器(逆变器)的工作效率足够高；即精确的电能管理 和高效的变频器转换效能，可以延长车辆运行里程，减少电池充电频率，从而从根本上节约 运行成本。 图4是BSG电机工作的简化模型。假设如果第一时刻让Tl和T4导通，电流通过 Tl禾P R线流入电机，从B线和T4入地；下一时刻让T3和T6导通，电流通过T3和B线流入 电机，从Y线和T6入地；再下一时刻让T5和T2导通，电流通过T5和Y线流入电机，从R线 和T2入地；从而形成旋转磁场，使BSG电机转动。 应该说，图4中的二极管(续流二极管)，本来是为了解决感性负载自感电动势而 设置的。不过由于该二极管的存在，对于BSG电机在发电状态对电瓶的充电，带来了好处， 至少它可以使我们的电路设计带来了简化。即我们可以利用它，让奇数绝缘栅双极型晶体 管(Insulated Gate Bipolar Transisitor， IGBT)功率模块T2n—! (n = 1，2，3)单边截止， 而偶数功率模块Un二 1，2，3)按BSG转速下对应的频率特征的要求循环导通，组成回路， 则电机发电出的电就可以通过偶数功率模块T&和二极管对电池充电。图5是充电周期示 意图，充电的强度可通过程序方式，通过改变输出电压(占空比)方式来实现；注意此时调 谐脉冲的时序必需严格界定，方可能实现有效充电。 (1)电压波形 图6为目前常规使用DSP芯片控制下的输出电压波形，载波为等间隔设置；通过改
变占空比的方式，形成等效的正弦波脉冲。 (2)电流波形 图7为实际的驱动电流波形。图中线形不平整是因为脉冲工作方式伴随出现的高 次谐波，而该谐波出现的位置总是与载波和基频有关。 (3)载波与智能IGBT功率模块的关系 IGBT为双极型电压驱动功率模块，系高速开关器件，虽为目前较为理想的功率器 件，但仍不可避免的存在着导通时的延时和关断时的电流拖尾；开关延时和电流拖尾的存 在意味着损耗，如果载波频率过高，将增加功率的损耗；可另一方面，高的载波频率，不仅可 以得到较理想的正弦波，而且可以减少高次谐波和电机工作噪声。 [OO48]SA2828波形发生器芯片
SP丽控制技术是通过控制电路按一定规律来控制开关管的通断，以得到一组等幅 而不等宽的矩形脉冲波形并使其逼近正弦电压波形，见图6和图10。其方法有模拟方法和数字方法两种，其中模拟方法的电路比较复杂，且有温漂现象，会影响精度，降低系统的性 能。数字方法则是按照不同的数字模型用计算机算出各切换点并将其存入内存，然后通过 查表及必要的计算生成SP丽波，因此数字方法受内存影响较大，且与系统精度之间存在着 矛盾。而使用SA2828系全数字化三相SP丽发生器，它频率范围宽、精度高，并可与微处理 器进行接口 ；关键是能够完成外围控制功能，因而可实现智能化。 (1) SA2828特性功能与结构原理 SA2828采用28引脚DIP和S0IC封装，其引脚排列如内部结构如图8和图9所 示。主要引脚有两类，一类是与微处理器的接口和控制引脚；另一类是SP丽脉冲输出和控 制引脚。AD0 AD7是八位地址与数据复用总线，用于从微处理器接受地址与数据信息。
■ (w/萨)、^5 (DS) 、 ALE (AS)三个引脚为INTEL (MOTOROLA)控制模式，SA2828在工作时可 自动适应INTEL或MOTOROLA控制模式，当ALE (AS)管脚变为高电平时，SA2828内部检测电 路将自动锁存E (DS)线上的状态。如果检测结果为低电平，则采用MOTOROLA控制模式；如 果检测结果为高电平，则采用INTEL控制模式。^是复位端，低电平有效；^为片选输入， 该控制线可使SA2828与其它外围接口片共享同一组总线。RPHT、 RPHB、 YPHT、 YPHB、 BPHT、 BPHB为标准TTL电平输出端(即P丽驱动信号)可分别驱动三相逆变器的六个功率开关器 件。^端口输出封锁状态指示，用于表明输出是否被封存，低电平有效。SET TRIP是关 断触发信号输入端，当输入为高时，TRIP及六个P丽输出端将迅速锁存在低电平状态，且只 有在RST复位时才能解除。WSS是波形采样同步端口 ；ZPPB、ZPPY、ZPPR分别是三相信号的 零相位脉冲输出端。CLX为时钟信号输入端。VDD是+5V偏置电源。VSS接地端。 (2) SA2828波形发生原理 图7是使用波形发生器芯片形成的SP丽波形图，他的载波频率是确定；其生成原 理是由三角波和ROM中的频率特征阵列正弦曲线值经合成生成SP丽驱动波形；也可理解 为用ROM中的参数来改变反向斯密特触发器的翻转点或电位回差。 由于调制波形关于90度、180度、270度对称，故波形ROM中仅有0_90度的波形瞬 时幅值，采样间隔0. 23度，90度内共384组8位采样值存入ROM中，每个采样值线性的表达 正弦波的瞬时值，通过相位控制逻辑，将它组成0-360度的完整波形。该调制波与载波比较 产生三相六路双极性SP丽调制波形。其经脉冲宽度取消电路，将脉冲宽度小于取消时间的 脉冲去掉，再经脉冲延时电路引入死区时间，从而保证了在转换瞬间高、低端功率开关不会 出现共同导通现象。 图10中24位初始化暂存寄存器，可用来设置输出波形参数，例如载波频率，最小 脉宽，脉冲取消时间计数器置"O"等。 一经设置好，运行中不允许改变；24位控制寄存器， 用来调整改变调制波频率，幅值，输出关闭，过调制选择，开机关机等(见图ll，写指令数据 和写控制寄存器约束参数)。上述设置和调整均通过微处理器或微控制器发 指令，数据先 存入三个8位暂存寄存器R0， Rl， R2中，然后通过R3和R4分别传送给24位初始化寄存器 和24位控制寄存器。初始化或调整时，RSR端要置O，见图11程序框图。 SA8282由外配的微处理器通过复用MOTEL总线控制，并与外配的微处理器接口 ， 该接口总线有自动适应英特尔和摩托罗拉两种总线格式及工作时序的能力，在电路启动运 行后，当AS/ALE端从低电平变为高电时，内部检测电路锁存DS/M的状态，若检测结果为 高电平则自动进入英特尔模式，若检测结果为低电平，则选择摩托罗拉模式工作，总线连接和定时信息相对所用微处理器而言，这个过程在每次AS/ALE变为高电平时要进行，实际中
模式选择应由使用者设定。 (3)SA8282特点总结 使用SA8282波形发生器可以带来以下几点优点 (1)适用于英特尔和摩托罗拉两种总线格式，接口通用性好，编程容易，操作简单， 快捷，方便。 (2)应用常用的对称的双边采样法产生P丽波形，波形产生数字化，无时漂，无温 漂稳定性好。 (3)在外接时钟频率为12. 5腿Z时载波频率可高达24KHZ，可实现静音运行；在实 际运用中可以和单片机公用一个晶振。 (4)调制频率范围宽，精度高(12位)，输出正弦波频率可达4KHZ，可实现高频率高 精度控制及光滑的变频。 (5)最小脉宽和死区时间通过软件设置完成，既节约了硬件成本，又使修改灵活方 便。 (6)在电路不变的情况下，通过修改控制暂存器参数，就可改变逆变器性能指标。 驱动不同负载或工作于不同工况，包括对充电强度的适时控制。 (7)通过检测SP丽输出相序反馈，程序自适应延时，使SP丽输出能满足对电瓶充 电的要求。 (8)可通过调制达到输出频率为0KHZ而给电机绕组通一直流电，实现电机的"直 流插入制动"。
(9)独立封锁端可瞬时封锁输出P丽脉冲亦使微处理器防止突然事件的发生。BSG电机变频器控制系统的工作原理
BSG电机变频器控制系统的基本结构如图1所示，该系统包括有电瓶(120V)， 谐波抑制器(电感和电容组成的)，开关电源(DC-DC多路电源，提供不同工作电路和芯 片的电压规范)，电流传感器(互感或霍尔)，电压采样电路(检测电瓶容量)，带CAN控 制器单片机(AT89C51CC01S)，波形发生器(SA8282)，模拟开关(CD4066B)，光偶隔离驱动 器(HCPL-316J)，转速传感器处理芯片(AU6802N1)，或非门(CD4078B)，反向斯密特触发器 (CD40106) ， BSG电机等，系统需通过模块化进行设计来实现。 (1)AT89C51CC01单片机 AT89C51CC01 (T89C51CC01)是由ATEML公司开发生产的基于8位80C51内核的增 强型高性能微处理器。该片系首款CANNARYTM系列的CAN网络单片机，它的X2工作模式可 以在20MHz时达到300ns的指令执行周期。此外，全功的CAN控制器提供32K字节的Flash 程序寄存器空间可在线下载，另有2K字节的EEPROM和1. 2K字节的数据寄存器；它在电磁 兼容性方面表现尤为突出，很适合作为电源管理及变频控制系统的核心芯片；它的引脚与 80C51类型相像，但有些特殊功能是通过程序设置改变复用功能管脚来实现的。 AT89C51CC01内含的CAN控制器，包括了能实现高性能串行网络通信所必需的所 有硬件，从而能够控制通信流能顺利通过CAN协议的局域网。为了避免出现混乱，芯片中增 加的CAN控制器对于CPU是作为能够双方独立工作的存储器映像外围设备出现的，即可以 把AT89C51CC01简单理解为两个独立工作器件的集成体。[0073] 启用CAN控制器的功能，主要借助四个特殊功能寄存器(SPR)实现，CPU对CAN控 制器的控制及其访问都通过它们完成，接口结构如图12所示。这四个特殊功能寄存器分别 为(1)地址寄存器(CANADR) ， CPU通过CANADR读/写CAN控制器的验收码寄存器；(2)数 据寄存器(CANDAT) ，CANDAT对应由CANADR指向的CAN控制器内部寄存器；(3)控制寄存器 (CANCON)，它具有两个功能，读CANCON意味着访问CAN控制器的中断寄存器，写CANCON意 味着访问命令寄存器；(4)状态寄存器(CANSTA)，具有两个功能，读CANSTA是访问CAN控制 器的状态寄存器，写CANSTA是为后续的DMA传输设备内部数据存储器RAM的地址。此外， DMA逻辑允许CAN控制器与CPU在片主RAM之间的高速数据交换。 在芯片初始化阶段，CPU通过向CANCON和CANSTA写入内容，完成CAN控制器的功 能初始化。在实际通讯过程中，CPU则利用四个寄存器使CAN控制器接收和发送数据信息。 (2) BSG变频器控制系统的硬件工作原理 DC-DC多路电源采用开关电源的标准设计，配合具有不同电压规范需求的多抽头 高频变压器，对外输出5V、+12V、-12V、24V等多路隔离直流电。由于电池组电压的波动范围 相对较大(充满时为130V，使用过程中可能降低到70V)，所以应该选择适当的电路结构，来 满足输入电压适应能力。 控制板是整个系统的核心，采用了 AT89C51CC01单片机组成系统、波形发生器(脉 宽调制专用芯片)采用SA82S2、 CAN总线收发器(驱动器)82C250以及主电路和输出电压 的转换模块、电流数据采集模块等。 控制板通过SA8282芯片向带IPM功能的IGBT三相逆变模块(智能IGBT功率模 块)提供3路或6路SP丽信号(其中有3路通过一模拟开关转换)。SA8282芯片由英国 的MITEL公司开发生产，其特点是控制简单、频率精度高、运行可靠性高，它支持标准8位 MOTEL复用数据总线，可以方便地和单片机交换数据。单片机只需对芯片内部的5个数据寄 存器赋值，就可以完成对SP丽波形输出的初始化和实时控制。SA8282芯片为标准28脚双 列直插式封装，管脚RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB输出三相可独立控制的TTL驱动信 号，通过光耦隔离传送，可对应驱动三相逆变桥上的6路IGBT。需要说明的是在电瓶充电状 态时，IGBT的RPHT、 RPHB、 YPHT输入端将单边关断。 将SA8282芯片与IGBT三相逆变模块连接后，AT89C51CC01只需要在启动时对其 进行初始化，三相输出达到预定值后，SA8282即可以独立驱动IGBT三相逆变模块。只有在 调整SP丽输出时，AT89C51CC01才需要对SA8282指令写入，进行控制。同时，SA8282芯片 的TRIP管脚能够响应IGBT (IPM)发出的故障信号，迅速关断所有SP丽波形输出，对逆变电 路进行快速保护，并通过TRIP SET端口输出状态位通知AT89C51CC01单片机，确保系统安 全。 分布于主电路直流输入端和三相输出端的数据采集模块可对各路电压、电流进行 采集，经AT89C51CC01进行A/D变换后保存到数据存储器中，便于CPU判断系统输入/输出 是否正常，并进行相应操作。 CAN总线收发器82C250是CAN控制器和物理总线间的接口 ，简称CAN驱动器。最 初为汽车高速通信设计，具有许多针对车辆应用设计的结构。其特点包括有效减小汽车环 境瞬间干扰对信号的影响，具有保护总线能力；防护电池与地之间发生短路；支持低电流 待机方式等，因此十分适合变频系统的需要。将82C250与AT89C51CC01的CAN接口输入、输出端相连，便构成了辅助逆变电源对外通讯的接口 ，参考图1 。
(3) BSG变频器控制系统的软件工作原理 图1中的AT89C51CC01的电源管理功能及逆变电源系统功能是通过C语言编程实 现的，在完成其控制功能外，程序力求合理与简化，以适应电动汽车对系统稳定性和可靠性 的要求。BSG电机控制工作流程如图14所示。系统上电且运行后，单片机AT89C51CC01S首 先对SA8282芯片初始化寄存器进行数据初始化，然后根据车辆工作状态确定启动驱动模 式或是充电模式程序。模式选定后和启动后，程序不停的检测车辆动力系统工作信息、电瓶 电量、三相输出处的电流和电压情况，来适时调整输出的SP丽波形，达到需要且理想工作 的状态。因此对于驱动状态通过电瓶电量(SOC)和输出电流的检测，可以规划出有效率 的BSG电机工作参数和参与动力系统工作的持续时间。对于BSG发动状态通过电瓶电量 (SOC)和输出电流的检测，可以规划出合理的充电强度，避免出现动力状态的突变，影响舒 适性。 总之动力状态的信息传送、检测和程序判断是对电源有效管理的必要条件，也就 是说只有通过对电瓶电量和电流电压的检测方可实现对SA8282控制寄存器参数的有效修 改，调整SP丽输出，最终得到BSG电机的高效工作。例如，电机运行一段时间后，电池组电压 将下降，导致逆变电源的三相输出电压低于设定值，AT89C51CC01检测到该现象后，发送指 令给SA8282，通过改变SP丽的占空比来提高等效电压输出幅值，确保电源输出的稳定；同 样在发电状态也是通过指令改变SA8282的SP丽的输出实现对电瓶充电强度的有效控制。 对于电源管理，需要控制程序定期检测数据存储器中的控制参数。若整车控制系统通过CAN 通讯修改了逆变电源的运行参数，AT89C51CC01将根据新的运行参数调整输出。 控制程序中的三个中断程序分别为数据采集程序、CAN总线通讯程序和故障处 理程序。 数据采集程序通过芯片内部计数器定时触发，对逆变电源的输入、输出线路进行
数据采集，经模/数转换后存入数据存储器，交给CPU进行运行状况判断。 CAN总线通讯程序包含若干子程序，其基本程序结构如图15所示。当通讯程序触
发后，AT89C51CC01的CAN控制器提据命令字执行相关任务。当系统中某个工作模块请求
数据时，将变频器电源的各项运行参数传输给整车系统；当某个工作模块查询节点状态时，
将当前CAN节点状态等数据发送出去；当某个工作模块要求修改运行参数时，将接收的数
据参数存入数据存储器。 故障处理程序具有最高的中断优先权，即将AT89C51CC01的外部中断(INTO)管 脚与SA8282芯片的TRIP SET管脚相连。当逆变电路发生故障时，IPM会发出故障信号 给SA8282芯片的TRIP管脚，由后者在第一时间关断P丽输出，并通过TRIP SET管脚向 AT89C51CC01发出中断信号，触发故障处理程序。故障处理程序首先将SA8282关闭；然后 通过CAN总线查询各工作模块，并将故障代码和当前系统运行参数写入报文同时发送到总 线上；最后电源管理及变频系统将整个BSG电机工作系统关闭，实现安全关机。 (4)变频器驱动电路 HCPL-316J是一种IGBT门极驱动光耦合器，其内部集成集电极发射极电压欠饱和 检测电路及故障状态反馈电路，为驱动电路的可靠工作提供了保障。其特性为兼容CM0S/ TTL电平；光隔离，故障状态反馈；"软"IGBT关断；欠饱和检测及欠压锁定保护；过流保护
10功能；宽工作电压范围(15 30V);用户可配置自动复位、自动关闭。SA8282波形发生器与 该耦合器结合实现IGBT的驱动，使得IGBT VCE欠饱和检测结构紧凑，低成本且易于实现， 同时满足了宽范围的安全与调节需要。 实施例 本实施例描述了一种电机变频控制系统，如图l-3所示，包括电源驱动传感电路 和控制电路。 所述控制电路与电源驱动传感电路相连，包括带CAN控制器单片机，波形发生 器，模拟开关，IGBT光耦隔离驱动器，第一接口适配电路，第二接口适配电路，或非门，及反 向斯密特触发器；所述带CAN控制器单片机分别与波形发生器、模拟开关相连；所述波形发 生器分别与模拟开关、第一接口适配电路、或非门相连；所述模拟开关与第一接口适配电路 相连；所述第一接口适配电路的输出端与所述IGBT光耦隔离驱动器的输入端相连，IGBT光 耦隔离驱动器的输出端与第二接口适配电路的输入端相连。 所述电源驱动传感电路包括动力电瓶组1，车辆工作电瓶2，固态继电器3，电压检 测转换电路5，谐波抑制电路7，智能IGBT功率模块8，电流传感及处理电路9， R相时序发 生电路IO，BSG电机ll，及转速传感器处理芯片12。其中，动力电瓶组1用以直接提供电力 给智能IGBT功率模块7 ;车辆工作电瓶2通过开关电源4给固态继电器3供电；固态继电 器3接通后，多组输出开关电源6上电，开始提供系统工作电源；电压检测转换电路5用以 转换动力电瓶组1的高电压为单片机可接受的电压；谐波抑制电路7与智能IGBT功率模块 8并联，用以吸收BSG电机11工作时出现的电磁干扰；智能IGBT功率模块8输出SP丽脉 冲用以驱动BSG电机11以及吸收BSG电机电能；电流传感及处理电路9用以转换检测电流 的波形给CPU ;R相时序发生电路10用以产生过零脉冲信号，控制BSG电机11在发电状态 时对电瓶有效充电；BSG电机11中设有速度和温度传感器；转速传感器处理芯片12，用以 处理来自速度传感器的转速信号，转换成8位数据给CPU。 所述波形发生器的R(B)、B(B)、 Y(B)管脚的输出信号经过第一接口适配电路与 IGBT光耦隔离驱动器相连，再经由第二接口适配电路去耦后在Q2、Q4、Q6端口输出；波形发 生器的R(T)、B(T)、Y(T)管脚的输出信号经模拟开关的1、3、8输入端口输入后由模拟开关 的2、4、9输出端口输出，再经过第一接口适配电路给IGBT光耦驱动电路，最后由第二接口 适配电路去耦后在Ql、 Q3、 Q5端口输出。所述波形发生器为三相SP丽发生器。 所述带CAN控制器单片机的P0. 0-P0. 7端口与波形发生器的AD0-AD7端口相连， 作为8位数据口 ；带CAN控制器单片机的户3.7/面、尸3.6/丽、P3. 2/INT0、 P3. 0、 P3. 1端 口与波形发生器的相应端口^5 、^ 、7^ 、i 、 ALE相连；带CAN控制器单片机的端口 TXDC、 RXDC与CAN控制器端口 CTXD、 CRXD相连，用于CAN系统通讯；带CAN控制器单片机 的PI. 0端口接收来自电压检测转换电路的电池容量信号S0C， PI. 1-P1. 3端口接收来自电 流传感及处理电路的电流传感信号IR、IB、IY，用以实现对系统的电池电量和输出电流的控 制；P3. 3/INT1管脚与所述R相时序发生电路的输出端口相连；Pl. 6端口与模拟开关的5、 6、 13端口相连；Pl. 4、 PI. 5端口与波形发生器的WSS、ZPP 0/PS端口相连。 或非门的输入端口 2、3、4、5分别接收来自IGBT光耦隔离驱动器的;^端口的故 障信号，来自智能IGBT功率模块8的经反向斯密特触发器处理后的电流和温度超限指示信 号，来自BSG电机11的温度传感器经反向斯密特触发器处理后的温度超限信号，和来自电流传感及处理电路9的电流超限信号。 本实施例BSG电机变频控制系统的工作原理如下 BSG电机11作为电机工作时，动力电瓶组1直接提供电力给IGBT模块8，并在
Ql-Q6引脚的控制下IGBT模块8输出SP丽脉冲波驱动BSG电机11。BSG电机11作为发电机工作时，BSG电机11发出的电力通过IGBT模块8中3个
上半部双极型功率管T1、T3、T5的续留二极管和下半部双极型功率管T2、T4、T6，在Q2、Q4、
Q6引脚的控制下组成回路，在SP丽脉冲形式下BSG电机11发出的电力将对动力电瓶组1
进行冲电。 车辆工作电瓶2，通过开关给开关电源4供电，开关电源4上电后，作用于固态继电器3使多组输出开关电源5工作，此时所有电路上电，开始工作。 谐波抑制电路7用以吸收BSG电机11工作时出现的电磁干扰；电流传感及处理电路9用以转换检测电流的波形给CPU，电流传感及处理电路9中设有电压比较器，当设置电流值过限时，电流传感及处理电路9将输出低电位通过或非门给波形发生器(SA8282芯片)，以实现超电流的停止工作；BSG电机11设有速度和温度传感器，速度传感器使用速度传感器处理芯片12进行处理后通过Ps 口给CPU的Pa0-Pa7 ;温度传感器通过一反向斯密特触发器，进行电压比较，当温度超限时，输出低电位给或非门，实现超温停机功能；R相时序发生电路10用于检测R相时序，在R相每个周期的起点将发出一个脉冲Vplus给CPU的Pd2/INT2 口，以实现控制电机11在发电状态时对电瓶有效充电。 控制电路中主要器件有带CAN控制器单片机(AT89C51CC01S)、波形发生器(SA8282)、六个IGBT光耦隔离驱动器(HCPL316J)、或非门(CD4078B)、及模拟开关(CD4066B)。 波形发生器(SA8282)的R(B) 、 B(B) 、 Y(B)管脚经过限流的第一接口适配电路与IGBT光耦隔离驱动器相连，经由电容和电阻组成的第二接口适配电路去耦后在Q2、 Q4、 Q6端输出；波形发生器(SA8282)的R(T) 、 B(T) 、 Y(T)管脚的输出信号经模拟开关(4066)的1、3、8输入端后，由模拟开关(4066)的2、4、9输出端输出，再经过接口适配电路给IGBT光耦驱动电路，最后由第二接口适配电路去耦后在Q1、Q3、Q5端输出。通过AT89C51CC01S的P1.6端口对4066的5、6、13同时开关控制端的控制可实现BSG电机11发电时对电瓶的充电；同时AT89C51CC01S的P3. 3/INT1管脚接受电源驱动传感电路中经R相时序发生电路10传来的定位信号，通过对波形发生器(SA8282)周期的改写，使电机对电瓶的充电在可控和有效的状态下进行。 单片机(AT89C51CC01S)的端口 PO. 0-P0. 7与波形发生器(SA8282)的端口AD0-AD7相连作为8位数据口 ；AT89C51CC01S的户3.7/面、尸3.6/, 、 P3. 2/INT0、 P3. 0、P3. 1端口与波形发生器的相应端口^ 、i^ 、^ 、i 、ALE相连，实现数据传送方式选择和控制数据传送。 带CAN控制器单片机的端口 TXDC、 RXDC与CAN控制器端口 CTXD、 CRXD相连，用于CAN系统通讯；Pl. 0端口接收来自电压检测转换电路的电池容量信号SOC， PI. 1-P1. 3端口接收来自电流传感及处理电路的电流传感信号IR、 IB、 IY，用以实现对系统的电池电量和输出电流的控制；P3. 3/INT1管脚与所述R相时序发生电路的输出端口相连；Pl. 6端口与模拟开关的5、6、13端口相连；Pl. 4、P1. 5端口与波形发生器的WSS、ZPP 0/PS端口相连。[0107] 或非门的输入端口 2、3、4、5分别接收来自IGBT光耦隔离驱动器的;^端口的故 障信号，来自智能IGBT功率模块8的经反向斯密特触发器处理后的电流和温度超限指示信 号，来自BSG电机11的温度传感器经反向斯密特触发器处理后的温度超限信号，和来自电 流传感及处理电路9的电流超限信号，如果上述3种信号超限，波形发生器(SA8282)将停 止工作。 本实用新型是基于单片机和波形发生器设计的，其驱动和再生充电单元效果良 好，而且具有电路设计简单、功能齐全、性价比高、可靠性高、编程调试简便等特点，在很大 程度上縮短了开发周期。 这里本实用新型的描述和应用是说明性的，并非想将本实用新型的范围限制在上 述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人 员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱 离本实用新型的精神或本质特征的情况下，本实用新型可以以其他形式、结构、布置、比例， 以及用其他元件、材料和部件来实现。
权利要求一种电机变频控制系统，其特征在于包括电源驱动传感电路和控制电路；所述控制电路与电源驱动传感电路相连，包括带CAN控制器单片机，波形发生器，模拟开关，IGBT光耦隔离驱动器，第一接口适配电路，第二接口适配电路，或非门，及反向斯密特触发器；所述带CAN控制器单片机分别与波形发生器、模拟开关相连；所述波形发生器分别与模拟开关、第一接口适配电路、或非门相连；所述模拟开关与第一接口适配电路相连；所述第一接口适配电路的输出端与所述IGBT光耦隔离驱动器的输入端相连，IGBT光耦隔离驱动器的输出端与第二接口适配电路的输入端相连。
2. 根据权利要求1所述的电机变频控制系统，其特征在于，所述电源驱动传感电路包括动力电瓶组(l)，用以直接提供电力给智能IGBT功率模块(7); 车辆工作电瓶(2)，通过开关电源(4)给固态继电器(3)供电； 固态继电器(3)接通后，多组输出开关电源(6)上电，开始提供系统工作电源； 电压检测转换电路(5)，用以转换动力电瓶组(1)的高电压为单片机可接受的电压； 谐波抑制电路(7)，与智能IGBT功率模块(8)并联，用以吸收BSG电机(11)工作时出 现的电磁干扰；智能IGBT功率模块(S)，输出SP丽脉冲用以驱动BSG电机(11)以及吸收BSG电机电能；电流传感及处理电路(9)，用以转换检测电流的波形给CPU ;R相时序发生电路(IO)，用以产生过零脉冲信号，控制电机(11)在发电状态时对电瓶 有效充电；BSG电机(11)中，设有速度和温度传感器；转速传感器处理芯片(12)，用以处理来自速度传感器的转速信号，转换成8位数据给CPU。
3. 根据权利要求2所述的电机变频控制系统，其特征在于所述波形发生器的R(B)、 B(B)、Y(B)管脚的输出信号经过第一接口适配电路与IGBT光耦隔离驱动器相连，再经由第 二接口适配电路去耦后在Q2、Q4、Q6端口输出；波形发生器的R(T)、B(T)、Y(T)管脚的输出 信号经模拟开关的1、3、8输入端口输入后由模拟开关的2、4、9输出端口输出，再经过第一 接口适配电路给IGBT光耦驱动电路，最后由第二接口适配电路去耦后在Ql 、 Q3、 Q5端口输 出。
4. 根据权利要求2所述的电机变频控制系统，其特征在于带CAN控制器单片机 的P0. 0-P0. 7端口与波形发生器的AD0-AD7端口相连，作为8位数据口 ；带CAN控制器 单片机的尸3.7/^5 、尸3.6/而、P3. 2/INT0、 P3. 0、 P3. 1端口与波形发生器的相应端口^5、而<formula>formula see original document page 2</formula>相连；带CAN控制器单片机的端口 TXDC、 RXDC与CAN控制器端口 CTXD、 CRXD相连，用于CAN 系统通讯；带CAN控制器单片机的P1.0端口接收来自电压检测转换电路(5)的电池容量信号 SOC，Pl. l-P1.3端口接收来自电流传感及处理电路(9)的电流传感信号IR、IB、IY，用以实 现对系统的电池电量和输出电流的控制；P3. 3/INT1管脚与所述R相时序发生电路(10)的 输出端口相连；P1.6端口与模拟开关的5、6、13端口相连；P1.4、P1.5端口与波形发生器的WSS、ZPP 0/PS端口相连。
5. 根据权利要求2所述的电机变频控制系统，其特征在于或非门的输入端口2、3、4、5 分别接收来自IGBT光耦隔离驱动器的^端口的故障信号，来自智能IGBT功率模块(8) 的经反向斯密特触发器处理后的电流和温度超限指示信号，来自BSG电机(11)的温度传感 器经反向斯密特触发器处理后的温度超限信号，和来自电流传感及处理电路(9)的电流超 限信号。
6. 根据权利要求2所述的电机变频控制系统，其特征在于所述波形发生器为三相 SP丽发生器。
专利摘要本实用新型公开了一种电机变频控制系统，包括电源驱动传感电路和控制电路；所述控制电路与电源驱动传感电路相连，包括带CAN控制器单片机，波形发生器，模拟开关，IGBT光耦隔离驱动器，第一接口适配电路，第二接口适配电路，或非门，及反向斯密特触发器；带CAN控制器单片机分别与波形发生器、模拟开关相连；波形发生器分别与模拟开关、第一接口适配电路、或非门相连；模拟开关与第一接口适配电路相连；第一接口适配电路的输出端与IGBT光耦隔离驱动器的输入端相连，IGBT光耦隔离驱动器与第二接口适配电路相连。本实用新型的驱动和再生充电单元效果良好，具有电路设计简单、功能齐全、性价比高、可靠性高、编程调试简便等特点。
文档编号H02P27/06GK201504221SQ200920209420
公开日2010年6月9日 申请日期2009年9月8日 优先权日2009年9月8日
发明者周俊, 姚烈, 张家宁, 张钊, 施思明, 李超, 龚红兵 申请人:上海汽车集团股份有限公司