专利名称：一种电机控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电机控制器，特别涉及一种可用于电动汽车上的交流异步或 永磁同步电机控制器。
背景技术：
随着现代控制理论和电力电子、微电子以及计算机技术的发展，交流或永磁同步 电机已在电动汽车、机电一体化、工业机器人等领域得到了广泛应用。电机的控制器一般采 用全数字化结构，通过高性能的硬件来实现软件闭环控制。硬件部分主要包括主电路、主辅 电源、驱动电路、保护电路、控制电路和接口电路。控制电路采用数字信号处理芯片DSP，其 较强的运算能力和最小外设简化了硬件设计，提高了实时处理能力，使各种先进的控制算 法和软件得以实现；配合采用的现场可编程门阵列FPGA或复杂可编程逻辑器件CPLD集成 电路，进一步简化了硬件电路，提高了系统集成度。但是DSP芯片不仅要承担日益复杂的电机核心控制算法，而且用户界面程序也要 由DSP芯片管理运行，即使DSP和FPGA (或CPLD)芯片配合使用，将部分用户界面软件功能 做到FPGA或CPLD中，区分也不严格，其缺陷如下1.不同领域的软件工程师对DSP中的软件维护比较困难，比如修改用户功能界面 时可能会影响电机核心控制部分，修改电机核心控制软件可能会影响用户界面程序；2、对于控制策略较为复杂的电动或混合动力车辆，DSP的任务繁重，削弱了对整个 系统的实时控制效果和对外部的互联通讯效果，拓展功能不易；3.负责用户界面软件的工程师要求对矢量控制要熟悉，这不利于快速上手应用和 产品升级，也不利于针对很多车型进行不同的设计；4.用户界面功能的任何改动可能会牵扯到控制板及板上硬件的改变，进而会影响 对电机相关的接口部分。市场上仍未见到过能大规模产业化应用的，能克服这些缺陷的、性能良好的电动 汽车电机控制器。
实用新型内容本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种市场上从未见到的克 服这些缺陷、功能实用、性能良好的电动汽车电机控制器。本实用采用下述技术方案用于电动汽车的电机控制器，包括动力电池模块、功率模块、电机、脉宽调制PWM 驱动电路、脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路、数字信号处理器DSP ；转子位置速度检测 模块、电压电流故障检测电路、温度故障检测电路、复杂可编程逻辑器件CPLD ；辅助电源模 块；主控制单元MCU、存储器EEPR0M、用户I/O接口电路、用户A/D接口、通讯模块、仪表接口 电路、数字驱动接口。其中主控制单元MCU与数字信号处理器DSP相连接；主控制单元MCU 还分别与用户I/O接口电路、用户A/D接口、通讯模块、仪表接口电路、数字驱动接口、温度故障检测电路、辅助电源模块相连接；主控制单元MCU和数字信号处理器DSP都与存储器 EEPROM相连接。DSP配合MCU共同控制，所有涉及电机核心控制的部分仍由DSP承担，而所有涉及 客户端的通讯模块、仪表接口电路、开关量I/O接口电路、用户A/D接口、数字驱动接口连接 到MCU，用户界面的程序由MCU及附加电路去承担。与主控制单元MCU相连接的用户I/O接口电路负责将钥匙信号、外部使能信号、前 进信号、倒车信号、刹车信号、手刹互锁信号、充电互锁信号传递给主控制单元MCU。与主控制单元MCU相连接的用户A/D接口负责将两路互为冗余的加速器信号、制 动踏板信号等传感器信号传递给MCU。与主控制单元MCU相连接的通讯模块负责外围终端与主控制单元MCU之间相互传 送数据流。与主控制单元MCU相连接的仪表接口电路负责将电量输出信号、速度输出信号、 故障信号、状态显示信号传递给外围仪表等装置。与主控制单元MCU相连接的数字驱动接口电路负责将驱动各泵的信号、报警驱动 信号传递给各外围执行和报警装置。与主控制单元MCU相连接的温度故障检测电路负责将电机温度信号和功率模块 的温度信号传递给主控制单元MCU。与主控制单元MCU相连接的辅助电源模块负责给主控制单元MCU提供电源，并且 提供钥匙信号，而主控制单元MCU向辅助电源模块提供延时掉电信号。与数字信号处理器DSP和主控制单元MCU都相连的存储器EEPROM负责为数字信 号处理器DSP和主控制单元MCU提供外存储空间。本实用新型显著的优点和有益效果是1.在DSP的基础上增加MCU主控芯片，充分利用两者的片内资源，增强了整个系统 的控制效果，而DSP专注于进行算法运算，减少由于采集数据而引起的时间延迟，提高整个 系统的动、静态性能。这对于电动车辆，尤其是控制策略较为复杂的混合动力车辆等尤为重 要，整车的性能将得到很大提升。2.软件方面，DSP部分通过软件优化只得到输入量和直流电机相似的接口信息， 如MCU只需告诉DSP等后续模块需求的电枢电流或转矩以及励磁电流等数据，这样可大大 减少和降低做客户端软件MCU软件工程师的工作要求。3.硬件方面，由于线路板PCB更改主要涉及用户界面，这样就可将负责电机核心 控制的硬件OSP部分)做成标准模块，该模块可以看作是类似直流电机的控制模块，这样 无论是软件还是硬件，对于不同种类、型号的电机及外围器件，控制器的可升级性和兼容性 非常容易，与车辆的匹配性得到了空前提高。
图1是本新型原理图动力电池模块⑴、功率模块⑵、电机(3)、脉宽调制PWM驱 动电路G)、脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路(5)、数字信号处理器DSP(6)、转子位置 速度检测模块(7)、电压电流故障检测电路(8)、温度故障检测电路(9)、复杂可编程逻辑器 件CPLD(10)、辅助电源模块(11)、主控制单元MCU(12)、存储器EEPR0M(13)、用户I/O接口电路(14)、用户A/D接口(15)、通讯模块(16)、仪表接口电路(17)、数字驱动接口(18)。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型做进一步详细描述图1中，用于电动汽车的电机控制器，包括动力电池模块(1)、功率模块O)、电 机(3)、脉宽调制PWM驱动电路G)、脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路(5)、数字信号 处理器DSP(6)、转子位置速度检测模块(7)、电压电流故障检测电路(8)、温度故障检测电 路(9)、复杂可编程逻辑器件CPLD (10)、辅助电源模块(11)、主控制单元MCU (12)、存储器 EEPR0M(13)、用户I/O接口电路(14)、用户A/D接口(15)、通讯模块(16)、仪表接口电路 (17)、数字驱动接口(18)。其中主控制单元MCU(U)与数字信号处理器DSP(6)相连接；主 控制单元MCU(12)还分别与用户I/O接口电路(14)、用户A/D接口(15)、通讯模块(16)、 仪表接口电路(17)、数字驱动接口(18)相连接；主控制单元MCU (1 和数字信号处理器 DSP (6)都与存储器EEPROM(1 相连接。整个控制器的架构为数字信号处理器DSP (6)和主控制单元MCU (12)，将所有涉及 电动机核心控制的部分由数字信号处理器DSP(6)承担，将所有涉及客户端的开关量I/O接 口电路(14)、用户A/D接口(15)、通讯模块(16)、仪表接口电路(17)、数字驱动接口(18) 连接主控制单元MCU(12)，用户界面的程序功能由主控制单元MCU(U)独立承担。对于典型的电动汽车来讲与主控制单元MCU(12)相连接的用户1/0(14)接口电路负责将钥匙信号、外部使 能信号、前进信号、倒车信号、刹车信号、手刹互锁信号、充电互锁信号传递给主控制单元 MCU (12)。与主控制单元MCU(12)相连接的用户A/D接口(15)负责将两路互为冗余的加速 器信号、制动踏板信号等传感器信号传递给主控制单元MCU(12)。与主控制单元MCU(U)相连接的通讯模块(16)负责在外围终端与主控制单元 MCU(12)之间传送数据流。与主控制单元MCU(12)相连接的仪表接口电路(17)负责将电量输出信号、速度输 出信号、故障信号、状态显示信号传递给外围仪表等装置。与主控制单元MCU(U)相连接的数字驱动接口电路(18)负责将驱动各泵的信号、 报警驱动信号传递给各外围执行和报警装置。与主控制单元MCU(12)相连接的温度故障检测电路(9)负责将电机温度信号和功 率模块O)的温度信号传递给主控制单元MCU (12)。与主控制单元MCU(12)相连接的辅助电源模块(11)负责给主控制单元MCU(12) 提供电源，并且提供钥匙信号，而主控制单元MCU(12)向辅助电源模块(11)提供延时掉电信号。与主控制单元MCU(U)和数字信号处理器DSP (6)都相连接的存储器EEPROM(13) 负责为数字信号处理器DSP (6)和主控制单元MCU (1 提供外存储空间。而对于典型的电动汽车用永磁同步电机和交流异步电机，当采用永磁同步电机 时，转子位置速度检测模块(7)采用旋转编码器实现测量功能；当采用交流异步电机时，转 子位置速度检测模块(7)采用码盘信号处理电路实现测量功能，形成反馈控制。而电流反馈由电压电流故障检测电路(8)来实现。用户I/O接口电路(14)、用户A/D接口(15)采集到的外部控制信号经主控制单元 MCU(12)与上述转子位置速度检测模块(7)、电压电流故障检测电路(8)的反馈信号一同交 与数字信号处理器DSP (6)处理，从而计算出驱动和控制电机所需的PWM信号，经由脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路(5)、脉宽调制PWM驱动电路0)、功率模块(2)去驱动电机 ⑶。由此，电动汽车和混合动力汽车用电机的控制器更加实用，也为控制器功能拓展 和互联通讯提供了更加实际的软件设计和运行空间，对各类、各系列车型产品提供了更强 大更方便的驱动控制技术平台。
权利要求1.一种电机控制器，包括动力电池模块(1)、功率模块O)、电机(3)、脉宽调制PWM驱 动电路G)、脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路(5)、数字信号处理器DSP(6)、转子位置 速度检测模块(7)、电压电流故障检测电路(8)、温度故障检测电路(9)、复杂可编程逻辑器 件CPLD(IO)、辅助电源模块(11)、主控制单元MCU(12)、存储器EEPR0M(13)、用户I/O接口 电路(14)、用户A/D接口(15)、通讯模块(16)、仪表接口电路(17)、数字驱动接口(18)，其 特征在于，所述的主控制单元MCU (1 和用户I/O接口电路(14)相连接，所述的主控制单 元MCU (12)和用户A/D接口 (15)相连接。
2.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的主控制单元MCU(12)和通讯 模块(16)相连接。
3.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的主控制单元MCU(1 和仪表 接口电路(17)相连接。
4.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的主控制单元MCU(U)和数字 驱动接口 (18)相连接。
5.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的主控制单元MCU(U)和温度 故障检测电路(9)相连接。
6.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征在于，所述的主控制单元MCU(U)和辅助 电源模块(11)相连接。
7.根据权利要求1所述的电机控制器，其特征还在于，所述的主控制单元MCU(1 和数 字信号处理器DSP(6)都与存储器EEPROM(13)相连接。
专利摘要一种电机控制器，包括动力电池模块、功率模块、电机、脉宽调制PWM驱动电路、脉宽调制PWM隔离硬件死区生成电路、数字信号处理器DSP；转子位置速度检测模块、电压电流故障检测电路、温度故障检测电路、复杂可编程逻辑器件CPLD；辅助电源模块；主控制单元MCU、存储器EEPROM、用户I/O接口电路、用户A/D接口、通讯模块、仪表接口电路、数字驱动接口。其中主控制单元MCU与数字信号处理器DSP相连接；主控制单元MCU还分别与用户I/O接口电路、用户A/D接口、通讯模块、仪表接口电路、数字驱动接口、温度故障检测电路、辅助电源模块相连接；主控制单元MCU和数字信号处理器DSP都与存储器EEPROM相连接。
文档编号H02P6/06GK201830190SQ20102027506
公开日2011年5月11日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者杜承润 申请人:天津市松正电动科技有限公司