专利名称：用于串励电动车的串励电机换向的控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型的技术方案涉及实现串励电机换向的控制器，具体地说是用于串励电动车的串励电机换向的控制器。
背景技术：
串励电动汽车因其过载能力强，低速力矩大，只要控制器容量大和质量可靠，可以过载5倍以上，并且串励电机扭矩大，串励电机可自适应输出扭矩，在低扭矩时会以高转速低扭矩形式工作，在高扭矩时会以低转速高扭矩形式工作，加之串励电动汽车无污染和节能，串励电动汽车成为越来越受到人们喜欢的交通工具，生产厂家在不断增加，其市场规模不断扩大，在城市几乎得到了普及。串励电动车在使用过程中，需要频繁换向。目前，串励电动汽车是通过接触器来实现其串励电机正反转工作的换向，然而接触器的换向速度慢，并且噪声较大，加之由于接触器线圈长时间通电，会导致能耗过大。这些由接触器引发的一系列问题成为了串励电动车进一步发展的瓶颈。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是:提供用于串励电动车的串励电机换向的控制器，是一种用控制MOS管的导通顺序来代替接触器实现串励电机换向的控制器，克服了现有技术中接触器的换向速度慢、噪声较大和接触器线圈长时间通电会导致能耗过大的缺点。本实用新型解决该技术问题所采用的技术方案是:用于串励电动车的串励电机换向的控制器，是一种用控制MOS管的导通顺序来代替接触器实现串励电机换向的控制器，包括功率电路和驱动电路两部分构成，所述功率电路的构成包括五个MOS管即M0SFET1、M0SFET2、M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5、励磁线圈L2、电枢线圈LI和48V直流电源U ;MOSFETI 和 M0SFET2 串联，M0SFET3 和 M0SFET4 串联，MOSFETI 和 M0SFET3 并联，M0SFET2 和M0SFET4并联，它们通过励磁线圈L2组成H桥式电路，M0SFET5和电枢线圈LI并联，然后和H桥式电路串联，M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5三个MOS管处于串联状态，48V直流电源U接在M0SFET4的S极和M0SFET5的D极之间；所述驱动电路的构成包括两个型号为IR2110S的功放芯片U12和U13、两个型号为TC4424的功率放大芯片U17和U18、两个型号为UF4007的二极管D6和D7、四个阻值都是IK的电阻、八个贴片电容和四个电解电容，所述四个电阻分别是R108、R109、RllO和R111，所述八个贴片电容中的C45、C46、C47和C48的电容量为100pF，所述八个贴片电容中的C59和C60的电容量为22pF，所述八个贴片电容中的C32和C33的电容量为luF，所述四个电解电容中的C73和C74的电容量为100uF/50V，所述四个电解电容中的C75和C76的电容量为470uF/35V ;该驱动电路分为以下两部分，第一部分:R108和C45并联后输入U12的12引脚，R109和C46并联后输入U12的14引脚，U12的13引脚为门控信号，由单片 机输出的SD2110控制，C59和C73并联与二极管D6组成自举电路，C59与C73并联后，C73的+端与U12的7引脚相连，C73的-端与U12的6引脚相连，D6的+端与U12的3引脚相连、D6的-端与U12的7引脚相连，C60和C74并联后，C74的+端与 U12 的 3 引脚相连，C74 的-端与 U12 的 2 引脚相连，R108、C45、R109、C46、C59、C73、D6、C60、C74和U12组成IR2110S功放芯片的典型连接电路，U12的I引脚输出信号G5，U12的8引脚输出信号G3 ;第二部分=RllO和C48并联后输入U13的12引脚，Rlll和C47并联后输入U13的14引脚，U13的13脚为门控信号，由单片机输出的SD2110控制，C32和C75并联与二极管D7组成自举电路，C32与C75并联然后，C75的+端与U13的7引脚相连，C75的-端与U13的6引脚相连，D7的+端与U13的3引脚相连、D7的-端与U13的7引脚相连，C33和C76并联后，C76的+端与U13的3引脚相连，C76的-端与U13的2引脚相连，Rl 10、C48、RllU C47、C32、C75、D7、C33、C76 和 U13 组成 IR2110S 功放芯片的典型连接电路，U13的I引脚连接U18的2和4引脚，U13的8引脚连接U17的2引脚和4引脚，U17的5引脚和7引脚相连接，输出信号G2，U18的5引脚和7引脚相连接，输出信号G1。上述用于串励电动车的串励电机换向的控制器，其中所涉及的元器件均通过商购获得，电路的连接方法是本技术领域的技术人员所能掌握的。本实用新型的有益效果是:与现有技术相比，本实用新型的突出的实质性特点是:(I)将现有技术的用接触器控制换向的系统改变成为本实用新型的用MOS控制的系统。现有技术的接触器相当于开关信号，只能用于控制电流的方向，而本实用新型的MOS管为触发信号，不同的导通顺序就会改变电流的方向。具体地说，本实用新型的控制器的功率电路是本实用新型的核心电路，它的特点在于由M0SFET1-4的合理控制来代替现有技术的接触器实现电机的正反转，即电机的换向，其中M0SFET1-4组成H桥式电路，中间L2为励磁线圈，不同的触发信号可以实现正反转；电枢线圈和M0SFET5并联，用于实现续流和再生回馈。(2)本实用新型通过程序控制PWM波的输出顺序，根据正反转的要求进行编程。如果电机正转，则G4为O N状态，Gl加PWM波形驱动，其余MOSFET关闭。电流较大时G2、G5加与Gl互补带死区的PWM信号，用于低损续流。如果要求电机反转，则G2为ON状态，G3输出PWM波形，其余MOSFET关闭。电流较大时G4与G5加与Gl互补带死区的PWM信号，用于低损续流。(3)本实用新型控制器的驱动电路是信号的产生电路，它给功率电路提供触发信号，其中，Gl和G2为互锁的信号，能有效的避免直通；G3和G5是普通PWM波信号，G3用于励磁回路，G5用于电枢回路，IR21IOS用于功率放大，能增强PWM波的驱动能力，TC4424也是功放芯片，用于互锁信号的放大与输出，由此构成的驱动电路便可以完成对励磁回路和电枢回路MOS管的触发。(4)本实用新型控制器具有再生回馈功能，这是由M0SFET1-4组成的H桥式电路来实现再生回馈的。(5)本实用新型控制器具有弱磁控制功能，这是由M0SFET5和LI组成的并联电路来实现弱磁控制的。与现有技术相比，本实用新型的显著的进步是:(I)本实用新型通过控制MOS管的导通顺序来代替现有技术的接触器行使串励电机的换向职能，具有换向速度快、无噪声和振动危害、启动性能好、节能和经济的优点，并且结构相对简单，功能强大，尤其能降低成本。(2)当电机的转速提高时，换向速度可以很快，并且没有噪声和振动；当电动车需要刹车时，励磁和电枢线圈都可以通过MOS管续流，由于MOS管内阻较小，能耗也较小。(3)本实用新型通过控制MOS管的导通顺序，可以实现再生回馈的功能，使得电动车能产生持续的反电动势来为电平充电，刹车过程中也能实现能量的回收，达到高效节能的目的。尤其在长距离的行驶过程中，在下坡和刹车状态下能持续的为电动车充电，从而避免了电平的亏损，实现了再生回馈。(4)本实用新型通过减小励磁，能使机车在正常行驶的状况下转速再度提高，特别是在长距离的行驶过程中，对电动车的转速要求比较高，此时，可以通过调节触发信号的顺序来实现弱磁调速。(5)本实用新型简单实用，易于普及和推广。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型用于串励电动车的串励电机换向的控制器的功率电路图。图2为本实用新型用于串励电动车的串励电机换向的控制器的驱动电路图。
具体实施方式图1所示实施例表明，本实用新型用于串励电动车的串励电机换向的控制器的功率电路的构成是:包括五个MOS管即M0SFET1、M0SFET2、M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5、励磁线圈L2、电枢线圈LI和48V直流电源U，MOSFETI和M0SFET2串联，M0SFET3和M0SFET4串联，MOSFET1-M0SFET2和M0SFET3-M0SFET4并联，它们通过励磁线圈L2组成H桥式电路，M0SFET5和电枢线圈LI并联，然后和H桥式电路串联，M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5三个MOS管处于串联状态，48V直流电源U接在M0SFET4的S极和M0SFET5的D极之间。该电路通过控制MOS管的导通来代替接触器行使换向的职能，主要包括励磁回路和电枢回路。其中的励磁回路由MOSFET1-4控制，电枢回路由M0SFET5控制，不同的触发脉冲会产生不同的效果。该电路有正常驱动模式和再生制动模式，分别实现电动车的正常运转和能量的回馈，正常工作时可以通过调节PWM波的导通顺序来达到弱磁调速的目的，实现转速的再次提高。图1所示功率电路的工作原理是:该功率电路中有五个MOS管即M0SFET1、M0SFET2、M0SFET3、M0SFET4 和 M0SFET5，分别产生五个驱动信号 Gl、G2、G3、G4 和 G5 控制。其中，G1、G2是带死区的互补PWM波驱动，可以有效的避免直通，从而起到保护的作用，G3是普通的PWM波驱动，G4是开关信号，G5也是普通的PWM波驱动，并且和Gl互补带死区。M+和M-之间接励磁线圈L2，A+和A-之间接电枢线圈LI。当电机正转时，通过单片机控制Gl和G2输出互补带死区的PWM波，用于驱动上下桥臂的导通，G3呈OFF状态，G4是ON状态，G5的PWM波通过控制M0SFET5的导通来控制励磁线圈L2的断流与续流，正转时首先当Gl的PWM为高电平时G4为ON状态，电机正转，当Gl的PWM为低电平时励磁线圈L2通过G4和G2续流，而励磁通过G5续流。当电机反转时，通过单片机控制Gl输出低电平，G2输出正常的PWM波，用于驱动下桥臂的导通，G3输出PWM波，G4是OFF状态，G5的PWM波通过控制M0SFET5的导通来控制励磁线圈L2的断流与续流，反转时首先当G3的PWM为高电平时G2为ON状态，电机反转，当G3的PWM为低电平时励磁线圈L2通过G4和G2续流，而励磁通过G5续流。如此，便完成了串励电机的换向，通过控制MOS管的导通顺序实现了串励电机的正反转的切换。图2所示实施例表明，本实用新型用于串励电动车的串励电机换向的控制器的驱动电路的构成是:包括两个型号为IR2110S的功放芯片U12和U13、两个型号为TC4424的功率放大芯片U17和U18、两个型号为UF4007的二极管D6和D7、四个阻值都是IK的电阻、八个贴片电容和四个电解电容，所述四个电阻分别是R108、R109、R110和R111，所述八个贴片电容中的C45、C46、C47和C48的电容量为IOOpF,所述八个贴片电容中的C59和C60的电容量为22pF，所述八个贴片电容中的C32和C33的电容量为luF，所述四个电解电容中的C73和C74的电容量为100uF/50V，所述四个电解电容中的C75和C76的电容量为470uF/35V ；该驱动电路分为以下两部分，第一部分:R108和C45并联后输入U12的12引脚，R109和C46并联后输入U12的14引脚，U12的13引脚为门控信号，由单片机输出的SD2110控制，C59和C73并联与二极管D6组成自举电路，C59与C73并联后，C73的+端与U12的7引脚相连，C73的-端与U12的6引脚相连，D6的+端与U12的3引脚相连、D6的-端与U12的7引脚相连，C60和C74并联后，C74的+端与U12的3引脚相连，C74的-端与U12的2引脚相连，R108、C45、R109、C46、C59、C73、D6、C60、C74 和 U12 组成 IR2110S 功放芯片的典型连接电路，U12的I引脚输出信号G5，U12的8引脚输出信号G3 ;第二部分:R110和C48并联后输入U13的12引脚，Rlll和C47并联后输入U13的14引脚，U13的13脚为门控信号，由单片机输出的SD2110控制，C32和C75并联与二极管D7组成自举电路，C32与C75并联然后，C75的+端与U13的7引脚相连，C75的-端与U13的6引脚相连，D7的+端与U13的3引脚相连、D7的-端与U13的7引脚相连，C33和C76并联后，C76的+端与U13的3引脚相连，C76 的-端与 U13 的 2 引脚相连，R110、C48、R111、C47、C32、C75、D7、C33、C76 和 U13组成IR2110S功放芯片的典型连接电路，U13的I引脚连接U18的2和4引脚，U13的8引脚连接U17的2引脚和4引脚，U17的5引脚和7引脚相连接，输出信号G2，U18的5引脚和7引脚相连接，输出信号G1。图2中，PWMl和PWM2为单片机输出的互锁的方波信号，经推挽驱动IR2110S电路和TC4424电路后分别输出互锁驱动信号Gl和G2，PWM3为单片机输出的普通方波信号，经推挽驱动IR2110S电路输出驱动信号G3，PWM5为单片机输出的普通方波信号，经推挽驱动IR2110S电路输出驱动信号G5。图2所示本实用新型的控制器的驱动电路用于实现对上下桥臂PWM信号和开关信号的控制，其上下桥臂的控制信号是互锁形式，使得上下桥臂在任何情况下都不会直通。IR2110S用于功率放大，由于从单片机输出的PWM波信号强度极弱，要想达到成功驱动MOS管的功能，就必须进行功率放大。TC4424也是功率放大芯片，内部构造为两个N沟道的MOS管反向并联，这样输出的信号就会得到放大。互补带死区的PWM波形要通过TC4424放大输出，而非互补的PWM波直接通过IR2110S输出即可。实施例1按图1和图2所示实施例构成本实施例的用于串励电动车的串励电机换向的控制器。本实施例 的用于串励电动车的串励电机换向的控制器的再生回馈方法如下:正转时，G5与Gl加同相位但不一定相同占空比的PWM波，G3为ON状态。由于M0SFET1和M0SFET3的开通，励磁线圈可以维持一定励磁，甚至更大的励磁。而在G5开通期间，电枢电动势Em经过M0SFET5转化为电枢制动电流。励磁电流增大，电枢电动势也将增大，电机动能更多转化为制动电流。当G5关断时，储存在电枢电感中的电流通过H桥和电枢电动势流向电池，从而将能量回馈到电源，实现再生回馈发电。反转时，G5与G3加同相位但不一定相同占空比的PWM波，Gl为ON状态。由于M0SFET1和M0SFET3的开通，励磁线圈可以维持一定励磁，甚至更大的励磁。而在G5开通期间，电枢电动势Em经过M0SFET5转化为电枢制动电流。励磁电流增大，电枢电动势也将增大，电机动能更多转化为制动电流。当G5关断时，储存在电枢电感中的电流通过H桥和电枢电动势流向电池，从而将能量回馈到电源，实现再生回馈发电。本实施例的用于串励电动车的串励电机换向的控制器的弱磁控制方案如下:以正转为例，Gl为PWM信号，G4为ON状态，此时，给G3加与Gl同相位且占空比不大于Gl的PWM波。由于通过励磁回路的电流减小，励磁减弱，从而达到弱磁的目的，根据下面的公式能知道转速的提高，
权利要求1.用于串励电动车的串励电机换向的控制器，其特征在于:是一种用控制MOS管的导通顺序来代替接触器实现串励电机换向的控制器，包括功率电路和驱动电路两部分构成，所述功率电路的构成包括五个MOS管即M0SFET1、M0SFET2、M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5、励磁线圈L2、电枢线圈LI和48V直流电源U ； MOSFETI和M0SFET2串联，M0SFET3和M0SFET4串联，M0SFET1和M0SFET3并联，M0SFET2和M0SFET4并联，它们通过励磁线圈L2组成H桥式电路，M0SFET5和电枢线圈LI并联，然后和H桥式电路串联，M0SFET3、M0SFET4和M0SFET5三个MOS管处于串联状态，48V直流电源U接在M0SFET4的S极和M0SFET5的D极之间；所述驱动电路的构成包括两个型号为IR2110S的功放芯片U12和U13、两个型号为TC4424的功率放大芯片U17和U18、两个型号为UF4007的二极管D6和D7、四个阻值都是IK的电阻、八个贴片电容和四个电解电容，所述四个电阻分别是R108、R109、R110和R111，所述八个贴片电容中的C45、C46、C47和C48的电容量为IOOpF,所述八个贴片电容中的C59和C60的电容量为22pF，所述八个贴片电容中的C32和C33的电容量为luF，所述四个电解电容中的C73和C74的电容量为100uF/50V，所述四个电解电容中的C75和C76的电容量为470uF/35V ；该驱动电路分为以下两部分，第一部分:电阻R108和电容C45并联后输入功放芯片U12的12引脚，电阻R109和电容C46并联后输入功放芯片U12的14引脚，功放芯片U12的13引脚为门控信号，由单片机输出的SD2110控制，电容C59和C73并联与二极管D6组成自举电路，电容C59与C73并联后，电容C73的+端与功放芯片U12的7引脚相连，电容C73的-端与功放芯片U12的6引脚相连，二极管D6的+端与功放芯片U12的3引脚相连、二极管D6的-端与功放芯片U12的7引脚相连，电容C60和电容C74并联后，电容C74的+端与功放芯片U12的3引脚相连，电容C74的-端与功放芯片U12的2引脚相连，电阻R108、电容C45、电阻R109、电容C46、电容C59、电容C73、D6、电容C60、电容C74和功放芯片U12组成IR2110S功放芯片的典型连接电路，功放芯片U12的I引脚输出信号G5，功放芯片U12的8引脚输出信号G3 ;第二部分:电阻RllO和电容C48并联后输入功放芯片U13的12引脚，电阻Rlll和电容C47并联后输入功放芯片U13的14引脚，功放芯片U13的13脚为门控信号，由单片机输出的SD2110控制，电容C32和C75并联与二极管D7组成自举电路，电容C32与C75并联然后，电容C75的+端与功放芯片U13的7引脚相连，电容C75的-端与功放芯片U13的6引脚相连，二极管D7的+端与功放芯片U13的3引脚相连、二极管D7的-端与功放芯片U13的7引脚相连，电容C33和C76并联后，电容C76的+端与功放芯片U13的3引脚相连，电容C76的-端·与功放芯片U13的2引脚相连，电阻R110、电容C48、电阻R111、电容C47、电容C32、电容C75、D7、电容C33、电容C76和功放芯片U13组成IR2110S功放芯片的典型连接电路，功放芯片U13的I引脚连接功率放大芯片U18的2和4引脚，功放芯片U13的8引脚连接功率放大芯片U17的2引脚和4引脚，功率放大芯片U17的5引脚和7引脚相连接，输出信号G2，功率放大芯片U18的5引脚和7引脚相连接，输出信号G1。
专利摘要本实用新型涉及用于串励电动车的串励电机换向的控制器，涉及实现串励电机换向的控制器，是用控制MOS管的导通顺序代替接触器实现串励电机换向，包括功率电路和驱动电路，其中，功率电路包括五个MOS管即MOSFET1、MOSFET2、MOSFET3、MOSFET4和MOSFET5、励磁线圈L2、电枢线圈L1和48V直流电源U；驱动电路包括两个型号为IR2110S的功放芯片U12和U13、两个型号为TC4424的功率放大芯片U17和U18、两个型号为UF4007的二极管D6和D7、四个阻值都是1K的电阻、八个贴片电容和四个电解电容；本实用新型克服了接触器换向速度慢、噪声较大和长时间通过大电流会导致能耗过大的缺点。
文档编号H02P7/00GK203151417SQ20132009677
公开日2013年8月21日 申请日期2013年3月4日 优先权日2013年3月4日
发明者李练兵, 李向杰, 夏晓敏, 杨鹏 申请人:河北工业大学