电动汽车控制器思路.docx
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电动汽车控制器思路
已解决
未解决
电机驱动
1.降压斩波电路+三相桥式逆变电路
2.功率电子器件驱动电路
3.转子位置检测信号处理电路
4.换向逻辑
5.启动信号调理电路
电机调速
1.电流检测电路原理
1.参数设置
2.转速信号处理电路
3.踏板信号处理电路
4.PI调节器参数整定
5.软件编程实现PWM占空比调节
制动能量回收
1.双向DC/DC变换器电路设计
2.制动信号调理电路
3.确定功率电子开关管通断时刻
通讯模块
CAN接收电路设计
整车控制信号确定，协议制定
故障诊断
1.过流保护原理及电路
2.过热保护原理及电路
3.故障诊断
电机控制框图已经确定，如下：
一、电机驱动（实现换向逻辑和逆变驱动）：
通过位置检测出来的信号，实现定子电枢电流的切换，使得永磁无刷直流电机的转子所受的电磁力保持一致，产生恒定的转矩，实现机电能量转换。
电机驱动原理参考西南交通大学《混合动力汽车的无位置传感器无刷直流电机控制系统研究》、《瑞萨应用于马达控制的MCU产品》、
长安大学《电动汽车电机驱动控制系统研究》。
1.硬件电路：
a）主电路：
以6个功率开关管组成三相桥式电路，
b）功率管的选择：
MOSFET:
MOSFET的特性是当给栅极施加一个5~10V之间的电压，它将导通，导通时，它的漏极和源极之间的电阻很小，但是需要足够大的功率保证当流过栅极的电流是很小的情况下，它的电阻也很小，但是MOSFET的漏极没有足够大的电容，因此需要有专门的驱动电路。
MOSFET由于电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。
IGBT:
综合了电力晶体管GTR和MOSFET的优点，它需要一个极低的门极电压（几乎可以忽略的门极电流）使它开通，电流主要流向是从基极到发射极，这一通道有P-N节特性（即当电流升高，电压升高得很小，大概0.6V）。
适用于电流大于50A的电路，适用于1kW到几百kW的系统。
参考《ElectricVehicleTechnologyExplained》。
c）功率管驱动电路设计
针对不同的功率电子开关管，采用不同的驱动电路，例如刘溧博士的电机控制电路，采用的MOS管，其驱动电路是几个BJT组成的功率放大电路，但由于MOS管只能用于功率不超过10kW的系统，若要驱动大功率电机，我认为还是应该采用IGBT，其驱动电路，如图：
北京工业大学《电动汽车驱动控制系统的设计与实现》
2．软件设计：
a）换向逻辑：
采用了相对简单的120°导通方式，根据位置传感器的信号，即HALL传感器输入到主控芯片引起相应管脚电平高低变化做出相应PWM信号调整。
根据现有的文献资料，电机三相电流时序图，做出如下换向表：
电动机驱动轴侧观察顺时针旋转时的切换序列。
顺序号
霍尔传感器输出
PWM信号
相电流
A
B
C
A
B
C
1
0
1
1
Q5
Q6
OFF
DC-
DC+
2
1
1
1
Q1
Q6
DC+
DC-
OFF
3
1
1
0
Q1
Q2
DC+
OFF
DC-
4
1
0
0
Q3
Q2
OFF
DC+
DC-
5
0
0
0
Q3
Q4
DC-
DC+
OFF
6
0
0
1
Q5
Q4
DC-
OFF
DC+
电动机驱动轴侧观察逆时针旋转时的切换序列
顺序号
霍尔传感器输出
PWM信号
相电流
A
B
C
A
B
C
1
0
0
1
Q1
Q2
DC+
OFF
DC-
2
0
0
0
Q1
Q6
DC+
DC-
OFF
3
1
0
0
Q5
Q6
OFF
DC-
DC+
4
1
1
0
Q5
Q4
DC-
OFF
DC+
5
1
1
1
Q3
Q4
DC-
DC+
OFF
6
0
1
1
Q3
Q2
OFF
DC+
DC-
二、电机调速：
采用数字PI调节器，主要通过软件实现。
三、制动能量回收：
利用DC/DC变换器又可以将电动机制动刹车时由机械能转化而来的电能回馈给蓄电池组，以可控的方式对蓄电池组进行充电，有效地回收制动能量，可使电动汽车的行驶里程大大增加。
电动汽车采用DC/DC变换器可以优化电动机控制、提高电动汽车整体的效率和性能，同时还可以避免出现反向制动无法控制和变换器输出端出现浪涌电压的不利情况。
DC/DC变换器采用双向半桥变换器，如下：
电机运行在制动状态时，关断6个IGBT，DC/DC变换器Q7截止，Q8开关工作。
电路图如下：
电机输出三相交流电，经过6个二极管组成的三相整流桥整流成直流电，而DC/DC变换器工作在降压斩波器模式，将母线电压降低，以恒流方式对电容器充电。
制动时的实际电路图如下图：
参考天津大学《电动汽车双向DC/DC变换器的研究》
四、CAN总线通讯：
针对不同的主控芯片，其CAN总线通讯的电路图有所不同，其总线接收电路如图：
对于CAN协议制定有待进一步研究。
五、检测电路
1.启动信号检测及调理电路：
对司机发出的启动信号进行处理，输入主控芯片。
2.制动信号检测及调理电路
3.电流检测电路：
为了电机调速提供比较信号，
参考电路：
4.位置检测信号调理电路：
对HALL信号进行低通滤波处理。
六、保护电路
1.过流保护：
系统的过流保护是分别检测三相电流，如果突然有短路的地方，就立即关闭相应的程序。
下图是电流检测电路，首先检测的电流分压后经过一个电压跟随器，使得分压后的值比较精确稳定，再经过一个加法电路，使其值为正值，然后经运放放大，最后输入到A/D转换电路。
2.过热保护：
过温保护是利用热敏电阻来感应器件的温度，如果温度高于某一设定值，就发出报警信号。
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