基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统，该驱动系统主电路由三相整流电路、主功率变换电路、励磁功率变换电路以及可控式电机组成的，其中主电路的直流电源是将三相交流电源经过三相整流电路进行整流并滤波后得到的。控制电路由DSP、电枢电流检测与调理、位置检测等电路等组成，用来完成电机驱动控制系统的电枢电流和磁化电流的采样、位置信号的捕获、电机速度及转子位置的计算、速度控制、电流控制等。驱动电路的功能是将DSP输出的6个PWM波经过与错误信号与逻辑后的PWM信号进行隔离及功率放大后去驱动电机，该系统具有高的可靠性和安全性。

Motor drive system of flux controlled pure electric vehicle based on DSP

The invention provides a magnetic flux controlled pure electric motor drive system based on DSP. The drive system consists of three phase rectifier circuit, main power conversion circuit, excitation power conversion circuit and controllable motor. The DC power supply of the main circuit is the three intersecting current power supply through a three-phase rectifier circuit. After rectifying and filtering, it is obtained. The control circuit is composed of DSP, armature current detection and adjustment, position detection circuit and so on. It is used to complete the sampling of armature current and magnetization current, the acquisition of position signal, the calculation of motor speed and rotor position, speed control, current control and so on. The function of the drive circuit is to drive the 6 PWM waves output by DSP to the motor after isolation and power amplification after the error signal and the PWM signal after the logic. The system has high reliability and security.

【技术实现步骤摘要】
基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统
本专利技术涉及纯电动汽车用电机
，特别是涉及一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统。
技术介绍
目前电动汽车用驱动电机中，不仅包括交流感应电机、直流电机、磁阻电机、无刷直流电机和永磁同步电机等传统电机，理论上还包括各种引入新材料和新结构的永磁无刷电机，种类繁多，控制技术也各不相同。作为应用于汽车牵引这一相对独立门类的驱动电机，缺乏相对统一的测试标准和评价体系，这给电动汽车整车制造商对驱动电机的选型带来困难，甚至会造成电动汽车等新能源汽车相关电机配套企业盲目投资，重复建设。客观上，也成为电动汽车快速发展的瓶颈之一。近年来，随着国家对稀土永磁材料加强战略性管制，永磁材料价格飞涨，在一定程度上延缓了永磁电机在电动汽车，特别是微型、低速电动汽车的应用。感应电机结构相对简单，但控制复杂，也难以在短时间内在微型电动汽车上推广应用。直流电机及其驱动系统由于结构成熟、控制相对简单，能被广泛应用于转矩可调、调速性能好，以及频繁启动、制动和反转的应用场合，在不同的电力牵引及电力传动系统中具有广泛的应用前景。直流电机按励磁方式可分为绕线磁极式直流电机和永磁式直流电机。永磁式直流电机由于励磁磁场不可调节，难以满足电动汽车等需宽调速应用场合。绕线磁极式直流电机可分为串联直流电机、并励直流电机、复励直流电机以及混励永磁电机。串励直流电机的电枢电流也就是励磁电流，因而能提供较大的启动转矩，适用于电车、公交和起重机等要求较高启动转矩的应用场合，但串励电机高速性能较差且难以实现回馈制动。从性能来看，目前市场对微型电动汽车的要求，除了要求电机能满足不同运行工况下的性能要求外，还必须在一次充电后的续航里程和爬坡加速性能上有所提高和改善，因此，续航里程和爬坡能力成为衡量微型电动汽车电机及其驱动控制系统的关键性能指标。混励永磁电机，由于其励磁绕组和电枢绕组电流均能独立控制，或进行协调控制，这为满足微型电动汽车的动力性能提供了可能。但普通他励电机及其传统控制方法难以满足微型电动汽车频繁启动、重载爬坡、高速巡航以及回馈制动等不同运行工况下的性能要求，需要在电机本体、控制方法等方面进行深入研究，提出并开发出符合微型电机汽车运行性能要求、具有创新性和自主知识产权的混励永磁电机及其控制技术。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：为了克服现有技术中的不足，本专利技术根据微型电动汽车驱动系统实际工程的需求，提供一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统。在对电机本体的设计中，对电机的关键电磁性能参数如电枢绕组匝数、励磁绕组匝数等进行了有针对性的设计，优化了电枢绕组和励磁绕组电感特性，为该电机的电枢电流和励磁电流的在线协调控制，提高电机的不同运行工况下的动态响应提供了前提条件。根据微型电动汽车的动力要求，混励永磁电机功率为7.5kW。本专利技术解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统，包括微控制器、电源电路、驱动电路、电流检测电路、位置传感器、位置整形电路、过流比较电路、错误信号逻辑电路、加速信号处理电路和磁通可控式电机，所述微控制器包括速度控制器、电流控制器、EPWM输出接口、ADC采样接口、启停信号输入接口GIPO、位置信号输入接口ECAP以及错误信号输入接口TZ1；所述电源电路输出的三相电源经过整流电路和功率变换电路后连接至磁通可控式电机；位置传感器检测磁通可控式电机的位置经过位置整形电路后通过位置信号输入接口ECAP送入速度控制器和电流控制器；电流检测电路检测电机电枢电流，并进行调理后经过ADC采样接口送入微控制器，与速度控制器的输出进行运算后进入电流控制器；所述加速信号处理电路将加速器给定的加速踏板的速度信号经过滤波和电压跟随后经微控制器的ADC采样接口送入速度控制器；所述过流比较电路将电源电路的三相电流进行过流比较，比较结果送入错误信号逻辑电路；驱动电路的错误信号也送入错误信号逻辑电路；微控制器的速度控制器的电流控制器根据采集的速度信号、位置信号以及电流信号由所述EPWM输出接口输出PWM信号，并与错误信号逻辑电路输出的错误信号进行与逻辑运算后经过驱动电路的隔离放大连接至功率变换电路，用于驱动磁通可控式电机。具体的，所述电流检测电路包括电流传感器、三路运放U9A、U9B和U11A，电阻R26、R27、R28、R29、R31、R32、R37、R38、R39和R41，电容C8，场效应管Q1和二极管D9、D10和D15，电流传感器检测电机电流，且输出电压信号V_low分为三路，一路经过场效应管Q1、二极管D9和电阻R26连接至电源VCC，且二极管D9和电阻R26公共引出端连接至运放U9A的输出端，一路经过二极管D10和电阻R27连接至电源VCC，且二极管D10和电阻R27公共引出端连接至运放U9A的正向输入端，一路直接连接运放U11A的反向输入端，风压电阻R37和R38串联在电源VCC和地之间，且运放U9A的反向输入端和运放U11A的正向输入端均连接至电阻R37和R38的公共引出端；运放U9A的输出信号VO1经电阻R29连接至运放U9B的正向输入端，且运放U9B的正向输入端经上拉电阻R28连接至电源VCC，运放U11A的输出信号VO2经电阻R32连接至运放U9B的反向输入端，且运放U9B的反向输入端与输出端之间并联电阻R39，运放U9B输出信号VO3经电阻R31和滤波电容C8后形成信号ADCIN连接至微控制器的ADC采样接口。具体的，所述驱动电路包括驱动芯片IR2110，电阻R30、R33、R36和R40，场效应管Q2和Q3，肖特基二极管D12和D14，微控制器输出的PWM驱动信号由HO1和LO1端输入驱动芯片IR2110，经过驱动芯片IR2110内部的隔离后由高端输出HO和低端输出LO输出，且高端输出HO经过电阻R30后连接至场效应管Q2的栅极，且低端输出LO经过电阻R36后连接至场效应管Q3的栅极，场效应管Q2的源极和场效应管Q3的漏极连接后接地，场效应管Q3的源极接地，场效应管Q2的漏极接电机信号端B+，电阻R33和肖特基二极管D12并联后串接在高端输出HO与地之间，电阻R40和肖特基二极管D14并联后串接在低端输出LO与地之间。具体的，所述过流比较电路包括桥式整流检波电路、比较放大电路和双D触发器U2A和U2B，桥式整流检波电路对三相电流ia_oc、ib_oc、ic_oc进行整流，整流输出电流检测值与给定的电流设定值±I_REF经过比较放大电路的比较，当电流检测值大于电流设定值时，产生过流信号，经过双D触发器锁存后得到持续的故障信号ERROR，经错误信号输入接口TZ1发送至微控制器，并通过发光二极管LED1显示故障信号。具体的，所述位置整形电路包括运放U5A形成的电压跟随器和反相器U4A，由位置传感器输出的位置信号Position_1经过电阻R18后连接至电压跟随器的反向输入端，电压跟随器的正向输入端经过电阻R10连接至滑动变阻器R8的滑动端，滑动变阻器R8的固定端串联连在+15V电源和地之间，并且电压跟随器的正向输入端经过滑动变阻器R12连接至电压跟随器的输出端，电压跟随器的输出信号经过反相器U4A由位置信号输入接口EC本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统，其特征在于：包括微控制器、电源电路、驱动电路、电流检测电路、位置传感器、位置整形电路、过流比较电路、错误信号逻辑电路、加速信号处理电路和磁通可控式电机，所述微控制器包括速度控制器、电流控制器、EPWM输出接口、ADC采样接口、启停信号输入接口GIPO、位置信号输入接口ECAP以及错误信号输入接口TZ1；所述电源电路输出的三相电源经过整流电路和功率变换电路后连接至磁通可控式电机；位置传感器检测磁通可控式电机的位置经过位置整形电路后通过位置信号输入接口ECAP送入速度控制器和电流控制器；电流检测电路检测电机电枢电流，并进行调理后经过ADC采样接口送入微控制器，与速度控制器的输出进行运算后进入电流控制器；所述加速信号处理电路将加速器给定的加速踏板的速度信号经过滤波和电压跟随后经微控制器的ADC采样接口送入速度控制器；所述过流比较电路将电源电路的三相电流进行过流比较，比较结果送入错误信号逻辑电路；驱动电路的错误信号也送入错误信号逻辑电路；微控制器的速度控制器的电流控制器根据采集的速度信号、位置信号以及电流信号由所述EPWM输出接口输出PWM信号，并与错误信号逻辑电路输出的错误信号进行与逻辑运算后经过驱动电路的隔离放大连接至功率变换电路，用于驱动磁通可控式电机。...

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统，其特征在于：包括微控制器、电源电路、驱动电路、电流检测电路、位置传感器、位置整形电路、过流比较电路、错误信号逻辑电路、加速信号处理电路和磁通可控式电机，所述微控制器包括速度控制器、电流控制器、EPWM输出接口、ADC采样接口、启停信号输入接口GIPO、位置信号输入接口ECAP以及错误信号输入接口TZ1；所述电源电路输出的三相电源经过整流电路和功率变换电路后连接至磁通可控式电机；位置传感器检测磁通可控式电机的位置经过位置整形电路后通过位置信号输入接口ECAP送入速度控制器和电流控制器；电流检测电路检测电机电枢电流，并进行调理后经过ADC采样接口送入微控制器，与速度控制器的输出进行运算后进入电流控制器；所述加速信号处理电路将加速器给定的加速踏板的速度信号经过滤波和电压跟随后经微控制器的ADC采样接口送入速度控制器；所述过流比较电路将电源电路的三相电流进行过流比较，比较结果送入错误信号逻辑电路；驱动电路的错误信号也送入错误信号逻辑电路；微控制器的速度控制器的电流控制器根据采集的速度信号、位置信号以及电流信号由所述EPWM输出接口输出PWM信号，并与错误信号逻辑电路输出的错误信号进行与逻辑运算后经过驱动电路的隔离放大连接至功率变换电路，用于驱动磁通可控式电机。2.如权利要求1所述的基于DSP的磁通可控式纯电动汽车用电机驱动系统，其特征在于：所述电流检测电路包括电流传感器、三路运放U9A、U9B和U11A，电阻R26、R27、R28、R29、R31、R32、R37、R38、R39和R41，电容C8，场效应管Q1和二极管D9、D10和D15，电流传感器检测电机电流，且输出电压信号V_low分为三路，一路经过场效应管Q1、二极管D9和电阻R26连接至电源VCC，且二极管D9和电阻R26公共引出端连接至运放U9A的输出端，一路经过二极管D10和电阻R27连接至电源VCC，且二极管D10和电阻R27公共引出端连接至运放U9A的正向输入端，一路直接连接运放U11A的反向输入端，风压电阻R37和R38串联在电源VCC和地之间，且运放U9A的反向输入端和运放U11A的正向输入端均连接至电阻R37和R38的公共引出端；运放U9A的输出信号VO1经电阻R29连接至运放U9B的正向输入端，且运放U9B的正向输入端经上拉电阻R28连接至电源VCC，运放U11A的输出信号VO2经电阻R32连接至运放U9B的反向输入端，且运放U9B的反向输入端与输出端之间并联电阻R39，运放U9B输出信号VO3经电阻R31...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲍方，
申请(专利权)人：常州市武起常乐电机有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32