具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，加速踏板霍尔传感器的信号输出端与CPU的加速信号输入端相连，CPU的脉宽调制信号输出端通过光耦与驱动模块的控制脉冲输入端相连，驱动模块的驱动脉冲输出端分别与各IGBT的栅极相连；各IGBT的集电极并联后与动力电池正极相连，有刷电动机的驱动及换向电路连接在各IGBT的发射极与动力电池负极之间，且并联有多个续流二极管。继电器一、二的常开触头串联，继电器三、四的常开触头串联，有刷电动机的一端连接在继电器一、二的常开触头之间，另一端连接在继电器三、四的常开触头之间。该汽车通过多个并联的IGBT精确控制车速，通过继电器换向，驱动效率高，制造成本低，且节约汽车的安装空间。

DC brush motor control system with reversing function for electric vehicle

【技术实现步骤摘要】
具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统
本专利技术涉及一种电源电路，特别涉及一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，属于直流电机控制

技术介绍
安装有直流有刷电动机的电动汽车常用的驱动形式为，由电动机驱动变速箱的输入轴，由变速箱的输出轴驱动主减速器的输入轴，由主减速器驱动左、右半轴，左右半轴驱动车辆后轮转动，依靠变速箱的切换实现电动汽车的前进或后退。该驱动形式的缺点在于：变速箱的体积较大，机械传动效率较低，变速箱的采购成本较高。电动汽车的另一种驱动形式为，四个IGBT管呈桥式连接，直流有刷电动机的两端连接在桥式电路的一对对角点之间，桥式电路的另一对对角点与电源相连，电动汽车的前进或后退依靠IGBT组合通断的切换来进行。该驱动形式的缺点在于：电机无论是正转还是反转，在电机的驱动电路里，都串联了两个IGBT，多增加的一个IGBT会产生压降，IGBT本身的功耗较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，通过多个并联的IGBT精确控制电机的电流，降低电动汽车控制器的制造成本，且节约汽车的安装空间。为解决以上技术问题，本专利技术的一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，包括加速踏板1和制动踏板2，加速踏板1的铰接轴上安装有加速踏板霍尔传感器H1，加速踏板霍尔传感器H1的信号输出端与CPU的加速信号输入端CPU-PAD1相连，CPU的脉宽调制信号输出端CPU-PWM1与光耦五G5的输入端相连，光耦五G5的输出端与驱动模块U1的控制脉冲输入端U1-IN相连，驱动模块的驱动脉冲输出端U1-HO分别与各IGBT的栅极相连；各IGBT的集电极并联后通过总开关K0与动力电池正极VIN+相连，有刷电动机M1的驱动及换向电路连接在各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间，各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间连接有多个相互并联的电动机续流二极管。相对于现有技术，本专利技术取得了以下有益效果：有刷电动机M1的启动会产生较大的工作电流，单个IGBT的额定工作电流虽然能够达到150A，但是实际应用中IGBT的散热不能够达到最理想的状态；IGBT的针脚不能够长时间承受大电流；过高的电流使得IGBT的内阻发热严重。IGBT打开和关断过程产生的热量严重影响控制器的安全运行。本专利技术采用多个相互并联的IGBT1、IGBT2至IGBTn驱动有刷电动机M1，并采用多个相互并联的电动机续流二极管EJG1、EJG2至EJGn进行续流。采用MC9S12XS128MAA单片机或者其它类似的单片机作为控制系统CPU，当IGBT1、IGBT2至IGBTn关断时，有刷电动机M1因自感电动势产生的自感电流可以通过电动机续流二极管EJG1、EJG2至EJGn在有刷电动机M1内部消耗。CPU的脉宽调制信号输出端CPU-PWM1输出的占空比信号经过光耦五G5的高、低压隔离，送入驱动模块U1的控制脉冲输入端U1-IN，经驱动模块U1放大后，由驱动脉冲输出端U1-HO输出占空比信号，经过限流电阻XLR18、XLR19至XLRn限流后，控制IGBT1、IGBT2至IGBTn的占空比，从而满足有刷电动机M1的运行速度需求。作为本专利技术的改进，有刷电动机M1的驱动及换向电路包括继电器一J1、继电器二J2、继电器三J3和继电器四J4，继电器一的常开触头K1与继电器二的常开触头K2串联后连接在各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间，继电器三的常开触头K3与继电器四的常开触头K4串联后连接在各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间，有刷电动机M1的一端连接在继电器一的常开触头K1与继电器二的常开触头K2之间，有刷电动机M1的另一端连接在继电器三的常开触头K3与继电器四的常开触头K4之间；继电器一的常开触头K1与继电器四的常开触头K4联动，继电器二的常开触头K2与继电器三的常开触头K3联动。当继电器一的常开触头K1与继电器四的常开触头K4闭合，继电器二的常开触头K2与继电器三的常开触头K3断开时，有刷电动机M1正向转动，汽车前进。当继电器一的常开触头K1与继电器四的常开触头K4断开，继电器二的常开触头K2与继电器三的常开触头K3闭合时，有刷电动机M1反向转动，汽车后退。由于继电器的驱动功率很小，只有几瓦，因此换向时的驱动效率非常高，且制造成本很低。作为本专利技术的进一步改进，CPU的前进信号输出端CPU-PA1通过限流电阻R1与光耦一G1的输入正极相连，光耦一G1的输入负极与CPU-GND相连，光耦一G1的输入正负极之间连接有下拉电阻R2；光耦一G1的输出端通过三极管一S1与继电器一J1的线圈相连；CPU的前进信号输出端CPU-PA1还通过限流电阻R13与光耦四G4的输入正极相连，光耦四G4的输入负极与CPU-GND相连，光耦四G4的输入正负极之间连接有下拉电阻R14；光耦四G4的输出端通过三极管四S4与继电器四J4的线圈相连。CPU的前进信号输出端CPU-PA1输出逻辑电平“1”时，经限流电阻R1限流后送至光耦一G1的输入端，光耦一G1的输出端经三极管一S1放大后，使继电器一J1的线圈得电，继电器一的常开触头K1吸合；下拉电阻R2确保CPU-PA1输出逻辑电平“0”时，光耦一G1的输入端电平也为逻辑“0”，发光二极管确保能够可靠地截止；同理光耦四G4的输出端经三极管四S4放大后，使继电器四J4的线圈得电，继电器四的常开触头K4同步吸合，有刷电动机M1的正向转动，汽车前进。作为本专利技术的进一步改进，CPU的后退信号输出端CPU-PA2通过限流电阻R5与光耦二G2的输入正极相连，光耦二G2的输入负极与CPU-GND相连，光耦二G2的输入正负极之间连接有下拉电阻R6；光耦二G2的输出端通过三极管二S2与继电器二J2的线圈相连；CPU的后退信号输出端CPU-PA2还通过限流电阻R9与光耦三G3的输入正极相连，光耦三G3的输入负极与CPU-GND相连，光耦三G3的输入正负极之间连接有下拉电阻R10；光耦三G3的输出端通过三极管三S3与继电器三J3的线圈相连。CPU的后退信号输出端CPU-PA2输出逻辑电平“1”时，经限流电阻R5限流后送至光耦二G2的输入端，光耦二G2的输出端经三极管二S2放大后，使继电器二J2的线圈得电，继电器二的常开触头K2吸合；下拉电阻R6确保CPU-PA2输出逻辑电平“0”时，光耦二G2的输入端电平也为逻辑“0”，发光二极管确保能够可靠地截止；同理光耦三G3的输出端经三极管三S3放大后，使继电器三J3的线圈得电，继电器三的常开触头K3同步吸合，有刷电动机M2的反向转动，汽车后退；使汽车前进与后退的切换十分方便。作为本专利技术的进一步改进，励磁线圈L1与有刷电动机M1的电枢绕组相串联，或者励磁线圈L1连接在各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间。励磁线圈L1与有刷电动机M1的电枢绕组相串联为串励电动机，励磁线圈L1连接在各IGBT的发射极与动力电池负极VIN-之间为并励电动机，本专利技术的控制系统对串励和并励电动机均适用。...

【技术保护点】
1.一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，包括加速踏板(1)和制动踏板(2)，加速踏板(1)的铰接轴上安装有加速踏板霍尔传感器(H1)，加速踏板霍尔传感器(H1)的信号输出端与CPU的加速信号输入端(CPU-PAD1)相连，其特征在于：CPU的脉宽调制信号输出端(CPU-PWM1)与光耦五(G5)的输入端相连，光耦五(G5)的输出端与驱动模块(U1)的控制脉冲输入端(U1-IN)相连，驱动模块的驱动脉冲输出端(U1-HO)分别与各IGBT的栅极相连；各IGBT的集电极并联后通过总开关(K0)与动力电池正极(VIN+)相连， 有刷电动机(M1)的驱动及换向电路连接在各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间，各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间连接有多个相互并联的电动机续流二极管。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，包括加速踏板(1)和制动踏板(2)，加速踏板(1)的铰接轴上安装有加速踏板霍尔传感器(H1)，加速踏板霍尔传感器(H1)的信号输出端与CPU的加速信号输入端(CPU-PAD1)相连，其特征在于：CPU的脉宽调制信号输出端(CPU-PWM1)与光耦五(G5)的输入端相连，光耦五(G5)的输出端与驱动模块(U1)的控制脉冲输入端(U1-IN)相连，驱动模块的驱动脉冲输出端(U1-HO)分别与各IGBT的栅极相连；各IGBT的集电极并联后通过总开关(K0)与动力电池正极(VIN+)相连，有刷电动机(M1)的驱动及换向电路连接在各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间，各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间连接有多个相互并联的电动机续流二极管。


2.根据权利要求1所述的具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，其特征在于：有刷电动机(M1)的驱动及换向电路包括继电器一(J1)、继电器二(J2)、继电器三(J3)和继电器四(J4)，继电器一的常开触头(K1)与继电器二的常开触头(K2)串联后连接在各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间，继电器三的常开触头(K3)与继电器四的常开触头(K4)串联后连接在各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间，有刷电动机(M1)的一端连接在继电器一的常开触头(K1)与继电器二的常开触头(K2)之间，有刷电动机(M1)的另一端连接在继电器三的常开触头(K3)与继电器四的常开触头(K4)之间；继电器一的常开触头(K1)与继电器四的常开触头(K4)联动，继电器二的常开触头(K2)与继电器三的常开触头(K3)联动。


3.根据权利要求2所述的具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，其特征在于：CPU的前进信号输出端(CPU-PA1)通过限流电阻R1与光耦一(G1)的输入正极相连，光耦一(G1)的输入负极与CPU-GND相连，光耦一(G1)的输入正负极之间连接有下拉电阻R2；光耦一(G1)的输出端通过三极管一(S1)与继电器一(J1)的线圈相连；CPU的前进信号输出端(CPU-PA1)还通过限流电阻R13与光耦四(G4)的输入正极相连，光耦四(G4)的输入负极与CPU-GND相连，光耦四(G4)的输入正负极之间连接有下拉电阻R14；光耦四(G4)的输出端通过三极管四(S4)与继电器四(J4)的线圈相连。


4.根据权利要求2所述的具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，其特征在于：CPU的后退信号输出端(CPU-PA2)通过限流电阻R5与光耦二(G2)的输入正极相连，光耦二(G2)的输入负极与CPU-GND相连，光耦二(G2)的输入正负极之间连接有下拉电阻R6；光耦二(G2)的输出端通过三极管二(S2)与继电器二(J2)的线圈相连；CPU的后退信号输出端(CPU-PA2)还通过限流电阻R9与光耦三(G3)的输入正极相连，光耦三(G3)的输入负极与CPU-GND相连，光耦三(G3)的输入正负极之间连接有下拉电阻R10；光耦三(G3)的输出端通过三极管三(S3)与继电器三(J3)的线圈相连。


5.根据权利要求2所述的具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，其特征在于：励磁线圈(L1)与有刷电动机(M1)的电枢绕组相串联，或者励磁线圈(L1)连接在各IGBT的发射极与动力电池负极(VIN-)之间。


6.根据权利要求1所述的具有换向功能的电动汽车用直流有刷电动机控制系统，其特征在于：CPU的脉宽调制信号输出端(CPU-PWM1)通过限流电阻R18与光耦五(G5)的输入正极相连，光耦五(G5)的输入负极与CPU-GND相连，光耦五(G5)的输入正负极之间连接有下拉电阻R19；光耦五(G5)的输出端集电极与+15V电源相连，光耦五(G5)的输出端发射极与驱动模块(U1)的控制脉冲...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁左武，倪永娟，
申请(专利权)人：南京丁博控制器有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32