小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制器研究

1、    小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制器研究    陳群挺摘要：介紹了小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制的實(shí)現(xiàn)，給出設(shè)計(jì)主要用到的單片機(jī)型號、前置驅(qū)動型號和功率管型號。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明：該無刷電機(jī)控制器設(shè)計(jì)良好、性能可靠，取得良好的設(shè)計(jì)效果。關(guān)鍵詞：無刷電機(jī);電動車;drv8308rhar一、課題研究的目的、意義電動車在道路使用以及改善交通安全等問題上有著非常大的作用，能夠容易實(shí)現(xiàn)管理智能化;此外電動車還具有能量來源簡便、清潔無污染、能量效率高的特點(diǎn)。電動車擁有的這些優(yōu)點(diǎn)使它成為現(xiàn)今世界各國的研究熱點(diǎn)。在各種電動車系統(tǒng)中，電機(jī)齒輪和控制器技術(shù)處于關(guān)鍵地位。而傳統(tǒng)

2、的無刷電機(jī)控制器尺寸較大、功耗也較大，電動車控制器安裝會占用一定的空間，為了合理優(yōu)化車子的結(jié)構(gòu)需要盡量節(jié)省空間;此外，控制器擺放的位置也受控制器大小的限制，如果能夠縮小控制器尺寸則能節(jié)約車子寶貴的空間。在無刷電機(jī)控制器應(yīng)用本身，也需要盡量縮小控制器尺寸，利于控制器安裝。如果該項(xiàng)技術(shù)可以得到突破和有效推廣，既可以解決目前電動車設(shè)計(jì)與制作上的需求，同時能成為一款新產(chǎn)品進(jìn)行后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化【1】。電動車無刷電機(jī)控制技術(shù)發(fā)展非常迅速，控制器的設(shè)計(jì)從完全分立元件搭建而成的方案，到分立元件結(jié)合功率開關(guān)的方案，再到分立元件、專門驅(qū)動芯片和功率開關(guān)，目前廣泛采用微控制器、驅(qū)動芯片和功率開關(guān)的方案。隨著電子元器件發(fā)

3、展，電動汽車無刷電機(jī)控制向小型化、低功耗、高效率發(fā)展【2】。二、課題研究的基本內(nèi)容小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制器主要是采用高性能微處理器作為控制核心，將設(shè)定和反饋經(jīng)芯片內(nèi)部spwm轉(zhuǎn)換后，再經(jīng)過控制算法實(shí)現(xiàn)控制其輸出的目的。較傳統(tǒng)的電動車無刷電機(jī)控制器實(shí)現(xiàn)簡單的調(diào)速控制，小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制器有著更低的功耗，更小的尺寸，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷電機(jī)驅(qū)動的節(jié)能，小尺寸便于安裝。此外，小尺寸低功耗電動汽車無刷電機(jī)控制器帶有無線通信接口，方便與其它終端設(shè)備通信，便于監(jiān)控和實(shí)時調(diào)節(jié)。此外，小尺寸低功耗電動車無刷電機(jī)控制器能夠無線連接至人機(jī)界面，也能方便直觀地顯示數(shù)據(jù)【3】。設(shè)計(jì)以ti的具有低功耗功能的

4、msp430g2553ipw20單片機(jī)、無刷直流電機(jī)前置驅(qū)動drv8308rhar以及雙路 60v的n通道nexfet功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管csd88537nd為關(guān)鍵器件構(gòu)成的無刷電機(jī)控制器【4】。前置驅(qū)動器drv8308在控制具有傳感器的無刷直流電機(jī)時，具有先進(jìn)的功能和簡單的輸入接口。作為前置驅(qū)動器，它連接至柵極并可同時驅(qū)動6個外部n溝道m(xù)osfet，可按要求配置驅(qū)動電流，范圍從10毫安至130毫安，由此可以實(shí)現(xiàn)最佳開關(guān)特性。3個電機(jī)相位根據(jù)霍爾傳感器輸入進(jìn)行換相。一旦電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定的速度，drv8308只使用1個霍爾傳感器，由此可以將因?yàn)閭鞲衅鞑黄ヅ涠鸬亩秳咏抵磷畹汀；魻栃盘栻?qū)

5、動定時可以提前或延遲0.1%的增量，以優(yōu)化功率效率?？蛇x180°換向模式通過電機(jī)驅(qū)動正弦電流，并將可聽見的噪音和扭矩波動降至最低。峰值電機(jī)電流可以通過調(diào)整感應(yīng)電阻的大小來控制。drv8308實(shí)現(xiàn)了閉環(huán)速度控制，使電機(jī)在各種負(fù)載扭矩下以精確的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。系統(tǒng)將fg跟蹤或霍爾傳感器產(chǎn)生的電機(jī)速度與插腳clkin上的參考頻率匹配。drv8308還可以使用占空比命令從時鐘或寄存器設(shè)置驅(qū)動電機(jī)開環(huán)。由于drv8308可以處理和報(bào)告過流、過電壓、欠壓和過熱等各種保護(hù)功能，極大增強(qiáng)了系統(tǒng)的魯棒性【5】。三、研究結(jié)果（1）系統(tǒng)構(gòu)成簡單和可靠性高。與傳統(tǒng)電動車無刷電機(jī)控制器相比，完成同一任務(wù)，小尺寸低功

6、耗電動汽車無刷電機(jī)控制器的外圍電路簡單，小尺寸低功耗電動汽車無刷電機(jī)控制器使用非常少的模擬元器件，利用集成的驅(qū)動模塊，解決了控制器小型化簡單化的問題，同時由于減少元器件的數(shù)量，能夠提高控制器生產(chǎn)的可靠性，進(jìn)而也提高了控制器使用的可靠性。（2）系統(tǒng)低功耗和高效率。傳統(tǒng)的電動汽車無刷電機(jī)控制器采用方波形式的pwm進(jìn)行變頻逆變控制，如此帶來的逆變交流電的各次諧波很多，導(dǎo)致電機(jī)的功耗很大。而小尺寸低功耗電動汽車無刷電機(jī)控制器采用spwm波進(jìn)行變頻逆變控制，能夠有效減少逆變交流電的各次諧波，由此可以降低控制器的功耗，從而提高系統(tǒng)工作效率。此外傳統(tǒng)的微控制器并沒有采用低功耗設(shè)計(jì)，雖然微控制器部分的功耗不高，但功能受限。而小尺寸低功耗電動汽車無刷電機(jī)控制器的微控制器采用低功耗的設(shè)計(jì)，則可以探索微控制器的電源與電機(jī)電源分開，如此即便是在動力電池故障的情況下，控制器也能夠顯示一些關(guān)鍵信息。參考文獻(xiàn)：1李燁.永磁無刷電動機(jī)技術(shù)發(fā)展水平及應(yīng)用前景j.微電機(jī)，2001，34（1）：31-33.2余永權(quán)，汪明慧，黃英.1 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用/：0 1 北京：電子工業(yè)出版社; 344+13王運(yùn)麗，勞芳.96 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的直流電機(jī)h 型pwm調(diào)速控制器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)j.科技廣場，2007，7（2）：196-197.4張和.無刷電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)j.中