電動汽車用永磁同步電機驅(qū)動控制器設計方案

【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】電動汽車用永磁同步電機驅(qū)動控制器設計方案2.1.3IGBT電流規(guī)格選擇

IGBT電流的選擇，需保證電機峰值電流在IGBT的安全工作區(qū)內(nèi)。IGBT的額定電流應滿足：

式中：S為電機控制器容量，此處S=114kVA;kg=1.5;kjw為考慮結(jié)溫的電流降額系數(shù)，此處kjw=1.4;U0為驅(qū)動電機線電壓，

由式（3）可得，Ic應大于508.94A,根據(jù)IGBT的等級應選擇Ic=600A的元件。

2.2IGBT驅(qū)動電路設計

根據(jù)IGBT驅(qū)動電路的性能要求，此處選用了HCPL316J光耦驅(qū)動電路。HCPL316J是一種IGBT門極驅(qū)動光電耦合器：其參數(shù)為：可驅(qū)動IGBT為150A/1200V級；光學隔離，帶故障反應輸出；16腳貼片封裝，CMOS/TTL兼容，500ns開關(guān)速度；軟關(guān)斷技術(shù)，集成過流、欠壓保護功能；15~30V寬電壓工作環(huán)境。

由HCPL316J構(gòu)成的驅(qū)動電路如圖2所示。由于選用的Ic=600A,HCPL316J不能夠直接驅(qū)動，故經(jīng)過推挽放大后驅(qū)動IGBT.

2.3信號檢測電路設計

信號檢測電路包括母線電壓、母線電流、驅(qū)動電機三相電流、控制器溫度、電機溫度和電機轉(zhuǎn)子位置與轉(zhuǎn)速的采樣與調(diào)理電路。除轉(zhuǎn)子位置與速度采樣電路外，其他信號均為模擬量，需經(jīng)過隔離后，調(diào)理成ADC單元可以處理的信號。

2.3.1相電流采樣電路

采樣電路由濾波調(diào)理電路和偏移限幅電路組成。從電流傳感器輸出的與實際電流成比例的信號，經(jīng)一階低通濾波和比例運算后，得到幅值為-1.65~1.65V,再經(jīng)偏置電路轉(zhuǎn)換為0~3.3V.

2.3.2位置與速度檢測電路

選用旋轉(zhuǎn)變壓器作為轉(zhuǎn)子位置傳感器，旋轉(zhuǎn)變壓器適用于工作環(huán)境惡劣的場合，具有較強的抗干擾能力。旋變/數(shù)字轉(zhuǎn)換器采用AD2S1205,能獲取轉(zhuǎn)子的位置信息。采用5V電源供電，外接8.912MHz的晶振。根據(jù)所選旋轉(zhuǎn)變壓器的勵磁電壓電流要求，設計勵磁環(huán)節(jié)的運算放大電路，保證接收的正余弦信號峰峰值為（3.6±36%）V.

2.3.3故障與保護電路

W相過流保護電路將采集的電流信號與預先設定的極限值開展比較，當超過極限值時，觸發(fā)故障鎖存電路。故障鎖存與去除電路中，各種故障信號相與后，經(jīng)過RS觸發(fā)器，觸發(fā)PDPINTA中斷，并封鎖PWM輸出。當故障已被消除時，通過DSP可將RS觸發(fā)器復位。該電路還能保證DSP復位過程中對PWM信號的封鎖。

3控制單元軟件設計

電機控制器控制框圖如圖3所示。驅(qū)動電機控制器采用旋轉(zhuǎn)變壓器直接獲取轉(zhuǎn)子位置和速度，采用霍爾電流傳感器直接檢測定子三相電流?？刂破骼棉D(zhuǎn)子位置信息將三相電流開展坐標變換，得到d,q軸電流反應值。d,q軸電流參考信號與實際值比較后，其偏差值被輸入至調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器的輸出與解耦電路輸出相加，便得到磁場定向d,q軸系中兩軸電壓參考值udref和uqref,通過Park逆變換，轉(zhuǎn)換為α，β軸參考電壓uαrad,uβref,經(jīng)過SVPWM模塊產(chǎn)生控制逆變器各功率開關(guān)的開通和關(guān)斷信號。其中，主控芯片采用TMS320LF2407A,其很適合于電動機的實時控制。

電機控制程序采用前后臺系統(tǒng)來完成。前臺系統(tǒng)為中斷級程序，包括T1定時器下溢中斷服務程序，實現(xiàn)電機控制的算法和故障中斷，包括XINT1外部中斷服務程序和PDPINTA中斷服務程序，用于封鎖PWM輸出。T1定時器下溢中斷服務程序如圖4所示，故障中斷服務程序如圖5所示。

后臺系統(tǒng)為任務級程序，流程圖如圖6所示。

一個完整的驅(qū)動電機控制器,不僅要實現(xiàn)電機的控制算法，還要具備運行控制、參數(shù)設置和工作狀態(tài)監(jiān)視等功能。此處將這些功能在任務級程序中實現(xiàn)。驅(qū)動電機控制器可通過操作鍵盤、控制端子和通信程序設定控制命令、運行頻率，修改相關(guān)功能碼參數(shù)，監(jiān)控控制器工作狀態(tài)及故障信息。

任務級程序是一個無限循環(huán)系統(tǒng)，根據(jù)各種任務的實時性要求，將其劃分為4個等級，如故障檢測函數(shù)和參數(shù)設置函數(shù)每1ms執(zhí)行1次，而對于輸入輸出端子的處理函數(shù)則要每10ms執(zhí)行1次。

4實驗方案結(jié)果

為驗證和調(diào)試驅(qū)動電機控制器，開展了實驗研究。驅(qū)動電機測試系統(tǒng)由AVL測功機、Digatron電池模擬器、功率分析儀、驅(qū)動電機及其控制器組成。測功機采用轉(zhuǎn)速控制方式，提供負載；功率分析儀采集直流母線電壓電流、電機輸入側(cè)的電壓電流、測功機輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速信息，并實時傳送至上位機保存實驗數(shù)據(jù)；電池模擬器為驅(qū)動電機及其控制器提供電能；dSPACE通過CAN總線或者模擬量控制電機的輸出轉(zhuǎn)矩。

驅(qū)動電機在加速、平穩(wěn)運行和制動3個階段下的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩曲線和電壓、電流波形如圖7所示。由圖可知，系統(tǒng)電流控制特性良好。

5結(jié)論

電動汽車要求電機及其控制器具有轉(zhuǎn)速范圍寬、過載系數(shù)高的特點，研制的利用DSP構(gòu)成的