异步电机控制器的制作方法

1.本实用新型涉及一种车用配件，尤其涉及一种可用于电动车的异步电机控制器。


背景技术：

2.21世纪，纯电动汽车已经成为了解决燃油车辆带来的能源和环境问题的最有希望的方案之一。而电动汽车电机控制器又是纯电动汽车的核心部分，同时异步电机由于其体积小、结构简单、坚固可靠、成本低、易于维护等优点，被越来越多的厂商用做电动汽车的驱动电机。但是相对于国外，国内对于电动汽车电机控制器的研究还比较落后，很多国内电动汽车厂商都依靠从国外进口电动汽车电机控制器来组装电动汽车，而自身的研发能力不强。因此对电动汽车电机控制器的研究显得非常重要。
3.以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本实用新型的实用新型构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本技术的新颖性和创造性。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种异步电机控制器。
5.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种异步电机控制器，包括控制模块、检测模块、开关电源及功率模块，检测模块、开关电源及功率模块均与控制模块连接；
6.控制模块包括主控芯片、管理芯片、pwm驱动电路、ad采样电路、转子位置信号解码电路、can总线驱动电路、eeprom电路、比较电路、io电路、da转换电路、时钟电路、复位电路及jtag电路；pwm驱动电路输入端与主控芯片的pwm输出引脚连接，输出端与功率模块连接，主控芯片通过矢量控制算法产生pwm信号，并通过pwm驱动电路对pwm信号进行放大；ad采样电路输入端与各传感器连接，输出端与主控芯片的ad模拟输入引脚连接；eeprom电路用于故障信息的存储与读取及控制参数的存储与读取，eeprom电路与管理芯片直接连接，故障信息及控制参数经管理芯片处理后，再通过主控芯片的mcbsp接口发送给主控芯片；io电路与管理芯片连接，输入至io电路的外部io信号先经管理芯片通过调用内部程序进行处理，再通过主控芯片的io引脚传送至主控芯片；
7.功率模块连接在控制模块与异步电机之间，功率模块为包括多个呈阵列排布的mos管的三相桥臂式电压型逆变器，每个桥臂并联多个mos管；
8.检测模块包括档位检测单元、电子油门检测单元、刹车检测单元、转子位置传感器、相电流传感器、直流母线电流传感器、直流母线电压传感器、温度传感器一及温度传感器二；转子位置传感器用于实时检测异步电机转子位置；相电流传感器连接在功率模块和异步电机之间，用于实时检测功率模块的输出电流，反馈给控制模块；直流母线电流传感器和直流母线电压传感器用于实时检测直流母线电流和电压，反馈给主控芯片；温度传感器一用于检测功率模块的温度，温度传感器二用于检测异步电机的温度，并将检测的温度值反馈给主控芯片。
9.进一步地，所述转子位置信号解码电路、can总线驱动电路和io电路采用光耦隔离设计。
10.进一步地，所述主控芯片采用ti公司型号为tms320f26031的dsp芯片，管理芯片的型号采用中科芯集成电路股份有限公司的cks32f103c8t6，相电流传感器和直流母线电流传感器选用melexis公司的mlx91205磁极霍尔传感器。
11.进一步地，所述转子位置信号解码电路基于adi公司的rdc解码芯片和光耦进行设计，转子位置信号解码电路输入端与转子位置传感器连接，输出端与管理芯片连接。
12.进一步地，所述比较电路基于比较器lm2903设计，比较电路输入端与ad采样电路的输出端连接，输出端与管理芯片连接；通过比较电路检测过流、过压、过温故障，并将故障信息保存至eeprom电路中；故障信息经管理芯片调用内部程序处理后整合成一个中断信号，再通过主控芯片的外部中断输入引脚发送给主控芯片，然后通过主控芯片内的外部中断子程序对出现故障的硬件进行实时保护。
13.进一步地，所述mos管的漏极和源极间电压v
ds
最大为75v，栅极和源极之间的驱动电压v
gs
最大为20v，导通电阻r
ds
小于0.0095ω，导通电流i
d
最大为60a。
14.进一步地，每个mos管的栅极串联一个电阻r，该电阻阻值为5
‑
30ω，在mos管后级设有滤波电路，用于对功率模块输出的交流电压进行调节。
15.进一步地，上述异步电机控制器采用48v电池作为功率模块的直流母线电压输入，一主继电器串接在正直流母线上，主继电器通过主控芯片控制其通断。
16.本实用新型提供了一种用于电动汽车的异步电机控制器，以ti公司的tms320f28035作为主控芯片，并采用管理芯片与主控芯片相互配合进行信号处理，不仅增加了外部接口的数量，而且提高了信号处理的效率，并结合检测模块的各检测单元及各传感器对直流母线电压、异步电机、功率模块、档位器、电子油门、刹车等是否存在异常情况进行检测，在提高电动汽车安全性的同时，实现异步电机在运行过程中能输出尽可能大的转矩和达到比较高的效率。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
18.图1是本实用新型的优选实施例的异步电机控制器的原理框图；
19.图2是图1中控制模块的原理框图；
20.图3是图1中功率模块的电路原理图；
21.图4是图3中a部分的放大示意图；
22.图5是图3中b部分的放大示意图；
23.图中：主控芯片11、管理芯片12、pwm驱动电路13、ad采样电路14、转子位置信号解码电路15、can总线驱动电路16、eeprom电路17、比较电路18、io电路19、da转换电路20、时钟电路21、复位电路22、jtag电路23、档位检测单元31、电子油门检测单元32、刹车检测单元33、转子位置传感器34、相电流传感器35、直流母线电流传感器36、直流母线电压传感器37、温度传感器一38、温度传感器二39、开关电源40、功率模块50、异步电机60、档位器71、电子油门72、刹车73。
具体实施方式
24.现在结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，因此其仅显示与本实用新型有关的构成。
25.如图1至图5所示，本实用新型一优选实施例的异步电机控制器，包括控制模块、检测模块、开关电源40及功率模块50，检测模块、开关电源40及功率模块50均与控制模块连接。
26.控制模块包括主控芯片11、管理芯片12、pwm驱动电路13、ad采样电路14、转子位置信号解码电路15、can总线驱动电路16、eeprom电路17、比较电路18、io电路19、da转换电路20、时钟电路21、复位电路22及jtag电路23。其中，转子位置信号解码电路15、can总线驱动电路16和io电路19采用光耦隔离设计，以提高硬件电路抗干扰能力。
27.本实施例中，主控芯片11采用ti公司型号为tms320f26031的dsp芯片，管理芯片12的型号采用中科芯集成电路股份有限公司的cks32f103c8t6。
28.pwm驱动电路13输入端与主控芯片11的pwm输出引脚连接，输出端与功率模块50连接；主控芯片11通过矢量控制算法产生pwm信号，并通过pwm驱动电路13对pwm信号进行放大。
29.ad采样电路14输入端与各传感器连接，输出端与主控芯片11的ad模拟输入引脚连接，主控芯片11通过ad采样电路14采集检测模块反馈的电流、电压、温度及转子位置等信号。
30.转子位置信号解码电路15基于adi公司的rdc解码芯片和光耦进行设计，转子位置信号解码电路15输入端与转子位置传感器34连接，输出端与管理芯片12连接，转子位置信号解码电路15一方面给转子位置传感器34提供频率为10khz的激磁信号，另一方面将转子位置传感器34输出的正弦信号和反馈信号解码为转子位置信号，转子位置信号经管理芯片12调用内部程序处理后，再通过主控芯片11的spi接口发送给主控芯片11。
31.比较电路18基于比较器lm2903设计，实现过流、过压、过温的硬件保护。比较电路18输入端与ad采样电路14的输出端连接，输出端与管理芯片12连接；通过比较电路18检测过流、过压、过温故障，并将故障信息保存至eeprom电路17中；故障信息经管理芯片12调用内部程序处理后整合成一个中断信号，再通过主控芯片11的外部中断输入引脚发送给主控芯片11，然后通过主控芯片11内的外部中断子程序对出现故障的硬件进行实时保护。
32.eeprom电路17用于故障信息的存储与读取及控制参数的存储与读取，eeprom电路17与管理芯片12直接连接，故障信息及控制参数经管理芯片12通过调用内部程序进行处理后，再通过主控芯片11的mcbsp接口发送给主控芯片11。
33.主控芯片11通过can总线驱动电路16接收整车控制器的控制指令；can总线驱动电路16基于专用can收发器芯片pca82c250和光耦进行设计，为提高抗干扰能力，canh、canl两个差分信号之间增加高频滤波电容、can总线emi滤波器和can总线tvs浪涌电压抑制器。
34.io电路19基于专用继电器驱动芯片和光耦设计，包含4路继电器输出和4路开关量输入，io电路19与管理芯片12连接，输入至io电路19的外部io信号先经管理芯片12通过调用内部程序进行处理，再通过主控芯片11的io引脚传送至主控芯片11。
35.da转换电路20基于rc滤波电路设计，da转换电路20的输入端与主控芯片11的定时
器pwm输出引脚连接，通过da转换电路20先将数字量转换成脉冲输出，然后通过rc滤波转换成模拟量。
36.时钟电路21采用30mhz有源晶振，时钟电路21的输出端与主控芯片11的外部时钟输入引脚连接，上电复位时，经主控芯片11内部的pll单元倍频，将30mhz时钟信号转换为主控芯片11工作所需要的150mhz时钟信号。
37.复位电路22基于专用微处理器复位芯片设计，用于对主控芯片11和功率模块50进行复位。复位电路22的输出端与管理芯片12连接，经管理芯片12通过调用内部程序进行处理后分成两路复位信号，一路复位信号通过主控芯片11的复位引脚传送给主控芯片11，另一路复位信号通过pwm驱动电路13的复位引脚传送给pwm驱动电路13。
38.功率模块50连接在控制模块与异步电机60之间。功率模块50为包括多个呈阵列排布的mos管q的三相桥式电压型逆变器，主控芯片11输出pwm控制信号，pwm驱动电路13将pwm控制信号放大，用来控制三相桥mos管q的开关，通过控制mos管q栅极电压控制mos管q的通断，通过控制各mos管q的开关组合与开关顺序，功率模块50将直流母线电压逆变成频率变化的三相交流电，用来驱动异步电机运转。
39.本实施例中，mos管q的型号为stp75nf75，mos管q的漏极和源极间电压v
ds
最大为75v，栅极和源极之间的驱动电压v
gs
最大为20v，导通电阻r
ds
小于0.0095ω，导通电流i
d
最大为60a。
40.本实用新型的异步电机控制器最大功率为20kw，加在功率模块50上的直流母线供电电压为48v，因此每个桥臂允许通过的最大直流电流为416.7a，功率模块50采用mos管q并联结构，增大过流能力，每个桥臂并联12个mos管q，每个桥臂可以承受的最大电流值为1000a，从而可以满足异步电机控制器大电流工作情况的需要。mos管q并联时，需要解决好并联mos管q的均流问题，为此，在每个mos管q的栅极都串联了一个小电阻r，该电阻阻值为5
‑
30ω。在mos管q后级设有滤波电路rc，用于对功率模块50输出的交流电压进行调节，防止出现过压等故障现象。
41.检测模块包括档位检测单元31、电子油门检测单元32、刹车检测单元33、转子位置传感器34、相电流传感器35、直流母线电流传感器36、直流母线电压传感器37、温度传感器一38及温度传感器二39。
42.档位检测单元31与档位器71连接，用于检测驾驶员挂的档位，主控芯片11根据检测的档位器71信号控制异步电机60的运转方向；电子油门检测单元32与电子油门72连接，用于检测电子油门72的状态，主控芯片11根据检测的电子油门信号的大小，控制车辆行驶的动力；刹车检测单元33与刹车73连接，用于检测刹车73的状态，主控芯片11根据检测的刹车信号来启动能量回收或取消功率输出。
43.转子位置传感器34用于实时检测异步电机60转子位置，反馈给主控芯片11，通过主控芯片11计算出异步电机60转子位置角度以及转速，实现转速闭环和监控功能。
44.相电流传感器35和直流母线电流传感器36选用melexis公司的mlx91205磁极霍尔传感器。相电流传感器35连接在功率模块50和异步电机60之间，用于实时检测功率模块50的输出电流，反馈给主控芯片11，实现电流闭环和监控功能。直流母线电流传感器36和直流母线电压传感器37用于实时检测直流母线电流和电压，反馈给主控芯片11，从而实时监控直流母线电流和电压的变化情况。
45.温度传感器一38用于检测功率模块50的温度，温度传感器二39用于检测异步电机60的温度，并将检测的温度值反馈给主控芯片11。
46.本实施例中，开关电源40的工作范围为35v
‑
95v。开关电源40一端与主控芯片11和pwm驱动电路13连接，通过开关电源40为主控芯片11和pwm驱动电路13供电；开关电源40另一端连接钥匙开关41，钥匙开关41与一蓄电池组连接，蓄电池组接入异步电机控制器后，首先通过钥匙开关41控制开关电源40的开启与关断，钥匙开关41打开后，蓄电池组提供的电源通过开关电源40产生几路小电压电源为主控芯片11及pwm驱动电路13供电。
47.本实用新型的异步电机控制器采用48v电池作为功率模块50的母线电压输入，一主继电器310串接在正直流母线上，主继电器310通过主控芯片11控制其通断，直流母线电流传感器36和直流母线电压传感器37检测到直流母线电流或电压发现异常后，反馈给主控芯片11，可以快速切断电源。
48.本实用新型使用时，先通过钥匙开关41将开关电源40开启，主控芯片11通过检测模块反馈的信号判断直流母线电压、异步电机60温度、功率模块40温度、档位器71、电子油门72、刹车73等是否正常，如一切正常，主控芯片11控制主继电器310吸合，直流母线电压为功率模块40供电，主控芯片11通过矢量控制算法产生pwm控制信号，从而通过pwm控制信号驱动功率模块50实现对异步电机60的电流和转矩控制。如出现过压或欠压，温度过高，开机有档位信号，加速信号，刹车等现象，主继电器310不吸合，直至检测模块检测正常。
49.本实用新型提供了一种用于电动汽车的异步电机控制器，以ti公司的tms320f28035作为主控芯片11，并采用管理芯片12与主控芯片11相互配合进行信号处理，不仅增加了外部接口的数量，而且提高了信号处理的效率，并结合检测模块的各检测单元及各传感器对直流母线电压、异步电机60、功率模块40、档位器71、电子油门72、刹车73等是否存在异常情况进行检测，在提高电动汽车安全性的同时，实现异步电机在运行过程中能输出尽可能大的转矩和达到比较高的效率。
50.以上本实用新型的具体实施方式中凡未涉及到的说明属于本领域的公知技术，可参考公知技术加以实施。
51.以上依据本实用新型的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项实用新型技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项实用新型的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。