一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，適用于10000-120000RPM的高速電機，主要由DSP控制處理器、橋式矩陣電路、推挽輸出驅(qū)動電路、IGBT擴流高負荷承載電路、高速無傳感器檢測電路、保護電路、CAN總線通訊電路、高低壓隔離電路等組成。通過DSP處理器輸出PMSM控制波型經(jīng)橋式矩陣電路和推挽輸出驅(qū)動電路功率放大后驅(qū)動IGBT擴流模塊對高速電機進行控制。具有欠壓、過壓、過流、溫度保護、故障記憶保護、CAN在線系統(tǒng)升級程序刷新、滿足ISO15765的故障診斷功能。此控制系統(tǒng)適應于各種永磁同步電機，滿足國內(nèi)外新能源汽車控制要求，具有體積少、可控轉(zhuǎn)速高、效率高特點。
【專利說明】一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及永磁同步電機控制【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高速電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)汽車及工業(yè)中，對永磁同步電機的控制普遍存在低轉(zhuǎn)速、低功率、轉(zhuǎn)速響應慢、轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定的、帶載能力差的缺陷。而隨著科技進步及客戶要求的不斷提高，現(xiàn)有的技術(shù)并不能滿足客戶的使用要求及國家標準。如，在控制上轉(zhuǎn)速精度要求< 1%，響應速度少于Is等。
[0003]另外，由于控制系統(tǒng)外設(shè)端口的增加，其所需滿足的標準也與國外技術(shù)前沿要求同等。如，在控制系統(tǒng)上需同時具有USB、CAN/LIN、UART、I2C等功能。因此，對功能強大的高速電機進行合理控制變得迫切需要。響應快、大功率、高轉(zhuǎn)速成為客戶及提升產(chǎn)品竟爭力的追求。而國內(nèi)對高速電機，特別在控制轉(zhuǎn)速(10000rpm-120000rpm)上是一片空白，電子半導體產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，控制技術(shù)不成熟，軟件上對于在線升級及滿足IS015765架構(gòu)的程序一直依靠國外核心技術(shù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高速電機、響應速度快、控制精度高的無傳感控制系統(tǒng)。
[0005]為達到以上目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006]一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，適用于10000RPM-120000RPM的高速電機，其特征在于，包括:處理器，與處理器連接的驅(qū)動電路，保護電路，無位置傳感器檢測電路，CAN總線通信電路，以及高低壓隔離電路；所述驅(qū)動電路包括:連接在一起的橋式矩陣電路、推挽輸出驅(qū)動電路和IGBT擴流高負荷承載電路。
[0007]作為上述方案的進一步說明，所述無位置傳感器檢測電路用來檢測電機的反電動勢信號，所述處理器根據(jù)檢測到的反電動勢信號建立數(shù)學模型控制電機轉(zhuǎn)動。
[0008]作為上述方案的進一步說明，所述橋式矩陣電路為IR2136芯片，在IR2136上連接外圍元件組成推挽輸出。
[0009]作為上述方案的進一步說明，所述IGBT擴流高負荷承載電路分三路控制，每路控制上都設(shè)有并聯(lián)的兩個IGBT管；IGBT擴流高負荷承載電路與橋式矩陣電路一起由12個IGBT管組成上下橋開關(guān)。該IGBT擴流高負荷承載電路能夠針對不同負載適當調(diào)整硬件的擴流元件IGBT管，并可以實現(xiàn)并管使用，提高產(chǎn)品的適用性。
[0010]作為上述方案的進一步說明，所述無位置傳感器檢測電路包括運算放大器及外部電路阻抗，運算放大器采用差分輸入，輸入與輸出采用1:1的信號處理方式。該無位置傳感器檢測電路是一種高頻抗干擾電路，通過運放與外圍阻抗元件組成了既保持電路完整不失真的信號并能防止的了由于電機高速轉(zhuǎn)形成的干擾信號，為提供控制系統(tǒng)精準的控制位置信息。
[0011]作為上述方案的進一步說明，所述高低壓隔離電路的輸入電源為開關(guān)震蕩電路加到高頻變壓器上產(chǎn)生的多路不同幅值電源，在高低壓隔離電路的高低壓輸入端都設(shè)有共模電感。
[0012]作為上述方案的進一步說明，所述電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)包括上下垂直排布的信號處理板和IGBT擴流板，所述處理器設(shè)置在信號處理板上，所述IGBT擴流高負荷承載電路設(shè)置在IGBT擴流板上；在信號處理板和IGBT擴流板之間設(shè)有高壓開關(guān)信號屏蔽板。采用上、中、下三層結(jié)構(gòu)，使高低壓電路分區(qū)域布置，有利于減少損耗，提高效率。
[0013]作為上述方案的進一步說明，在CAN總線通信電路上連接有上位機，用來接收故障診斷及控制器相關(guān)信息。
[0014]作為上述方案的進一步說明，所述電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)還包括帶水流道的冷卻裝置，所述水流道是由兩路水槽組成，兩路水槽槽寬一致；水流道中有導流散熱片，在導流散熱片的兩端有導流尖角。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種高速電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)具有以下有益效果:
[0016]一、通過在處理器上連接驅(qū)動電路，保護電路，無位置傳感器檢測電路，CAN總線通信電路，以及高低壓隔離電路，為高速電機(10000RPM-120000RPM)提供了一種響應快、轉(zhuǎn)速控制精度高的無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，以及全新的控制方式。
[0017]二、通過在處理器上連接CAN總線通信電路，方便實現(xiàn)基于CAN總線的在線刷新程序及程序架構(gòu)，為實現(xiàn)國內(nèi)的汽車的系統(tǒng)升級打下基礎(chǔ)，所有升級都不需拆開零部件控制逐一刷新程序，只需通過CAN總線就能完成，快捷方便；能滿足IS015765的故障診斷功能的軟件Bootloder程序架構(gòu)。
[0018]三、通過在信號處理板和IGBT擴流板之間設(shè)有高壓開關(guān)信號屏蔽板，在空間結(jié)構(gòu)上提出了一種有利于消除控制器自身干擾及對外干擾的方法，為控制器通過EMC抗干擾提供了一種解決的方式。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1所示為本發(fā)明提供的電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)原理框圖；
[0020]圖2所不為IGBT擴流聞負荷承載電路的電路圖；
[0021]圖3所示為無位置傳感器檢測電路的電路圖；
[0022]圖4所示為處理器程序刷新流程圖。
【具體實施方式】
[0023]為方便本領(lǐng)域普通技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的實質(zhì)，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細闡述。
[0024]如圖1所示，一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，適用于10000RPM-120000RPM的高速電機，包括:處理器1，與處理器I連接的驅(qū)動電路2，無位置傳感器檢測電路3，保護電路4，高低壓隔離電路5，以及CAN總線通信電路6。其中，所述處理器I為DSP處理器，所述驅(qū)動電路2包括:連接在一起的橋式矩陣電路、推挽輸出驅(qū)動電路和IGBT擴流高負荷承載電路。本實施例中，所述橋式矩陣電路為IR2136芯片。
[0025]所述IGBT擴流高負荷承載電路分三路控制，每路控制上都設(shè)有并聯(lián)的兩個IGBT管；IGBT擴流高負荷承載電路與橋式矩陣電路一起由12個IGBT管組成上下橋開關(guān)。如圖
2所示，其為一路IGBT擴流高負荷承載電路的電路圖，包括電阻R113、IGBT管Q102、IGBT管Q108、二極管D106、電阻R107、電阻R504，電容C116，及場效應管V6。具體連接結(jié)構(gòu)為:IGBT管Q102、Q108并聯(lián)，IGBT管的柵極通過電阻R113連接到橋式矩陣電路，IGBT管的發(fā)射極通過反向二極管D106連接到場效應管V6的柵極，在反向二極管D106的兩端并聯(lián)電阻R107，在場效應管V6的柵極和源極之間串聯(lián)電阻R504，場效應管V6的源極通過電容C116連接到IGBT管108的集電極。實際應用中，針對不同負載適當調(diào)整硬件的擴流元件IGBT管，并可以實現(xiàn)并管使用，提高產(chǎn)品的適用性。
[0026]如圖3所示，所述無位置傳感器檢測電路包括運算放大器及外部電路阻抗，運算放大器采用差分輸入，輸入與輸出采用1:1的信號處理方式，具有很好的高頻抗干擾效果，既保持電路完整不失真的信號并能防止電機高速轉(zhuǎn)形成的干擾信號，為控制系統(tǒng)提供精準的控制位置信息。
[0027]所述包括電路4包括欠壓保護電路，過壓保護電路，過流保護電路，溫度保護電路，故障記憶保護電路等。這些保護電路都為公知技術(shù)，這里不再贅述。
[0028]所述高低壓隔離電路5的輸入電源為開關(guān)震蕩電路加到高頻變壓器上產(chǎn)生的多路不同幅值電源，其中包括負壓。在高低壓隔離電路的高低壓輸入端都設(shè)有共模電感，去除電源高頻干擾。
[0029]所述CAN總線通信電路6用來接收故障診斷信息及控制器相關(guān)信息，并能實現(xiàn)處理器程序的在線刷新。具體刷新流程如圖4所示，首先診斷處理器的編程模式，在安全進入后即可請求在線下載程序，在程序下載完成后進行校驗，校驗通過后更新程序版本，ECU復位，結(jié)束。
[0030]進一步地，在實際制造本實施例提供的電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)時，為防止高、低壓間的干擾，整個控制系統(tǒng)分為上中下三層結(jié)構(gòu)，分別由信號處理控制板(上)，高壓開關(guān)信號屏蔽板(中)，IGBT擴流板(下)組成，層與層之間通過隔離支撐柱支撐，在電氣連接上采用長排針相連，具有一定的鋼性連接結(jié)構(gòu)，防止振動失效。為保證整個控制系統(tǒng)的散熱，在控制系統(tǒng)的外殼上設(shè)有水流道，所述水流道是由兩路水槽組成，槽寬是一致的；水流道中有導流散熱片，在導流散熱片的兩端有導流尖角。
[0031]以上【具體實施方式】對本發(fā)明的實質(zhì)進行了詳細說明，但并不能以此來對本發(fā)明的保護范圍進行限制。顯而易見地，在本發(fā)明實質(zhì)的啟示下，本【技術(shù)領(lǐng)域】普通技術(shù)人員還可進行許多改進和修飾，需要注意的是，這些改進和修飾都落在本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，適用于10000RPM-120000RPM的高速電機，其特征在于，包括:處理器，與處理器連接的驅(qū)動電路，保護電路，無位置傳感器檢測電路，CAN總線通信電路，以及高低壓隔離電路；所述驅(qū)動電路包括:連接在一起的橋式矩陣電路、推挽輸出驅(qū)動電路和IGBT擴流高負荷承載電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無位置傳感器檢測電路用來檢測電機的反電動勢信號，所述處理器根據(jù)檢測到的反電動勢信號建立數(shù)學模型控制電機轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述橋式矩陣電路為IR2136芯片，在IR2136上連接外圍元件組成推挽輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述IGBT擴流高負荷承載電路分三路控制，每路控制上都設(shè)有并聯(lián)的兩個IGBT管；IGBT擴流高負荷承載電路與橋式矩陣電路一起由12個IGBT管組成上下橋開關(guān)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無位置傳感器檢測電路包括運算放大器及外部電路阻抗，運算放大器采用差分輸入，輸入與輸出采用1:1的信號處理方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，所述高低壓隔離電路的輸入電源為開關(guān)震蕩電路加到高頻變壓器上產(chǎn)生的多路不同幅值電源，在高低壓隔離電路的高低壓輸入端都設(shè)有共模電感。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，在CAN總線通信電路上連接有上位機，用來接收故障診斷及控制器相關(guān)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，它包括上下垂直排布的信號處理板和IGBT擴流板，所述處理器設(shè)置在信號處理板上，所述IGBT擴流高負荷承載電路設(shè)置在IGBT擴流板上；在信號處理板和IGBT擴流板之間設(shè)有高壓開關(guān)信號屏蔽板。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電機無傳感器驅(qū)動控制系統(tǒng)，其特征在于，它還包括帶水流道的冷卻裝置，所述水流道是由兩路水槽組成，兩路水槽槽寬一致；水流道中有導流散熱片，在導流散熱片的兩端有導流尖角。
【文檔編號】H02P6/08GK104167961SQ201410351690
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月22日
【發(fā)明者】吳全, 陳火炎, 吳勇輝, 周芝河 申請人:廣東廣順新能源動力科技有限公司, 佛山市廣順電器有限公司, 佛山科先精密機電科技有限公司