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节能型沟通驱动体系在电动车中的使用(图)

在电动车中,蓄电池和电驱动系统是两个关键,它们的技术水平很大程度上决定着电动车的主要性能。节能型电动车交流驱动系统的基本构成如图1所示,它包括蓄电池V5、ZCZVS升压DC-DC变换器、三相桥式逆变电

  在电动车中,蓄电池和电驱动体系是两个要害,它们的技术水平很大程度上决议着电动车的首要功用。不同于一般工业和家用电驱动体系,在电动车上,不论是选用何种方法供应电能,能量都是有限的,因而为满意电动车的特殊性,新式的电驱动体系中的电机和功率改换设备应满意以下一些根本要求:①高功率;②体积小重量轻;③高起动转矩倍数;④杰出的调速功用和可操控性;⑤牢靠性必定要高,运用寿命有必要尽可能长,少维护乃至是不维护;⑥下降噪声和减小振动,改进舒适性。

  现在,我国电动车电驱动体系仍以直流电机驱动为主,遍及选用从蓄电池到功率改换器再到驱动电机的单向能量传递方法,它存在着许多缺乏。详细而言,直流电机尽管具有结构简略、可操控性好、调速规模宽、起动转矩倍数较大、操控电路相对简略、本钱较低一级长处,但它的缺点相同不行忽视。有刷直流电机因为存在着机械换向部件电刷或换向器,很简单导致火花,噪声和轰动严峻,电磁搅扰问题杰出,并且电刷或换向器的维护比较困难,运用寿命较短,此外,电机的体积非常巨大,形成有限空间的糟蹋;无刷直流电机尽管克服了有刷电机的一些缺点,但它的转子方位检测困难,整机价格颇高,性价比相对较低。再从体系功率视点来看,因为绝大多数体系选用单向功率传递,使得车辆在刹车减速或下坡滑行时白白地糟蹋了很多能量。此外,电刷、换向器等的机械轰动、冲突,也形成了体系功率的下降。因而,本文针对以上问题,结合电驱动体系的根本要求,提出一种新式的ZCZVS升压DC-DC双向改换器与变频器相结合来驱动鼠笼型异步电动机的节能型电动车沟通驱动体系。

  体系规划要求和总体规划

  该体系首要作为电动摩托车等轻型电动车辆的驱动设备,其根本技术参数如下:输入电压为直流36V;直流改换器输出电压Vo为直流150V;驱动电机容量不大于300W;完结减速、刹车能量可回馈功用;完结加减速可调、软发动功用;具有过流、过压、欠压维护功用等。

  节能型电动车沟通驱动体系的根本构成如图1所示,它包含蓄电池V5、ZCZVS升压DC-DC改换器三相桥式逆变电路、沟通异步电机和相应的操控、检测单元。高频电感L和电子开关Su构成升压DC-DC改换器,为由S1~S6构成的变频调速器的逆变器供给输入电压,电容Csu为缓冲电容,反并联二极管Dsu能够在能量回馈形式下进行续流;Sd为能量回馈操控开关,用于操控能量的流向和巨细,电容Csd为缓冲电容,反并联二极管Dsd能够在电动运转形式下进行续流。当车辆处于刹车减速或下坡滑行时,沟通电机端反电势将大于逆变器额外输入电压而处于发电状况,那么检测单元动作,它封闭了升压电路的电子开关Su,一同翻开能量回馈开关Sd,体系的能量被反应到电源侧。三相桥式逆变电路作业于VVVF形式下,当车辆依据需求要进行加、减速调理时,只需在给定的速度调理指令下,改动变频调速电路操控,即可完结速度的调理。别的,以鼠笼型异步电机作驱动电机,从结构上克服了直流电机存在的缺乏,减少了维护作业,提高了整机体系容量和转速,大大改进了牢靠性和功率。

  

  图1 节能型电动车沟通驱动体系

  首要单元电路规划

  1 开关管Su操控电路

  依据要求,操控芯片需具有软发动、过流、欠压维护等功用,本体系选用Motorola公司的UC3842A,它是一种能够完结反应电压比较、差错扩大、过流维护、欠压维护等功用的电流盯梢型PWM操控%&&&&&%。

  开关管Su操控电路如图2所示。它的作业特性是:①最高电源电压Vcc=30V,内部有一个36V的稳压管能够有用避免高压窜入形成损坏;②欠压确定功用,发动电压阈值为16V,封闭电压为10V,6V的发动、封闭差值可有用地避免电路在阈值电压邻近作业时发生振动;③自带一个安稳的5V参阅电压,由引脚8输出供外部运用,输出电流为20mA;④输出高电平为13.5V(Vcc=15V,输出电流200mA时),低电平为1.5V(输入电流为200mA时);⑤高、低电平的上升、下降时间为100ns,电流采样信号(从引脚3输入)大于1V时,脉宽调制锁存器翻转,输出引脚6从高电平当即降至低电平,因而,改动电流采样电阻的巨细,就能够改动过流维护动作的阈值。⑥电流盯梢特性:图2中流过开关管Su的电流增大时,采样电阻R21上的采样电压就增大,进入UC3842A引脚3的信号相应变大,此刻经过3842A内部的调理电路调理,引脚6输出脉冲的占空比相应变小,使得DC-DC改换器输出电压下降,流经Su上的电流相应也变小,起到电流维护效果。

  

  图2 开关管Su操控电路

  2 开关管Sd操控电路

  在能量回馈时,开关管Sd处于作业状况,为了确保体系能量充沛回馈,一同避免开关管Sd长期接受大的回馈电流,选用555构成的频率为20kHz的“多谐振动器+高频脉冲变压器”来驱动Sd。

  图3为“多谐振动器+高频脉冲变压器”组成的驱动电路,其间由555构成的多谐振动器的作业频率为f=1.43/(R18+2R22)/C19。在该电路中,检测与互锁电路操控着555集成块的引脚4。当引脚4为高电平时,即检测电路检测到体系应该进入能量回馈状况,多谐振动器开端向Sd输出开关脉冲;当引脚4为低电平时,体系处于电动运转状况下,多谐振动器不向Sd输出开关脉冲。

  

  图3 开关管Sd操控电路

  3 检测与互锁电路

  在该体系中,检测与互锁电路具有反常重要的效果。首要,它经过检测DC-DC改换器输出端的电压巨细,来断定是否需求将电路作业形式从电动运转状况转入能量回馈状况或许从能量回馈状况转入电动运转状况;其次,它需求依据检测及判别的成果,相应地操控电动运转开关管和能量回馈开关管的驱动电路。图4为检测及互锁电路,其作业原理如下:首要依据DC-DC改换器正常作业时输出电压的巨细,设定比较器引脚2的参阅电压,并选用电阻分压器来检测DC-DC改换器输出端的电压。当体系处于下坡减速或刹车制动时,电动机处于发电状况,那么机端反电势就大于DC-DC改换器的输出电压,也便是电阻分压器检测到的比较电压大于给定的参阅电压,使得比较器翻转,引脚1输出为高电平,它迫使三极管Q1导通,将开关管Su的门极信号下拉到低电平;别的,相同因为分压器供给应UC3842A引脚2的电压超出芯片一内部的参阅电压巨细,它当即关断UC3842A向外的脉冲输出。这两者很安全地封闭了开关管Su。一同,比较器引脚1的高电平进入多谐振动器的引脚4,敞开了多谐振动电路,使整个体系进入到能量回馈状况下。

  

  图4 检测及互锁操控电路

  4 主电路智能功率模块IPM

  在本体系中,三相逆变电路具有非常重要的效果,它不仅为鼠笼异步电机供给电源电压,并且还要对电机进行变频调速操控。在以往,逆变电路首要选用6个别离的IGBT单元来建立,需求对每个IGBT单元供给驱动电路、过热维护电路、过流维护电路,它们要和整个主回路的过压、短路维护电路及IGBT单元相匹配,使得变频逆变电路的规划具有适当的难度。可是跟着智能功率模块(IPM)的呈现,这种局势得到了巨大地改动,特别近几年内,IPM正在逐渐替代一般IGBT模块。

  IPM模块是以IGBT芯片为主体,将芯片及其门极驱动、操控和过流、过压、过热、短路、欠压确定等多种维护与毛病检测电路集成于一体的高功用大功率器材,具有结构紧凑、体积较小、功用安稳、作业牢靠、价格适中等长处。因而,结合电动车驱动设备的根本要求,本体系中挑选三菱公司出产的IPM模块PS21255-E作逆变电路。

  在PS21255-E模块中,下桥臂的三个管子的漏极在同一点上,该点经过一个小的电流检测电阻与体系的地相连,可直接用以体系地为参阅点的+15V电源进行驱动操控,可是上桥臂三个管子的漏极不在地址,需求经过外部电路,在下桥臂管子导通时,下桥臂的+15V驱动电源一同给外部电容充电,当下桥臂断开后,%&&&&&%两头坚持+15V的电压降,且其低电势一端正好与上桥臂IGBT管的漏极相连,因而就完结了上桥臂IGBT管门极电压比漏极高的自举功用,很好地完结上桥臂管子的驱动。

  5 体系加减速

  

  图5 加减速操控逻辑流程图

  本体系选用SA866AE/AM芯片的VMON和IMON两个引脚进行加减速操控,操控流程如图5所示。①假如VMON有用(即VMON≥0.5VDD),则加减速指令无效,该条件具有最高优先,它可避免过度减速时再生能量经过功率管而导致过电压。一般VMON<0.5VDD时,能够进行加减速调理。②假如IMON有用,不管UP、DOWN处于什么状况,瞬时频率都会被下降到预先设置的减速频率水平上,若在瞬时频率降到0时,IMON≥VDD,则PWM脉冲输出截止,此刻不能进行任何加减速操作。该条件的优先权比VMON低,它能够避免加快过高导致过流过热损坏开关管。③当上述二者都无效时,运算法则将归纳比较器的输出逻辑、DIR引脚操控和计数器信号,一同得出最终的调速操控。

  6 SA866AE/AM与EEPROM参数设定

  SA866AE/AM的串行三线接口可与256位或1024位的串行EEPROM衔接,如93C06或93C46。一切的参数存储在EEPROM中,复位今后经过串行接口主动下载。本体系拟选用93LC46进行参数存储,与SA866AE/AM的接口如图6所示。

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