CN105846730A - 一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***及其控制方法，该控制***包括：控制器、功率主电路、控制电路和用以显示电动机的实时转速的速度显示电路，功率主电路包括开关主电路和驱动保护电路，开关主电路的输入端与交流电相连，输出端与直流变频电动机相连，控制电路中的位置检测电路实时检测电机的转速，并反馈给控制器，所述的驱动保护电路的输入端与控制器的输出端相连，如果直流变频电动机超负载运行,控制器响应中断程序,立即封锁6路PWM波，这时驱动保护电路立即断开，直流变频电动机停止工作。
Description
技术领域
本发明涉及一种直流变频电动机控制***，特别是指一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，属于汽车动力***电力电子技术领域。
背景技术
随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益突出，节约能源、保护环境已成为世界各国共同面临的重大挑战。传统汽车对单一石油资源的依赖性已引起了石油短缺，其尾气排放正严重地污染着环境，合理利用资源和开发清洁替代燃料实现交通能源可持续发展势在必行。汽车能源将逐渐由石化燃料向可再生、低排放的能源形式过渡，电能、生物燃料和氢能将是汽车能源的最终解决方案。但是在电能、生物燃料和氢能最终替代化石燃料前，汽车能源将呈现多元化局面，油电混合动力车是近期的解决方案。汽车能源多元化、汽车动力电气化和汽车排放洁净化是新能源汽车的主要发展趋势，它包括混合动力汽车、纯电动汽车(BEV，包括太阳能汽车)、燃料电池电动汽车(FCEV)、氢发动机汽车、其他新能源(如高效储能器、二甲醚)汽车等。新能源混合动力汽车的技术核心体现在车载能源***、驱动***和控制***上。直流变频电动机是现代混合动力汽车的核心驱动技术之一，它在新能源汽车的发展中起着越来越重要的作用。在混合动力汽车中，除了混合动力汽车所需的储能***外，电力电子装置是最重要的子***，其电气***的核心部件包括电机(发电机/电动机)、电力电子驱动控制器和直流电压变换器等；在混合动力汽车上，动力来源于电力和汽油能源，动力驱动控制***可以说是整车的心脏，动力驱动控制***的核心部分为直流变频电动机和驱动控制器，其中直流变频电动机所涉及到的研究内容主要是电力电子技术。
目前，对于新能源汽车的改进技术如下对比文件：
专利申请号为200920229959的对比文件中公开了一种电动汽车，20KV的交流异步电动机装在汽车发动机部位，20个蓄电池串联成的电源装在车架底部的架子上，直流电源接逆变分段变频器、交流异步电动机、刹车电磁抱箍，逆变分段变频器接控制电路板和方向盘，逆变分段变频器上有分频按钮。使用本发明时，先按下逆变分段变频器上的分频按钮，接通直流电源，逆变成低频交流电。启动交流异步电动机低速起步，再参照蓄电池的供电峰值，从低到高依次按下分频按钮直到所需的速度。需制动时，脚踩刹车，断开异步电动机的直流电源，车轮外的刹车电磁抱箍通电，进行刹车制动。
专利申请号为201010510849的对比文件中公开了一种多能源混合汽车，该混合汽车的车架由车底盘、车箱、传动***、控制***和燃油发动机构成，在汽车前装饰板后位安装至少一台以上风力发电机，所述的风力发电机由叶轮安装在永磁发电机的轴上组成，在车架剩余空间配备与风力发电机连接的直流变频电动机或交流变频电动机，电动机上连接蓄电池及稳压器、整流器、逆变器、变压器等。本发明利用风力发电机、太阳能发电机给电动机提供能源，电动机通过控制***驱动汽车，应用可再生的清洁能源实现可持续发展和保护环境。
专利申请号为201210072911的对比文件中公开了一种混合能源发动机装置与实施方法，由机壳、加料盖、导管、限量阀、缸套、主力活塞、双凹面活塞、充有NO2与N2O4的弹簧气囊、磁铁活塞、双凹面通孔活塞、装有软磁铁的电磁线圈、连杆、曲轴、轴承、平衡块、齿轮、主动轮、外墙板、前墙板、螺栓、人力摇臂、外界电机、蓄电池、可变电阻、充电器、变频器、继电器、电键、导线组成。在加入机油、制动液、NH3·H2O后，根据功率机型选用人力电力启动后，使NO2与N2O4产生化学平衡移动，令弹簧气囊伸缩，带动磁铁活塞来回运动，并促动制动液，迫使主力活塞压缩与做功。在人力、电力的策动下，利用电能、磁能、动能、势能、热能、化学能，使一种混合能源发动机装置比热机、电机更环保、更节能，效益更高。
专利申请号为201320817847的对比文件中公开了一种车载液压传动混合能源变频自发电***，液压传动***的输入端连接到汽车动力输出装置，输出端连接到中频永磁发电机；中频永磁发电机的第一输出端连接到直流充电模块的第一输入端，第二输出端连接到逆变器的第一输入端；太阳能电池板的输出端连接到直流充电模块的第二输入端；直流充电模块的输出端连接到蓄电池组和直流母线，直流母线连接到逆变器的第二输入端；监控模块分别连接到中频永磁发电机、直流充电模块、逆变器、蓄电池组和直流母线。本发明可有效实现驻车和行车自发电，并显著提高输出电能质量；采用太阳能电池组成混合发电***，可有效降低发动机的燃油消耗、排放污染和维护费用，满足绿色环保的要求。
随着信息技术和控制理论的发展，在运动控制领域中，一个新的发展方向就是先进控制理论，尤其是智能控制理论的应用。目前，专家***、模糊逻辑控制和神经网络控制是三个最主要的理论和方法。其中，模糊控制是把一些具有模糊性的成熟经验和规则有机地融入到传动控制策略当中，现已成功地应用到许多方面。随着直流变频电动机应用范围的扩大，智能控制技术将受到更广泛的重视。
本发明的研究人员经过不断的实验研究，终于研发出本发明，一种混合动力汽车专用的直流变频电动机，汽油发动机上配备的发电机还可以给汽车专用的磷酸铁锂蓄电池充电，把汽车运行中多余的能量储存起来、同时大功率太阳能板也实时在发电、供汽车蓄电池充电、也就是说本发明大功率太阳能智能混合动力汽车是一台智能绿色能源循环的汽车。
发明内容
为解决上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种结构实用、设计合理、便于操作的混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，同时，针对该控制***，设计了一套相应的控制方法。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，该控制***包括：控制器(1)、功率主电路(2)、控制电路(3)和用以显示电动机的实时转速的速度显示电路(4)，所述的控制器(1)的主控芯片为单片机；所述的功率主电路(2)包括开关主电路(21)和驱动保护电路(22)；所述的开关主电路(21)依次包括整流电路(211)、滤波电路(212)、缓冲电路(213)、限流启动电路(214)和逆变电路(215)，所述的驱动保护电路(22)包括功率驱动电路(221)和保护电路(222)；控制电路(3)主要包括位置检测电路(31)、转速给定电路(32)、起停控制电路(33)和键盘接口电路(34)；
所述的开关主电路(21)的输入端与交流电相连，输出端与直流变频电动机(5)相连，控制电路(3)中的位置检测电路(31)实时检测电机的转速，并反馈给控制器(1)，所述的驱动保护电路(22)的输入端与控制器(1)的输出端相连，如果直流变频电动机(5)超负载运行,控制器(1)响应中断程序,立即封锁6路PWM波，这时驱动保护电路(22)立即断开，直流变频电动机停止工作。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的单片机型号80C196MC。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的整流电路(211)整流桥为三相半桥结构，将三相380V交流电整成约537V的直流电。滤波电路(212)通过两个大电容C1和C2实现直流电源的低通滤波功能,并与绕组感性负载交换无功功率。R1与R2起均压作用并保护电容C1和C2。缓冲电路(213)由RS、CS、DS构成RDC缓冲电路,C2可有效减少开关管承受的尖峰电压。限流启动电路(214)用于保护整流桥在***上电瞬间不受大电流冲击。逆变电路(215)由功率开关管等组成,是开关电路的核心部分,且采用单极性PWM控制技术。功率开关管均采用IGBT,在每个功率开关管上都串有反并接的快速二极管,起保护功率开关管和功率开关管在关断过程续流的作用。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的功率驱动电路(221)中的驱动芯片型号采用美国国际整流器公司生产的驱动芯IR2135。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的保护电路(222)包括泵升回路、过流保护、欠压保护、过压保护电路，泵升回路和过压、欠压保护电路共用一个采样点。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的位置检测电路(31)电机端电压信号UR首先经过由电阻(R0)、电阻(R1)构成的分压器，再通过由电容(C1)构成的低通滤波器以消除高频噪声的干扰，接着经过隔直电容(C2)，主要是以消除三相电压不对称所引起的过零点漂移，然后再通过电压滞回过零比较器(LM339)，比较器的翻转点对应着直流变频电动机(5)的换相时刻，最后经过信号调理，送到控制器(1)的相应端口。
一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，所述的电压滞回过零比较器(LM339)输出的信号为±15V的方波信号，而控制器(1)的高速口CAPx的输入电压范围为0-3.3V，因此，通过光电耦合(PC817)整形后将信号送入高速口CAPx进行检测，其中稳压二极管(D1)起到保护控制器(1)的I/O的作用。
一种用于混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***的控制方法，所述的控制方法包括：初始化模块(6)、主程序模块(7)、功能服务子程序(8)、中断服务子程序(9)；
初始化模块(6)主要完成***时钟、I/O端口、***中断、***事件管理器的各个控制寄存器及中断的设置，以及软件中各变量初始化和辅助寄存器的设置等功能；
主程序模块(7)是软件***的总控制器，除了完成电机开环启动外，还要负责各模块间资源的任务调度；程序具体步骤：首先设定开始(71)，然后，控制器(1)的主芯片中的变量初始化(72)，接着执行转子预定位(73)，外同步运行(74)，接下来，换相并投入反电势检测及移相控制(75)，继续进行无传感器闭环控制(76)，最后程序结束(77)；
功能服务子程序(8)主要完成定子绕组的换相以及电机实时转速的提取、计算；
中断服务子程序(9)分为定时器中断服务子程序(91)和ADC转换完成中断服务子程序(92)，定时器中断服务子程序(91)的主要作用是启动ADC转换以完成对电机给定速度以及主回路反馈电流的测量，ADC转换完成中断子程序(92)主要完成速度调节、电流调节以及实时转速显示；
一种用于混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***的控制方法，在所述的主程序模块(7)中，为了兼顾调速***的静态性能和动态性能，采用电流、速度双闭环调速控制，两个调节器均采用比例积分(PI)控制，由于PI调节器是依靠软件实现的，因此要求两个调节器的输出都是带限幅的；首先给定一个速度给闭环节点，通过位置检测测到直流变频电动机(BLDCM)，再通过计算后将速度反馈给第一闭环节点，两个速度一起发送给自动速度调节器(ASR)，然后，自动速度调节器(ASR)将速度输送给第二闭环节点，电流检测将测到的直流变频电动机(BLDCM)的电流反馈给第二闭环节点，通过比较后，将信号发送给自动电流调节器(ACR)，再通过控制器(PMW)的控制后，经过逆变电路将信号发送给直流变频电动机(BLDCM)；其中，速度环的实时转速反馈由对位置检测电路的输出矩形波运用M/T测速法算出，电流反馈值通过软件程序在PWM有效期内对母线电流进行定时采样获得；
对于采用反电动势换相的无刷直流电机来说，电机静止时电动势为零，没有换相信号，电机不能启动，因此反电势法无传感器无刷直流电动机控制的另一个关键环节就是电动机起动程序的设计；
第一步为强迫预定位，即在起动开始时给电机一个确定的通电状态，电机定子合成磁势在空间上有一个确定方向，把转子磁极拖到与定子合成磁势轴线重合的位置，实现预定位；
第二步为起动，改变电动机的通电状态，使定子合成磁势在空间按一定角度步进移动一位置，在电磁转矩的作用下拖动转子磁极向定子磁势轴线方向移动；随着转速升高电动势也随之增加，当电动势上升到可检测值时投入反电势过零信号检测及移相时间控制程序，使电机切换到无刷电机运行方式，从而完成电机的起动；保证能够有效地检测到反电势信号，是电机起动过程中的一个难点；为了解决这个问题,本控制***中,在转子初始定位完成后,采取升频升压的起动方式,即按照电机预定转向的换相顺序,程序控制PWM波占空比逐渐增大给相应绕组馈电以提高电压,同时为了保持换相与转子的同步,使电机的换相频率随着转速的提高而增大,这样就可以进行有效的换相控制。
一种用于混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***的控制方法，在所述的功能服务子程序(8)中，可以根据转子位置信号变化的时间间隔来计算电机转速,转速计算公式为
n＝△θ/P△t (1)
(1)式中:p为电机极对数；△t为电机转子位置变化；△θ为电角度所用的时间，由于反电势检测电路的输出信号是三相互差120°，占空比为50％的脉冲信号，这样，它们在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻，只要将80C196MC的捕获单元跳变触发方式设置成双沿触发，就可以获得这6个换相时刻，转子每转过一周，电机就有6次换相，这样只要测得两次换相的时间间隔，根据上式就可以求出电机的转速为
N＝60°/P△t (2)
(2)式中，P△t为电机两次换相的时间间隔，可以通过读取定时器T1的数值求得。
使用本发明的有益效果在于：
直流变频电动机的控制***设计采用单片机作为主控芯片，用编程的方法来模拟无刷电机的控制逻辑，其特点是使用灵活，通过修改程序可适应不同规格的无刷电机，增加***功能方便。
控制器是混合动力汽车的驱动***，它是混合动力汽车的大脑。其主要作用是在保证汽车正常工作的前提下，提高电机和蓄电池的效率、节省能源、保护电机及蓄电池，以及降低电动车在受到破坏时的损伤程度。
直流变频电动机兼有直流电动机调整和起动性能好以及异步电动机结构简单无需维护的优点，因而在高可靠性的电机调速领域中获得了广泛应用。在电机转速控制方面，以微处理器为控制核心构成硬件***。这种方案可以编程控制，应用范围广，且灵活方便。电机控制器是直流变频电动机正常运行并实现各种调速伺服功能的指挥中心，它主要完成以下功能：对各种输入信号进行逻辑综合，为驱动电路提供各种控制信号，产生PWM脉宽调制信号，实现电机的调速，实现短路、过流、欠压等故障保护功能。
附图说明
图1为本发明控制***的结构原理图；
图2为本发明位置检测电路的电路图；
图3为本发明控制***采用的控制方法原理图；
图3a为本发明主程序的流程图；
图3b为本发明中断程序的流程图；
图4为本发明双闭环调速***原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构和工作过程进行详细描述。
如图1所示，一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，该控制***包括：控制器(1)、功率主电路(2)、控制电路(3)和用以显示电动机的实时转速的速度显示电路(4)，所述的控制器(1)的主控芯片为单片机；所述的功率主电路(2)包括开关主电路(21)和驱动保护电路(22)；所述的开关主电路(21)依次包括整流电路(211)、滤波电路(212)、缓冲电路(213)、限流启动电路(214)和逆变电路(215)，所述的驱动保护电路(22)包括功率驱动电路(221)和保护电路(222)；控制电路(3)主要包括位置检测电路(31)、转速给定电路(32)、起停控制电路(33)和键盘接口电路(34)；
所述的开关主电路(21)的输入端与交流电相连，输出端与直流变频电动机(5)相连，控制电路(3)中的位置检测电路(31)实时检测电机的转速，并反馈给控制器(1)，所述的驱动保护电路(22)的输入端与控制器(1)的输出端相连，如果直流变频电动机(5)超负载运行,控制器(1)响应中断程序,立即封锁6路PWM波，这时驱动保护电路(22)立即断开，直流变频电动机停止工作。所述的单片机型号80C196MC。
所述的整流电路(211)整流桥为三相半桥结构，将三相380V交流电整成约537V的直流电。滤波电路(212)通过两个大电容C1和C2实现直流电源的低通滤波功能,并与绕组感性负载交换无功功率。R1与R2起均压作用并保护电容C1和C2。缓冲电路(213)由RS、CS、DS构成RDC缓冲电路,C2可有效减少开关管承受的尖峰电压。限流启动电路(214)用于保护整流桥在***上电瞬间不受大电流冲击。逆变电路(215)由功率开关管等组成,是开关电路的核心部分,且采用单极性PWM控制技术。功率开关管均采用IGBT,在每个功率开关管上都串有反并接的快速二极管,起保护功率开关管和功率开关管在关断过程续流的作用。
所述的功率驱动电路(221)中的驱动芯片型号采用美国国际整流器公司生产的驱动芯IR2135。所述的保护电路(222)包括泵升回路、过流保护、欠压保护、过压保护电路，泵升回路和过压、欠压保护电路共用一个采样点。
如图2所示，所述的位置检测电路(31)电机端电压信号UR首先经过由电阻(R0)、电阻(R1)构成的分压器，再通过由电容(C1)构成的低通滤波器以消除高频噪声的干扰，接着经过隔直电容(C2)，主要是以消除三相电压不对称所引起的过零点漂移，然后再通过电压滞回过零比较器(LM339)，比较器的翻转点对应着直流变频电动机(5)的换相时刻，最后经过信号调理，送到控制器(1)的相应端口。
如图2所示，所述的电压滞回过零比较器(LM339)输出的信号为±15V的方波信号，而控制器(1)的高速口CAPx的输入电压范围为0-3.3V，因此，通过光电耦合(PC817)整形后将信号送入高速口CAPx进行检测，其中稳压二极管(D1)起到保护控制器(1)的I/O的作用。
如图3所示，用于混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***的控制方法，所述的控制方法包括：初始化模块(6)、主程序模块(7)、功能服务子程序(8)、中断服务子程序(9)；
初始化模块(6)主要完成***时钟、I/O端口、***中断、***事件管理器的各个控制寄存器及中断的设置，以及软件中各变量初始化和辅助寄存器的设置等功能；
如图3a所示，主程序模块(7)是软件***的总控制器，除了完成电机开环启动外，还要负责各模块间资源的任务调度；程序具体步骤：首先设定开始(71)，然后，控制器(1)的主芯片中的变量初始化(72)，接着执行转子预定位(73)，外同步运行(74)，接下来，换相并投入反电势检测及移相控制(75)，继续进行无传感器闭环控制(76)，最后程序结束(77)；
功能服务子程序(8)主要完成定子绕组的换相以及电机实时转速的提取、计算；
中断服务子程序(9)分为定时器中断服务子程序(91)和ADC转换完成中断服务子程序(92)，定时器中断服务子程序(91)的主要作用是启动ADC转换以完成对电机给定速度以及主回路反馈电流的测量，ADC转换完成中断子程序(92)主要完成速度调节、电流调节以及实时转速显示；
如图4所示，在所述的主程序模块(7)中，为了兼顾调速***的静态性能和动态性能，采用电流、速度双闭环调速控制，两个调节器均采用比例积分(PI)控制，由于PI调节器是依靠软件实现的，因此要求两个调节器的输出都是带限幅的；首先给定一个速度给闭环节点，通过位置检测测到直流变频电动机(BLDCM)，再通过计算后将速度反馈给第一闭环节点，两个速度一起发送给自动速度调节器(ASR)，然后，自动速度调节器(ASR)将速度输送给第二闭环节点，电流检测将测到的直流变频电动机(BLDCM)的电流反馈给第二闭环节点，通过比较后，将信号发送给自动电流调节器(ACR)，再通过控制器(PMW)的控制后，经过逆变电路将信号发送给直流变频电动机(BLDCM)；其中，速度环的实时转速反馈由对位置检测电路的输出矩形波运用M/T测速法算出，电流反馈值通过软件程序在PWM有效期内对母线电流进行定时采样获得；
对于采用反电动势换相的无刷直流电机来说，电机静止时电动势为零，没有换相信号，电机不能启动，因此反电势法无传感器无刷直流电动机控制的另一个关键环节就是电动机起动程序的设计；
第一步为强迫预定位，即在起动开始时给电机一个确定的通电状态，电机定子合成磁势在空间上有一个确定方向，把转子磁极拖到与定子合成磁势轴线重合的位置，实现预定位；
第二步为起动，改变电动机的通电状态，使定子合成磁势在空间按一定角度步进移动一位置，在电磁转矩的作用下拖动转子磁极向定子磁势轴线方向移动；随着转速升高电动势也随之增加，当电动势上升到可检测值时投入反电势过零信号检测及移相时间控制程序，使电机切换到无刷电机运行方式，从而完成电机的起动；保证能够有效地检测到反电势信号，是电机起动过程中的一个难点；为了解决这个问题,本控制***中,在转子初始定位完成后,采取升频升压的起动方式,即按照电机预定转向的换相顺序,程序控制PWM波占空比逐渐增大给相应绕组馈电以提高电压,同时为了保持换相与转子的同步,使电机的换相频率随着转速的提高而增大,这样就可以进行有效的换相控制。
在所述的功能服务子程序(8)中，可以根据转子位置信号变化的时间间隔来计算电机转速,转速计算公式为
n＝△θ/P△t (1)
(1)式中:p为电机极对数；△t为电机转子位置变化；△θ为电角度所用的时间，由于反电势检测电路的输出信号是三相互差120°，占空比为50％的脉冲信号，这样，它们在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻，只要将80C196MC的捕获单元跳变触发方式设置成双沿触发，就可以获得这6个换相时刻，转子每转过一周，电机就有6次换相，这样只要测得两次换相的时间间隔，根据上式就可以求出电机的转速为
N＝60°/P△t (2)
(2)式中，P△t为电机两次换相的时间间隔，可以通过读取定时器T1的数值求得。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可做出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，该控制***包括：控制器(1)、功率主电路(2)、控制电路(3)和用以显示电动机的实时转速的速度显示电路(4)，所述的控制器(1)的主控芯片为单片机；所述的功率主电路(2)包括开关主电路(21)和驱动保护电路(22)；所述的开关主电路(21)依次包括整流电路(211)、滤波电路(212)、缓冲电路(213)、限流启动电路(214)和逆变电路(215)，所述的驱动保护电路(22)包括功率驱动电路(221)和保护电路(222)；控制电路(3)主要包括位置检测电路(31)、转速给定电路(32)、起停控制电路(33)和键盘接口电路(34)；
所述的开关主电路(21)的输入端与交流电相连，输出端与直流变频电动机(5)相连，控制电路(3)中的位置检测电路(31)实时检测电机的转速，并反馈给控制器(1)，所述的驱动保护电路(22)的输入端与控制器(1)的输出端相连，如果直流变频电动机(5)超负载运行,控制器(1)响应中断程序,立即封锁6路PWM波，这时驱动保护电路(22)立即断开，直流变频电动机停止工作。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的单片机型号80C196MC。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的整流电路(211)整流桥为三相半桥结构，将三相380V交流电整成约537V的直流电。滤波电路(212)通过两个大电容C1和C2实现直流电源的低通滤波功能,并与绕组感性负载交换无功功率。R1与R2起均压作用并保护电容C1和C2。缓冲电路(213)由RS、CS、DS构成RDC缓冲电路,C2可有效减少开关管承受的尖峰电压。限流启动电路(214)用于保护整流桥在***上电瞬间不受大电流冲击。逆变电路(215)由功率开关管等组成,是开关电路的核心部分,且采用单极性PWM控制技术。功率开关管均采用IGBT,在每个功率开关管上都串有反并接的快速二极管,起保护功率开关管和功率开关管在关断过程续流的作用。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的功率驱动电路(221)中的驱动芯片型号采用美国国际整流器公司生产的驱动芯IR2135。
5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的保护电路(222)包括泵升回路、过流保护、欠压保护、过压保护电路，泵升回路和过压、欠压保护电路共用一个采样点。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的位置检测电路(31)电机端电压信号UR首先经过由电阻(R0)、电阻(R1)构成的分压器，再通过由电容(C1)构成的低通滤波器以消除高频噪声的干扰，接着经过隔直电容(C2)，主要是以消除三相电压不对称所引起的过零点漂移，然后再通过电压滞回过零比较器(LM339)，比较器的翻转点对应着直流变频电动机(5)的换相时刻，最后经过信号调理，送到控制器(1)的相应端口。
7.根据权利要求6所述的一种混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***，其特征在于，所述的电压滞回过零比较器(LM339)输出的信号为±15V的方波信号，而控制器(1)的高速口CAPx的输入电压范围为0-3.3V，因此，通过光电耦合(PC817)整形后将信号送入高速口CAPx进行检测，其中稳压二极管(D1)起到保护控制器(1)的I/O的作用。
8.一种用于权利要求1所述的混合动力汽车专用的直流变频电动机控制***的控制方法，其特征在于，所述的控制方法包括：初始化模块(6)、主程序模块(7)、功能服务子程序(8)、中断服务子程序(9)；
初始化模块(6)主要完成***时钟、I/O端口、***中断、***事件管理器的各个控制寄存器及中断的设置，以及软件中各变量初始化和辅助寄存器的设置等功能；
主程序模块(7)是软件***的总控制器，除了完成电机开环启动外，还要负责各模块间资源的任务调度；程序具体步骤：首先设定开始(71)，然后，控制器(1)的主芯片中的变量初始化(72)，接着执行转子预定位(73)，外同步运行(74)，接下来，换相并投入反电势检测及移相控制(75)，继续进行无传感器闭环控制(76)，最后程序结束(77)；
功能服务子程序(8)主要完成定子绕组的换相以及电机实时转速的提取、计算；
中断服务子程序(9)分为定时器中断服务子程序(91)和ADC转换完成中断服务子程序(92)，定时器中断服务子程序(91)的主要作用是启动ADC转换以完成对电机给定速度以及主回路反馈电流的测量，ADC转换完成中断子程序(92)主要完成速度调节、电流调节以及实时转速显示。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述的主程序模块(7)中，为了兼顾调速***的静态性能和动态性能，采用电流、速度双闭环调速控制，两个调节器均采用比例积分(PI)控制，由于PI调节器是依靠软件实现的，因此要求两个调节器的输出都是带限幅的；首先给定一个速度给闭环节点，通过位置检测测到直流变频电动机(BLDCM)，再通过计算后将速度反馈给第一闭环节点，两个速度一起发送给自动速度调节器(ASR)，然后，自动速度调节器(ASR)将速度输送给第二闭环节点，电流检测将测到的直流变频电动机(BLDCM)的电流反馈给第二闭环节点，通过比较后，将信号发送给自动电流调节器(ACR)，再通过控制器(PMW)的控制后，经过逆变电路将信号发送给直流变频电动机(BLDCM)；其中，速度环的实时转速反馈由对位置检测电路的输出矩形波运用M/T测速法算出，电流反馈值通过软件程序在PWM有效期内对母线电流进行定时采样获得；
对于采用反电动势换相的无刷直流电机来说，电机静止时电动势为零，没有换相信号，电机不能启动，因此反电势法无传感器无刷直流电动机控制的另一个关键环节就是电动机起动程序的设计；
第一步为强迫预定位，即在起动开始时给电机一个确定的通电状态，电机定子合成磁势在空间上有一个确定方向，把转子磁极拖到与定子合成磁势轴线重合的位置，实现预定位；
第二步为起动，改变电动机的通电状态，使定子合成磁势在空间按一定角度步进移动一位置，在电磁转矩的作用下拖动转子磁极向定子磁势轴线方向移动；随着转速升高电动势也随之增加，当电动势上升到可检测值时投入反电势过零信号检测及移相时间控制程序，使电机切换到无刷电机运行方式，从而完成电机的起动；保证能够有效地检测到反电势信号，是电机起动过程中的一个难点；为了解决这个问题,本控制***中,在转子初始定位完成后,采取升频升压的起动方式,即按照电机预定转向的换相顺序,程序控制PWM波占空比逐渐增大给相应绕组馈电以提高电压,同时为了保持换相与转子的同步,使电机的换相频率随着转速的提高而增大,这样就可以进行有效的换相控制。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述的功能服务子程序(8)中，可以根据转子位置信号变化的时间间隔来计算电机转速,转速计算公式为
n＝△θ/P△t (1)
(1)式中:p为电机极对数；△t为电机转子位置变化；△θ为电角度所用的时间，由于反电势检测电路的输出信号是三相互差120°，占空比为50％的脉冲信号，这样，它们在每个机械转中共有6个上升或下降沿，正好对应着6个换相时刻，只要将80C196MC的捕获单元跳变触发方式设置成双沿触发，就可以获得这6个换相时刻，转子每转过一周，电机就有6次换相，这样只要测得两次换相的时间间隔，根据上式就可以求出电机的转速为
N＝60°/P△t (2)
(2)式中，P△t为电机两次换相的时间间隔，可以通过读取定时器T1的数值求得。
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