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基于升压DC-DC双向变换器与变频器实现节能型电动

在电动车中,蓄电池和电驱动系统是两个关键,它们的技巧水平很大年夜程度上抉择着电动车的主要机能。不合于一样平常工业和家用电驱动系统,在电动车上,不论是采纳何种要领提供电能,能量都是有限的,是以为满意电动车的特殊性,新型的电驱动系统中的电机和功率变换装配应满意以下一些基础要求:①高效率;②体积小重量轻;③高起动转矩倍数;④优越的调速机能和可节制性;⑤靠得住性必然要高,应用寿命必须尽可能长,少掩护以致是不掩护;⑥低落噪声和减小振动,改良舒适性。

今朝,我国电动车电驱动系统仍以直流电机驱动为主,普遍采纳从蓄电池到功率变换器再到驱动电机的单向能量通报要领,它存在着很多不够。详细而言,直流电机虽然具有布局简单、可节制性好、调速范围宽、起动转矩倍数较大年夜、节制电路相对简单、资源较低等优点,但它的毛病同样弗成漠视。有刷直流电机因为存在着机器换向部件电刷或换向器,很轻易导致火花,噪声和震荡严重,电磁滋扰问题凸起,而且电刷或换向器的掩护对照艰苦,应用寿命较短,此外,电机的体积十分宏大年夜,造成有限空间的挥霍;无刷直流电机虽然降服了有刷电机的一些缺陷,但它的转子位置检测艰苦,整机价格颇高,性价比相对较低。再从系统效率角度来看,因为绝大年夜多半系统采纳单向功率通报,使得车辆在刹车减速或下坡滑行时白白地挥霍了大年夜量能量。此外,电刷、换向器等的机器震荡、摩擦,也造成了系统效率的低落。是以,本文针对以上问题,结合电驱动系统的基础要求,提出一种新型的ZCZVS升压DC-DC双向变换器与变频器相结合来驱动鼠笼型异步电念头的节能型电动车交流驱动系统。

1、系统设计请乞降总体设计

该系统主要作为电动摩托车等轻型电动车辆的驱动装配,其基础技巧参数如下:输入电压为直流36V;直流变换器输出电压Vo为直流150V;驱动电机容量不大年夜于300W;实现减速、刹车能量可回馈功能;实现加减速可调、软启动功能;具有过流、过压、欠压保护功能等。

节能型电动车交流驱动系统的基础构成如图1所示,它包括蓄电池V5、ZCZVS升压DC-DC变换器、三相桥式逆变电路、交流异步电机和响应的节制、检测单元。高频电感L和电子开关Su构成升压DC-DC变换器,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可以在能量回馈模式下进行续流;Sd为能量回馈节制开关,用于节制能量的流向和大年夜小,电容Csd为缓冲电容,反并联二极管Dsd可以在电动运行模式下进行续流。当车辆处于刹车减速或下坡滑行时,交流电机端反电势将大年夜于逆变器额定输入电压而处于发电状态,那么检测单元动作,它封了升压电路的电子开关Su,同时打开能量回馈开关Sd,系统的能量被反馈到电源侧。三相桥式逆变电路事情于VVVF模式下,当车辆根据需求要进行加、减速调节时,只需在给定的速率调节指令下,改变变频调速电路节制,即可实现速率的调节。别的,以鼠笼型异步电机作驱动电机,从布局上降服了直流电机存在的不够,削减了掩护事情,前进了整机系统容量和转速,大年夜大年夜改良了靠得住性和效率。

图1 节能型电动车交流驱动系统

主要单元电路设计

2、开关管Su节制电路

根据要求,节制芯片需具有软启动、过流、欠压保护等功能,本系统选用Motorola公司的UC3842A,它是一种可以完成反馈电压对照、偏差放大年夜、过流保护、欠压保护等功能的电流跟踪型PWM节制集成电路

开关管Su节制电路如图2所示。它的事情特点是:①最高电源电压Vcc=30V,内部有一个36V的稳压管可以有效防止高压窜入造成毁坏;②欠压锁定功能,启动电压阈值为16V,关闭电压为10V,6V的启动、关闭差值可有效地防止电路在阈值电压相近事情时孕育发生振荡;③自带一个稳定的 5V参考电压,由引脚8输出供外部应用,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、下降光阴为100ns,电流采样旌旗灯号(从引脚3输入)大年夜于1V时,脉宽调制锁存器翻转,输出引脚6从高电平急速降至低电平,是以,改变电流采样电阻的大年夜小,就可以改变过流保护动作的阈值。⑥电流跟踪特点:图2中流过开关管Su的电流增大年夜时,采样电阻R21上的采样电压就增大年夜,进入UC3842A引脚3的旌旗灯号响应变大年夜,此时颠末3842A内部的调节电路调节,引脚6输出脉冲的占空比响应变小,使得DC-DC变换器输出电压低落,流经Su上的电流响应也变小,起到电流保护感化。

图2 开关管Su节制电路

在能量回馈时,开关管Sd处于事情状态,为了包管系统能量充分回馈,同时避免开关管Sd长光阴遭遇大年夜的回馈电流,采纳555构成的频率为20kHz的“多谐振荡器+高频脉冲变压器”来驱动Sd。

图3为“多谐振荡器+高频脉冲变压器”组成的驱动电路,此中由555构成的多谐振荡器的事情频率为f=1.43/(R18+2R22)/C19。在该电路中,检测与互锁电路节制着555集成块的引脚4。当引脚4为高电日常平凡,即检测电路检测到系统应该进入能量回馈状态,多谐振荡器开始向Sd输出开关脉冲;当引脚4为低电日常平凡,系统处于电动运行状态下,多谐振荡器不向Sd输出开关脉冲。

3、检测与互锁电路

在该系统中,检测与互锁电路具有非常紧张的感化。首先,它经由过程检测DC-DC变换器输出真个电压大年夜小,来鉴定是否必要将电路事情模式从电动运行状态转入能量回馈状态或者从能量回馈状态转入电动运行状态;其次,它必要根据检测及判断的结果,响应地节制电动运行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,其事情道理如下:首先根据DC-DC变换器正常事情时输出电压的大年夜小,设定对照器引脚2的参考电压,并采纳电阻分压器来检测DC-DC变换器输出真个电压。当系统处于下坡减速或刹车制动时,电念头处于发电状态,那么机端反电势就大年夜于DC-DC变换器的输出电压,也便是电阻分压器检测到的对照电压大年夜于给定的参考电压,使得对照器翻转,引脚1输出为高电平,它迫使三极管Q1导通,将开关管Su的门极旌旗灯号下拉到低电平;别的,同样因为分压器供给给UC3842A引脚2的电压越过芯片一内部的参考电压大年夜小,它急速关断UC3842A向外的脉冲输出。这两者很安然地封锁了开关管Su。同时,对照器引脚1的高电平进入多谐振荡器的引脚4,开启了多谐振荡电路,使全部系统进入到能量回馈状态下。

4 、主电路智能功率模块IPM

在本系统中,三相逆变电路具有异常紧张的感化,它不仅为鼠笼异步电机供给电源电压,而且还要对电机进行变频调速节制。在以往,逆变电路主要采纳6个分离的IGBT单元来搭建,必要对每个IGBT单元供给驱动电路、过热保护电路、过流保护电路,它们要和全部主回路的过压、短路保护电路及IGBT单元相匹配,使得变频逆变电路的设计具有相称的难度。然而跟着智能功率模块(IPM)的呈现,这种场所场面获得了伟大年夜地改变,尤其近几年内,IPM正在慢慢取代通俗IGBT模块。

IPM模块因此IGBT芯片为主体,将芯片及其门极驱动、节制和过流、过压、过热、短路、欠压锁定等多种保护与故障检测电路集成于一体的高机能大年夜功率器件,具有布局紧凑、体积较小、机能稳定、事情靠得住、价格适中等优点。是以,结合电动车驱动装配的基础要求,本系统中选择三菱公司临盆的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,该点经由过程一个小的电流检测电阻与系统的地相连,可直接用以系统地为参考点的+15V电源进行驱动节制,然则上桥臂三个管子的漏极不在地点,必要经由过程外部电路,鄙人桥臂管子导通时,下桥臂的+15V驱动电源同时给外部电容充电,当下桥臂断开后,电容两端维持+15V的电压降,且其低电势一正直好与上桥臂IGBT管的漏极相连,是以就实现了上桥臂IGBT管门极电压比漏极高的自举功能,很好地实现上桥臂管子的驱动。

5、系统加减速

本系统采纳SA866AE/AM芯片的VMON和IMON两个引脚进行加减速节制,节制流程如图5所示。①假如VMON有效(即VMON≥0.5VDD),则加减速指令无效,该前提具有最高优先,它可防止过度减速时再生能量经由过程功率管而导致过电压。平日VMON《0.5VDD时,可以进行加减速调节。②假如IMON有效,无论UP、DOWN处于什么状态,瞬时频率都邑被低落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,此时不能进行任何加减速操作。该前提的优先权比VMON低,它可以防止加速过高导致过流过热毁坏开关管。③当上述二者都无效时,运算轨则将综合对照器的输出逻辑、DIR引脚节制和计数器旌旗灯号,一路得出着末的调速节制。

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连接,如93C06或93C46。所有的参数存储在EEPROM中,复位今后经由过程串行接口自动下载。本系统拟采纳93LC46进行参数存储,与SA866AE/AM的接口如图6所示。

责任编辑:gt

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