【五羊本田净原v3霍尔是什么】电动汽车能量反馈制动系统的研究

苗景丽、李蒙

(河北工程大学信息与电气工程学院，河北056000)

:充电一次后，为了提高电动汽车的快速行驶距离，提高能源利用率，对无刷直流电机驱动的电动汽车能量反馈制动系统进行了研究，将设计方案分为硬件设计和软件设计两部分进行了介绍。实际应用测试表明，该方法能在制动时将能量返回电池储存，有效提高电动汽车的续航里程。(莎士比亚、坦普林、电动汽车、电动汽车、电动汽车、电动汽车、电动汽车、电动汽车)。

:无刷直流电动机；反馈制动硬件电路电动汽车

:TM33文献标识码：A文章编号：0258-7998(2014)08-0094-04

传统燃料汽车制动时，汽车的惯性能量通过刹车的摩擦转化为无法回收的热量，散发到周围环境中消灭[1]。对于电动汽车来说，电机具有可逆性，因此电机可以在特定条件下转换为发电机运行，因此制动时可以使用再生制动方法。通过设计的电气装置，制动产生的反馈电流可以充电到能量存储装置[2-4]中。研究表明，在城市条件下，约1/3到1/2的能源在制动过程中消耗[5]。因此，研究制动能量反馈不仅会增加电动汽车的快速行驶距离，而且对减少电动汽车的能耗、缓解能源和环境压力具有重要意义。

永磁无刷直流电机没有刷子，利用电子交换相，可以克服刷子带来的问题。此外，永磁无刷直流电机的导热性很好，电机的效率和转速始终保持同步，不会出现失误和振动现象[5-6]。基于这些优点，永磁无刷直流电机更喜欢在能量反馈制动系统中的应用，本文分析了永磁无刷直流电机的制动过程。

1.1无刷直流电机全桥驱动耦合方法

如图1所示的三相星型连接全桥驱动电路。星形连接的2，2传导方式是一次同时通过两个开关管道。根据图1中的开关命名关系，开关管道的传导顺序为V1V2、V2 V3、V3V4、V4V5、V5V6和V6V1。如您所见，每60电气角度的传导状态发生变化，每一次状态发生变化，开关管道发生变化，每一个开关管道通过120电气角度，因此共有6种传导状态。V1V2打开后，电流的路径为电源V1A相绕组C相绕组V2。其中A相和B为串联，每相电源电流为I。其他等等。与三相半桥驱动方式相比，三相全桥星形连接22传导模式下各开关管传导时间为120，各相位绕组传导时间为240，绕组利用率增加，输出扭矩也增加。

1.2能量反馈制动原理

可以看出，无刷直流电机是电动汽车中更常用的类型电机，根据工作原理，改变同一极下电枢电流的方向，可以改变电机输出扭矩的方向。马达的工作方式是在三相方波电流的相位顺序产生的扭矩和马达旋转方向相同时拖动。相反，会产生制动力矩，从而达到制动效果。此时，特定阶段的实施不仅可以产生制动力矩，而且可以将绕组线圈的反转能量供应回电池组，这样就实现了能量反馈制动。

电动汽车驱动系统包括电池、永磁无刷电机和控制器，如图2所示。永磁无刷电机的典型工作方式是两相导电。也就是说，在一个周期内，为了分别以正、负、分120、三相相位差120获得制动力矩，在相反电势最大的120期间，通过相反方向的电流即可，但为了能够向蓄电池提供能量，而不是从蓄电池吸收能量，必须通过升压进行切割。假设电机正向旋转，在一个开关周期内通过超燃不同的功率管，可以得到制动特性的电磁转矩。在PWM开通的时间内，在导电闭环中存储电机两相电感；在PWM关闭的时间内，通过相应的二极管快速流动，给蓄电池充电。

永磁无刷电机反馈制动方法可分为单侧斩波器、双侧斩波器两种类型。本文介绍了单侧斩波方法。单方面斩波器只对逆变器的下桥进行斩波，上桥全部关闭。如图2所示，以电源管T4为例，分析开关周期内的系统操作。在T4传导期间，等效电路如图3所示，图中的电流和电压方向是实际方向。

电路电压方程式为：

其中Ud是电池开启电压。IP是总线电流。Icd支持电容器放电电流。Id是子行电流。Rb电池充电等效电阻；用于逆变器的Uc支持电容器电压；EA、eB是相位电位。e为单相电位平顶振幅；RS是相电阻。l是自尊。m是上肝相互感觉。c是支撑容量。

在T4、D6传导中，通过逆势在电机的两相电感中储存能量，显然是为了给蓄电池充电而支撑静电。

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当T4关断时等效电路如图4所示。

关断期间回路电压方程为：

其中，icc为支撑电容充电电流。期间D1、D6导通，储存在电感中的能量释放出来(抬高支撑电容端电压)，从而在为支撑电容充电的同时，将电流回灌进电池中，达到回收能量的作用。

对于支撑电容而言，根据能量守恒定律，稳态时应有:

忽略母线电压、电流和相电流的脉动，假定电容充放电过程中电流保持不变，即

再根据稳态运行时电机电感能量守恒原则，有:

其中，占空比满足0≤D<1。当D>(Ud-2E)/Ud时，Uc>Ud从而实现回馈功能。

2 硬件设计

2.1 硬件系统结构

TMS320F2812是美国TI公司推出的C2000平台上定点32位DSP芯片，运行时钟最快可达150 MHz，处理性能可达150 MIPS，每条指令周期6.67 ns。具有片内128 K×16位的SRAM，能够满足无刷直流电机系统实时控制的要求。本文即采用DSP为控制器构建BLDCM能量回馈控制系统。

如图5为无刷直流电机硬件系统结构框图。硬件系统由主控板、功率驱动和接口信号板构成。主控板是DSP的最小系统，功率驱动板上可实现功率驱动部分以及相关信号处理电路，功率驱动板为主控板提供电源。

2.2 驱动电路设计

驱动电压一般为10~15 V。A相主电路和驱动电路如图6所示，B、C相电路与此相同。图6(a)为PWM隔离电路，此电路选用的光耦LCPL-2531，此芯片是一种双通道高速光电耦合器，速度可达1 Mb/s。

图6(b)的驱动电路选用IR2110为驱动芯片，内部为自举操作设计了悬浮电源，有较宽的输出栅极驱动电压范围。内部集成双通道驱动模块。高端工作电压可达500 V，输出的电源端电压范围10~20 V；逻辑电源电压范围5~15 V，可方便与TTL、CMOS电平相匹配；工作频率高，可达500 kHz；开通、关断延迟小，分别为120 ns和94 ns。图6(b)中，IGBT_2H、IGBT_2L为母线电压正负极，其间连有大电容。Vbs（驱动电路VB和VS管脚之间的电压)为悬浮电源，它给集成电路的高端驱动电路提供电源。驱动输入电容较大的MOSFET，在工作频率较低的情况下，要注意自举电容电压稳定性问题，上管的驱动波形峰顶如果出现下降的现象则要选取大的电容。为了避免VB过电压损坏IR2110,电路中增加了稳压二极管D30。

2.3 检测电路设计

2.3.1 位置检测电路设计

无刷直流电机位置传感器采用霍尔传感器，并采用光耦对位置传感器信号进行隔离处理，电路与图6(a)类似。传感器输出通常为OC门，需要加上拉电阻实现正确输出。在光耦隔离电路中，OC门输出极的导通可以为光耦提供电流通道，所以光电隔离电路中霍尔传感器输出无需上拉也可以正常工作。

2.3.2 电流信号检测

电流信号检测选用电流传感器LTS6-NP。电流传感器的输出信号需要接入DSP中进行处理。 处理电路如图7所示。

此电路中的运算放大器采用模拟器件公司的(Analog Devices)OP27,具有低失调电压和漂移特性与高速、低噪声特性、高输入阻抗的特点，适合用来做电流采样信号处理。所以，运算放大电路构成差分放大器形式的电流信号处理电路。

图中D5、D6为3 V稳压管，保护DSP的AD输入端,确保输入信号范围保持在AD允许的输入范围内。后边接一个一阶RC滤波电路对电流信号进行滤波处理。

差分放大器正相输入端为信号的输出，反相输入端为电流传感器信号的地。本设计中运用差分放大器可以消除信号的同相成分，有利于区分噪音和信号，还能抑制噪音形成。图中电路对称结构，所以R26=R25,R20=R24。

传递函数如式(10)，要想调节电流传感器信号送入AD的采样范围，可以调节R20、R25来实现。

2.4 串行通信接口电路设计

图8所示为串行通信接口电路图，串口接口芯片选用MAX3232，其与控制接口电压都为3.3 V，所以可与DSP直接相连。本系统的通信接口由RS232和CAN构成。在TMS320F2812中集成了CAN总线控制器和串行通信接口模块，加以必要的接口电路就可构成通信网络。

3 软件设计

本设计软件部分如图9所示，主程序模块中先进行系统初始化工作，完成初始化后，主程序进入一个死循环，其主要功能就是响应中断，调用中断处理程序。

本文通过对永磁无刷直流电机的研究，采用TMS320F2812芯片作为主控芯片，实现了电动汽车制动能量回馈控制，使电动汽车在行驶中能量得到充分利用，并且增加了电动汽车的续驶里程，节约了能源，提高了效率。

参考文献

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