1、節(jié)能型交流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在電動(dòng)車中的應(yīng)用在電動(dòng)車中，蓄電池和電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)是兩個(gè)關(guān)鍵，它們的技術(shù)水平很大程度上打算著電動(dòng)車的主要性能。不同于普通工業(yè)和家用電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在電動(dòng)車上，不論是采納何種方式供應(yīng)電能，能量都是有限的，因此為滿足電動(dòng)車的特別性，新型的電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)和功率變換裝置應(yīng)滿足以下一些基本要求：高效率；體積小分量輕；高起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)；良好的調(diào)速性能和可控制性；牢靠性一定要高，用法壽命必需盡可能長(zhǎng)，少維護(hù)甚至是不維護(hù)；降低噪聲和減小振動(dòng)，充實(shí)舒服性。目前，我國(guó)電動(dòng)車電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)仍以直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)為主，普遍采納從蓄電池到功率變換器再到驅(qū)動(dòng)電機(jī)的單向能量傳遞方式，它存在著無(wú)數(shù)不足。詳細(xì)而言，直流電機(jī)雖

2、然具有結(jié)構(gòu)容易、可控制性好、調(diào)速范圍寬、起動(dòng)轉(zhuǎn)矩倍數(shù)較大、控制相對(duì)容易、成本較低等優(yōu)點(diǎn)，但它的缺點(diǎn)同樣不行忽略。有刷直流電機(jī)因?yàn)榇嬖谥鴻C(jī)械換向部件電刷或換向器，很簡(jiǎn)單導(dǎo)致火花，噪聲和震驚嚴(yán)峻，電磁干擾問(wèn)題突出，而且電刷或換向器的維護(hù)比較困難，用法壽命較短，此外，電機(jī)的體積非常浩大，造成有限空間的鋪張；無(wú)刷直流電機(jī)雖然克服了有刷電機(jī)的一些缺陷，但它的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)困難，整機(jī)價(jià)格頗高，性價(jià)比相對(duì)較低。再?gòu)南到y(tǒng)效率角度來(lái)看，因?yàn)榻^大多數(shù)系統(tǒng)采納單向功率傳遞，使得車輛在剎車減速或下坡滑行時(shí)白白地鋪張了大量能量。此外，電刷、換向器等的機(jī)械震驚、摩擦，也造成了系統(tǒng)效率的降低。因此，本文針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合電驅(qū)

3、動(dòng)系統(tǒng)的基本要求，提出一種新型的zczvs升壓dc-dc雙向變換器與變頻器相結(jié)合來(lái)驅(qū)動(dòng)鼠籠型異步的節(jié)能型電動(dòng)車溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求和總體設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要作為電動(dòng)摩托車等輕型電動(dòng)車輛的驅(qū)動(dòng)裝置，其基本技術(shù)參數(shù)如下：輸入為直流36v；直流變換器輸出電壓vo為直流150v；驅(qū)動(dòng)電機(jī)容量不大于300w；實(shí)現(xiàn)減速、剎車能量可回饋功能；實(shí)現(xiàn)加減速可調(diào)、軟啟動(dòng)功能；具有過(guò)流、過(guò)壓、欠壓庇護(hù)功能等。節(jié)能型電動(dòng)車溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的基本構(gòu)成1所示，它包括蓄電池v5、zczvs升壓dc-dc變換器、三相橋式逆變電路、溝通異步電機(jī)和相應(yīng)的控制、檢測(cè)單元。高頻l和開(kāi)關(guān)su構(gòu)成升壓dc-dc變換器，為由s1"s

4、6構(gòu)成的變頻調(diào)速器的提供輸入電壓，csu為緩沖電容，反并聯(lián)dsu可以在能量回饋模式下舉行續(xù)流；sd為能量回饋控制開(kāi)關(guān)，用于控制能量的流向和大小，電容csd為緩沖電容，反并聯(lián)二極管dsd可以在電動(dòng)運(yùn)行模式下舉行續(xù)流。當(dāng)車輛處于剎車減速或下坡滑行時(shí)，溝通電機(jī)端反電勢(shì)將大于逆變器額定輸入電壓而處于發(fā)電狀態(tài)，那么檢測(cè)單元?jiǎng)幼?，它封鎖了升壓電路的電子開(kāi)關(guān)su，同時(shí)打開(kāi)能量回饋開(kāi)關(guān)sd，系統(tǒng)的能量被反饋到電源側(cè)。三相橋式逆變電路工作于vvvf模式下，當(dāng)車輛按照需求要舉行加、減速調(diào)整時(shí)，只需在給定的速度調(diào)整命令下，轉(zhuǎn)變變頻調(diào)速電路控制，即可實(shí)現(xiàn)速度的調(diào)整。另外，以鼠籠型異步電機(jī)作驅(qū)動(dòng)電機(jī)，從結(jié)構(gòu)上克服了直流

5、電機(jī)存在的不足，削減了維護(hù)工作，提高了整機(jī)系統(tǒng)容量和轉(zhuǎn)速，大大充實(shí)了牢靠性和效率。圖1 節(jié)能型電動(dòng)車溝通驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)主要單元電路設(shè)計(jì)1 開(kāi)關(guān)管su控制電路按照要求，控制芯片需具有軟啟動(dòng)、過(guò)流、欠壓庇護(hù)等功能，本系統(tǒng)選用motorola公司的uc3842a，它是一種可以完成反饋電壓比較、誤差放大、過(guò)流庇護(hù)、欠壓庇護(hù)等功能的跟蹤型控制。開(kāi)關(guān)管su控制電路2所示。它的工作特性是：最高電源電壓vcc=30v，內(nèi)部有一個(gè)36v的穩(wěn)壓管可以有效防止高壓竄入造成損壞；欠壓鎖定功能，啟動(dòng)電壓閾值為16v，關(guān)閉電壓為10v，6v的啟動(dòng)、關(guān)閉差值可有效地防止電路在閾值電壓附近工作時(shí)產(chǎn)生振蕩；自帶一個(gè)穩(wěn)定的5v參考電壓

6、，由引腳8輸出供外部用法，輸出電流為20ma；輸出高電平為13.5v（vcc=15v，輸出電流200ma時(shí)），低電平為1.5v（輸入電流為200ma時(shí)）；高、低電平的升高、下降時(shí)光為100ns，電流采樣信號(hào)（從引腳3輸入）大于1v時(shí)，脈寬調(diào)制鎖存器翻轉(zhuǎn)，輸出引腳6從高電平立刻降至低電平，因此，轉(zhuǎn)變電流采樣的大小，就可以轉(zhuǎn)變過(guò)流庇護(hù)動(dòng)作的閾值。電流跟蹤特性：圖2中流過(guò)開(kāi)關(guān)管su的電流增大時(shí)，采樣電阻r21上的采樣電壓就增大，進(jìn)入uc3842a引腳3的信號(hào)相應(yīng)變大，此時(shí)經(jīng)過(guò)3842a內(nèi)部的調(diào)整電路調(diào)整，引腳6輸出脈沖的占空比相應(yīng)變小，使得dc-dc變換器輸出電壓降低，流經(jīng)su上的電流相應(yīng)也變小，起

7、到電流庇護(hù)作用。圖2 開(kāi)關(guān)管su控制電路2 開(kāi)關(guān)管sd控制電路在能量回饋時(shí)，開(kāi)關(guān)管sd處于工作狀態(tài)，為了保證系統(tǒng)能量充分回饋，同時(shí)避開(kāi)開(kāi)關(guān)管sd長(zhǎng)時(shí)光承受大的回饋電流，采納構(gòu)成的頻率為20khz的“多諧+高頻脈沖”來(lái)驅(qū)動(dòng)sd。圖3為“多諧振蕩器+高頻脈沖變壓器”組成的驅(qū)動(dòng)電路，其中由555構(gòu)成的多諧振蕩器的工作頻率為f=1.43/(r18+2r22)/c19。在該電路中，檢測(cè)與互鎖電路控制著555集成塊的引腳4。當(dāng)引腳4為高電平常，即檢測(cè)電路檢測(cè)到系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)進(jìn)入能量回饋狀態(tài)，多諧振蕩器開(kāi)頭向sd輸出開(kāi)關(guān)脈沖；當(dāng)引腳4為低電平常，系統(tǒng)處于電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，多諧振蕩器不向sd輸出開(kāi)關(guān)脈沖。圖3 開(kāi)關(guān)管

8、sd控制電路3 檢測(cè)與互鎖電路在該系統(tǒng)中，檢測(cè)與互鎖電路具有異樣重要的作用。首先，它通過(guò)檢測(cè)dc-dc變換器輸出端的電壓大小，來(lái)判定是否需要將電路工作模式從電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)入能量回饋狀態(tài)或者從能量回饋狀態(tài)轉(zhuǎn)入電動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)；第二，它需要按照檢測(cè)及推斷的結(jié)果，相應(yīng)地控制電動(dòng)運(yùn)行開(kāi)關(guān)管和能量回饋開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)電路。圖4為檢測(cè)及互鎖電路，其工作原理如下：首先按照dc-dc變換器正常工作時(shí)輸出電壓的大小，設(shè)定引腳2的參考電壓，并采納電阻分壓器來(lái)檢測(cè)dc-dc變換器輸出端的電壓。當(dāng)系統(tǒng)處于下坡減速或剎車制動(dòng)時(shí)，電動(dòng)機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，那么機(jī)端反電勢(shì)就大于dc-dc變換器的輸出電壓，也就是電阻分壓器檢測(cè)到的比較電壓

9、大于給定的參考電壓，使得比較器翻轉(zhuǎn)，引腳1輸出為高電平，它迫使q1導(dǎo)通，將開(kāi)關(guān)管su的門極信號(hào)下拉到低電平;另外，同樣因?yàn)榉謮浩魈峁?yīng)uc3842a引腳2的電壓超出芯片一內(nèi)部的參考電壓大小，它立刻關(guān)斷uc3842a向外的脈沖輸出。這兩者很平安地封鎖了開(kāi)關(guān)管su。同時(shí)，比較器引腳1的高電平進(jìn)入多諧振蕩器的引腳4，開(kāi)啟了多諧振蕩電路，使囫圇系統(tǒng)進(jìn)入到能量回饋狀態(tài)下。圖4 檢測(cè)及互鎖控制電路4 主電路智能功率模塊ipm在本系統(tǒng)中，三相逆變電路具有十分重要的作用，它不僅為鼠籠異步電機(jī)提供電源電壓，而且還要對(duì)電機(jī)舉行變頻調(diào)速控制。在以往，逆變電路主要采納6個(gè)分別的單元來(lái)搭建，需要對(duì)每個(gè)igbt單元提供驅(qū)

10、動(dòng)電路、過(guò)熱庇護(hù)電路、過(guò)流庇護(hù)電路，它們要和囫圇主回路的過(guò)壓、短路庇護(hù)電路及igbt單元相匹配，使得變頻逆變電路的設(shè)計(jì)具有相當(dāng)?shù)碾y度。然而隨著智能功率模塊（ipm）的浮現(xiàn)，這種局面得到了巨大地轉(zhuǎn)變，尤其近幾年內(nèi)，ipm正在逐步取代一般igbt模塊。ipm模塊是以igbt芯片為主體，將芯片及其門極驅(qū)動(dòng)、控制和過(guò)流、過(guò)壓、過(guò)熱、短路、欠壓鎖定等多種庇護(hù)與故障檢測(cè)電路集成于一體的高性能大功率器件，具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、性能穩(wěn)定、工作牢靠、價(jià)格適中等優(yōu)點(diǎn)。因此，結(jié)合電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)裝置的基本要求，本系統(tǒng)中挑選三菱公司生產(chǎn)的ipm模塊ps21255-e作逆變電路。在ps21255-e模塊中，下橋臂的三個(gè)管子

11、的漏極在同一點(diǎn)上，該點(diǎn)通過(guò)一個(gè)小的電流檢測(cè)電阻與系統(tǒng)的地相連，可挺直用以系統(tǒng)地為參考點(diǎn)的+15v電源舉行驅(qū)動(dòng)控制，但是上橋臂三個(gè)管子的漏極不在地點(diǎn)，需要通過(guò)外部電路，在下橋臂管子導(dǎo)通時(shí)，下橋臂的+15v驅(qū)動(dòng)電源同時(shí)給外部電容充電，當(dāng)下橋臂斷開(kāi)后，電容兩端保持+15v的電壓降，且其低電勢(shì)一端正巧與上橋臂igbt管的漏極相連，因此就實(shí)現(xiàn)了上橋臂igbt管門極電壓比漏極高的自舉功能，很好地實(shí)現(xiàn)上橋臂管子的驅(qū)動(dòng)。5 系統(tǒng)加減速圖5 加減速控制規(guī)律流程圖本系統(tǒng)采納sa866ae/am芯片的vmon和imon兩個(gè)引腳舉行加減速控制，控制流程5所示。假如vmon有效（即vmon0.5vdd），則加減速命令無(wú)效，該條件具有最高優(yōu)先，它可防止過(guò)度減速時(shí)再生能量通過(guò)功率管而導(dǎo)致過(guò)電壓。通常vmon0.5vdd時(shí)，可以舉行加減速調(diào)整。假如imon有效，無(wú)論up、down處于什么狀態(tài)，瞬時(shí)頻率都會(huì)被降低到預(yù)先設(shè)置的減速頻率水平上，若在瞬時(shí)頻率降到0時(shí)，imonvdd，則pwm脈沖輸出截止，此時(shí)不能舉行任何加減速操作。該條件的優(yōu)先權(quán)比vmon低，它可以防止加速過(guò)高導(dǎo)致過(guò)流過(guò)熱損壞開(kāi)關(guān)管。當(dāng)上述二者都無(wú)效時(shí)，運(yùn)算法則將綜合比較器的輸出規(guī)