[发明专利]一种电动车直流电机控制系统

说明书

本发明涉及电动车技术，特别提供了一种可通过原油门踏板调节电机转速，使电动车具有良好的起动和加速性能的电动车直流电机控制系统。

目前，电动车研究处于起步阶段，其相应的电机控制系统未见报道。现代直流电动机的驱动控制都是采用晶体管放大器来实现的，晶体管放大器系统可分为线性放大器和开关放大器两种类型。线性放大器具有线性的控制特性，没有明显的控制滞后现象，速度控制范围宽。但是正因为工作于线性放大状态，功率器件的损耗大，效率低(最高不超过50％)。因此，线性放大器一般仅在小功率的场合有所应用，大量采用的是开关放大器。开关放大器总是处于导通或断开状态，导通时，管压降很小，而断开时电流近似为零，所以，无论是通或断，晶体管的功耗都很小，这就大大提高了开关型功率放大器的效率。开关放大器的驱动多采用脉宽调制(PWM)方式，即放大器工作频率固定，通过改变导通脉冲的宽度(导通角)，来改变加在负载上的平均电压值。作为电动车直流电机控制系统，其负载是大功率直流电机(额定功率25～45KW，额定电压180～240V，额定电流140～200A)，电枢电阻很小，在起动和速度很低时，电流将很大，过大的电流将会产生过大的电磁转矩，使得电机损坏，还会产生过大的电枢反应，导致电机永久性退磁。另外，控制驱动电路中功率器件的容量都有一定限制，过大的电流会烧坏这些器件，因此，对于电动车大功率电动机驱动系统来说，既要对控制指令产生快速响应，使电动车具有良好的起动和加速性能，又要保证开关型功率器件的动态工作特性在其安全使用范围(SOA)之内。对此，现有的直流电机驱动技术很难在调速和动态保护等方面满足电动车的要求。

本发明的目的在于提供一种电动车直流电机控制系统，其可以通过原油门踏板调节电机转速，并且使电动车具有良好的起动和加速性能。

本发明提供了一种电动车直流电机控制系统，其特征在于：该系统由电池的直流电压Us经过由储能电容C、绝缘栅双极晶体管IGBT、续流二极管D构成的固定频率PWM斩波调压器调制后加到电机M两端；IGBT的栅极由开关电源集成控制器TL494的输出端9脚控制；控制指令信号加到开关电源集成控制器TL494的死区时间控制端4脚上，主回路中的霍尔电流传感器HCS通过低通滤波、信号放大器与TL494的1脚连接构成限流调节器。

本发明中在开关器件IGBT和续流二极管D的两端加无感电阻Rs、无感电容Cs和快恢复型二极管Ds以构成浪涌电压吸收电路。TL494的输出端9脚通过集成隔离驱动电路M57962L控制IGBT的栅极。

本发明采用高压、高速、大功率开关器件IGBT(绝缘栅双极晶体管)构成PWM斩波调压器，将控制指令信号(如位移传感器、压力传感器、电位器等)转换成电压信号后加到开关电源集成控制器(如TL494、SG3525、MC34060、UC3842等)的死区时间控制端，通过调节PWM信号的脉冲宽度，达到调节输出平均电压的目的。另外利用开关电源集成控制器内含的误差放大器作为限流调节器，以限制主回路中负载电流的峰值。并且采用IGBT专用混合集成隔离驱动电路M57962L作为IGBT的栅极隔离驱动电路。采用无感电阻、无感电容和快恢复型二极管构成浪涌电压吸收电路，限制开关器件IGBT和续流二极管上因主回路杂散电感而引起的过电压冲击。

开关电源集成控制器TL494是一种脉宽调制型(PWM)开关电源集成控制电路，包含开关稳压电源所需的全部控制电路，其中有误差放大器、振荡器、脉宽调制器、脉冲发生器、输出开关管和过流保护电路，可以用于产生PWM控制信号；芯片内含两个误差放大器，可设计成具有限压、限流功能的固定稳压值开关电源控制电路。本发明通过分析TL494的内部控制原理，将其死区时间控制功能用于输出电压调节，研究出电压可调的稳压控制电路，将其用于电动车上，驾驶员可通过原油门踏板调节电机转速，达到调速的目的；利用其中的一个误差放大器作为限流调节器，以限制主回路中负载电流的峰值，而其比例-积分(PI)环节，用以协调控制系统的电气特性和电机-负载系统的机械特性，使开关型功率器件工作在安全范围(SOA)之内，可以达到快速响应，因而使电动车具有良好的起动和加速性能。此外本发明具有重要而又广泛的应用价值，根据这一原理，可设计出各种恒压、恒流装置如电压连续可调的稳压开关电源、可调的高精度恒压或恒流充电装置、感应加热装置的输出功率控制等。下面通过实施例详述本发明。

附图1为系统结构框图

附图2为电机电枢端电压Um的波形

附图3为TL494的功能等效电路示意图