近幾十年來，資源短缺和環(huán)境保護(hù)成為世界汽車工業(yè)面臨的兩大挑戰(zhàn)。石油資源短缺，汽車尾氣對大氣的污染日趨嚴(yán)重，因此，各國汽車工業(yè)都加大了研究和開發(fā)其它燃料汽車和電動汽車的力度。

1混合動力電動汽車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，整個(gè)混合動力系統(tǒng)采用串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，主要由能源供給系統(tǒng)、電氣驅(qū)動系統(tǒng)和機(jī)械傳動系統(tǒng)三大部分構(gòu)成。能源供給系統(tǒng)由動力電池組、發(fā)動機(jī)-發(fā)電機(jī)機(jī)組組成;電氣驅(qū)動系統(tǒng)由逆變器和電動機(jī)組成;機(jī)械傳動系統(tǒng)將電動機(jī)的機(jī)械輸出通過減速器送給驅(qū)動橋。整車系統(tǒng)采用can總線傳輸信息和命令，通訊介質(zhì)采用屏蔽雙絞線。

圖1 串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

2電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主電路結(jié)構(gòu)

2.1主回路元件選擇

圖2 驅(qū)動系統(tǒng)主回路電路圖

電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)主回路原理如圖2所示，采用三相橋式逆變器，根據(jù)牽引電機(jī)的參數(shù)：額定功率50kw; 額定電流167a; 額定電壓240v;額定頻率200hz; 峰值頻率400hz。功率器件可選600v/600a，開關(guān)頻率10khz。

直流側(cè)支撐電容采用4個(gè)3300μf的電解電容并聯(lián)而成，并聯(lián)在高壓直流母線兩端。由于直流側(cè)電壓udc=336v，所以支撐電容的耐壓等級應(yīng)高于336v，取450v。

3控制電路

3.1驅(qū)動系統(tǒng)控制部分設(shè)計(jì)

圖3 電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制框圖

圖3為電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)控制框圖，它由傳感器測量與信號處理電路、控制板以及驅(qū)動板等組成。

電機(jī)控制電路分為電機(jī)電壓控制電路（功率放大電路和H型雙極驅(qū)動電路）和PWM脈寬調(diào)制電路。抗干擾電路和過、欠電壓檢測與保護(hù)電路已分別嵌入到了電機(jī)電壓控制電路和PWM脈寬調(diào)制電路兩大模塊內(nèi) 。

PWM脈寬調(diào)制電路

圖4 PWM脈寬調(diào)制電路原理圖

設(shè)計(jì)依據(jù)如下：UC3637的控制電壓（16端）在±5V變化時(shí)，經(jīng)UC3637內(nèi)部比例放大器處理后的電壓（即引腳9、11兩端 ）在2～8V之間變化且線性較好。

3.2H型雙極功率電路

H型雙極功率電路原理圖如圖5所示。它由4個(gè)大功率管VT1～VT4和2個(gè)新型雙極續(xù)流二極管DV1、DV2構(gòu)成 。

圖5 H型雙極功率電路原理圖

3.3IR2110功率放大電路設(shè)計(jì)

依據(jù)大功率管IRF640容量較小，承受反壓能力較低的優(yōu)點(diǎn)。采用4個(gè)大功率管作為功率驅(qū)動電路開關(guān)元件，同時(shí)用2個(gè)IR2110作為基極驅(qū)動器對稱地驅(qū)動每側(cè)大功率管IRF640， 如圖6所示。圖6是左側(cè)IR2110功率放大電路原理圖 。

圖6　左側(cè)IR2110功率放大電路原理圖

IR2110功率放大電路主要由電容C205和二極管D201構(gòu)成的自舉電路來實(shí)現(xiàn)功率驅(qū)動。因此IR2110功率放大電路參數(shù)設(shè)計(jì)重點(diǎn)是自舉電容和自舉二極管的選取。

4電機(jī)的工作原理

控制電路性能可通過檢測電機(jī)的性能好壞來評價(jià)。電機(jī)的性能試驗(yàn)通過混合動力電動汽車系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，如圖7中的虛線框所示。混合動力電動汽車系統(tǒng)控制方案為：和電機(jī)控制電壓相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速n1與轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速n2之差的電壓信號，經(jīng)PID外環(huán)控制器后與角位移傳感器反饋的角位移信號合成且經(jīng)內(nèi)環(huán)PI控制器后形成控制電壓，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動某個(gè)角度θ， 最后經(jīng)發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速n。

圖7混合動力電動汽車系統(tǒng)控制方案圖

編輯點(diǎn)評

本文設(shè)計(jì)了一種新型混合動力電動汽車的電機(jī)控制電路，控制電路由電機(jī)電壓控制電路和PWM脈寬調(diào)制電路構(gòu)成。利用所設(shè)計(jì)的電機(jī)控制電路，進(jìn)行了電機(jī)的線性度和助動轉(zhuǎn)矩等性能試驗(yàn)。