混合動力電動汽車系統(tǒng)電路解析 —電路圖天天讀（237）

　　近幾十年來，資源短缺和環(huán)境保護成為世界汽車工業(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-發(fā)電機機組組成;電氣驅(qū)動系統(tǒng)由逆變器和電動機組成;機械傳動系統(tǒng)將電動機的機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

　　圖3 電機驅(qū)動系統(tǒng)控制框圖

　　圖3為電機驅(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。

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

　　P WM脈寬調(diào)制電路

　　圖 4　P W M脈寬調(diào)制電路原理圖

　　設(shè)計依據(jù)如下 ： U C 3 637 的控制電壓 （ 16 端 ） 在± 5V 變化時 ， 經(jīng) U C 3 637 內(nèi)部比例放大器處理后的電壓（ 即引腳 9、1 1兩端 ） 在 2 ～ 8V 之間變化且線性較好 。

　　3. 2　H 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個大功率管 V T 1 ～ V T 4 和 2 個新型雙極續(xù)流二極管D V 1、D V 2 構(gòu)成 。

　　圖 5 　H型雙極功率電路原理圖

　　3. 3　I R 21 10功率放大電路設(shè)計

　　依據(jù)大功率管 I R F 6 40容量較小 ， 承受反壓能力較低的優(yōu)點 ， 采用 4 個大功率管作為功率驅(qū)動電路開關(guān)元件，同時用 2 個 I R 21 10作為基極驅(qū)動器對稱地驅(qū)動每側(cè)大功率管 I R F 6 40， 如圖 6 所示。圖 6 是左側(cè) I R 2110 功率放大電路原理圖 。

　　圖 6　左側(cè) I R 211 0 功率放大電路原理圖

　　I R 2110 功率放大電路主要由電容 C 205 和二極管 D 201 構(gòu)成 的自舉 電路 來實現(xiàn) 功率 驅(qū)動 。因此I R 2110 功率放大電路參數(shù)設(shè)計重點是自舉電容和自舉二極管的選取 。

　　4　 電機的工作原理

　　控制電路性能可通過檢測電機的性能好壞來評價 。電機的性能試驗通過混合動力電動汽車系統(tǒng)來實現(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 ： 和電機控制電壓相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 n 1與轉(zhuǎn)速傳感器反饋轉(zhuǎn)速 n 2 之差的電壓信號 ， 經(jīng) P I D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) P I 控制器后形成控制電壓 ， 來控制電機轉(zhuǎn)動某個角度 θ ， 最后經(jīng)發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)速 n 。

　　圖 7 混合動力電動汽車系統(tǒng)控制方案圖

　　編輯點評：本文設(shè)計了一種新型混合動力電動汽車的電機控制電路， 控制電路由電機電壓控制電路和 P W M脈寬調(diào)制電路構(gòu)成 。利用所設(shè)計的電機控制電路 ， 進行了電機的線性度和助動轉(zhuǎn)矩等性能試驗 。
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