[发明专利]他励电机控制器及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电机控制技术，尤其是涉及基于单片机的他励电 机控制器的系统结构的设计方案以及所采用的控制策略。

背景技术

电动车辆使用的他励电机控制器基本上都是全数字控制系统，控 制电路基于单片机及相应的外围电路实现。目前市场上主流的他励电 机控制器为科蒂斯的他励电机控制器系列产品，其控制电路采用了基 于主从两个单片机的方式实现，并且采用了外挂的EEPROM，外围接 口电路多，结构相对复杂；由于采用这种硬件方案，使得控制软件的 设计也分成了两部分实现，通过主从处理器特定的通信机制来进行配 合，以实现整个系统的各种控制功能。整个控制系统的硬件结构和软 件结构都相对复杂，会增加故障概率，影响运行的可靠性。同时，目 前的他励电机控制器的故障诊断和处理机制并不是十分完善，特别是 电机电枢驱动功率管的短路检测和保护并没有得到很好的解决。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一种他励电机控制器的系统结构，其 控制电路基于一个单片机实现，该单片机集成了足够满足控制需要容 量的EEPROM，从而不需要外挂EEPROM。这样，处理器的外围接口电 路大为减少，使得故障点减少，硬件结构更为紧凑；软件设计基于一 个单片机实现，软件系统复杂度降低，可靠性提高。同时，本发明增 加了专门的硬件电路来检测功率管短路故障，有效地实现了电枢驱动 功率管的短路保护功能，大大提高了整个系统的可靠性。

本发明的目的通过以下方式实现，本发明提出一种他励电机控制 器，由功率部分和控制部分组成，所述的功率部分包括电枢绕组驱动 电路和励磁绕组驱动电路，所述控制部分包括单片机以及与其接口的 外围电路，所述电枢绕组驱动电路由采用同步整流方式的互补导通的 整流功率管和续流功率管构成，整流功率管和续流功率管采用多个N 沟道耗尽型功率MOS管并联；

所述励磁绕组驱动电路采用H桥结构，由N沟道耗尽型功率MOS 管驱动；

所述单片机接口外围电路包括输入部分和输出部分；

所述输入部分包括模拟信号调理电路和开关信号调理电路，所述 输出部分包括功率管驱动电路、外部电磁线圈绕组驱动电路、报警器 驱动电路以及状态指示灯驱动电路；

其中，所述模拟信号调理电路将外部输入的模拟检测信号进行放 大或缩小，滤波后输入到单片机中，再由单片机进行采样和AD转换 后供控制程序使用；所述开关信号调理电路将外部输入的开关信号进 行电平转换和滤波处理，然后通过单片机I/O口输入到单片机，以供 控制程序使用。

所述模拟信号调理电路包括电池电压检测电路、电容电压检测电 路、电枢电流检测电路、励磁电流检测电路、主接触器和辅助继电器 绕组电压检测电路、温度检测电路以及加速信号检测电路；

所述开关信号调理电路包括钥匙开关信号检测电路、方向开关信 号检测电路、脚踏微动开关信号检测电路、模式开关信号检测电路、 霍尔速度传感器信号检测电路、电磁线圈驱动过流信号检测电路以及 M-短路信号检测电路。

所述功率管驱动电路包括电枢电路的功率管驱动电路和励磁电 路的功率管驱动电路，电枢电路的功率管驱动电路采用IR2110S驱动 芯片及其外围电路构成，所述励磁电路的功率管驱动电路采用L6384D 驱动芯片及其外围电路构成；所述外部电磁线圈绕组驱动电路的每路 驱动输出采用一个MOS管，用于驱动外部接触器或继电器；所述报警 器驱动电路采用NPN三极管，用于驱动外部报警蜂鸣器或喇叭；所述 状态指示灯驱动电路内置显示故障状态的LED，由I/O口直接驱动。

本发明还提出了基于上述硬件平台的他励电机控制方法，所述方 法的各项功能是在控制器硬件平台上由单片机程序实现的，所述的控 制方法包括步骤：

单片机通过各个输入电路对外部模拟信号和开关信号进行实时 检测；

根据这些实时参数值的检测结果，控制调节各个输出电路输出的 控制信号；

通过所述控制信号来控制电机和各外部接触器、继电器、报警器 以及状态指示LED，从而实现控制器系统的控制功能。