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陕西科技大学电气与信息工程学院 张雨生 孟彦京
以改制电动汽车为研究对象，完成7.5kW 异步电机控制器设计。主控芯片使用TMS320F28335，对控制器的逆变电路、驱动电路、辅助电源、信号调理电路及通讯电路进行设计。点火加热装置
引言：随着环境问题和能源危机日益突出，新能源汽车取代传统燃油汽车越来越成为现实，在各国政府的倡导和大力补贴下，电动汽车得到了快速推广。电动汽车的核心是电机控制器，它的性能直接影响车辆的可靠性和稳定性。本设计以DSP 为控制核心，对异步电机控制系统进行了硬件设计。
1.电机控制器方案设计
本文所选的驱动电机为低压大电流型交流异步电机，逆变器拓扑选用电压型三相桥式逆变电路，并考虑散热能力和一定的过载能力。同时，因为控制系统有多路不同电压等级的电源，因此供电部分使用反激式开关电源。电机控制器核心采用高性能DSP ，具有数据处理能力强，控制精度高，在计算速度、容量储存等方面都具有优势。 电机控制器由主电路、驱动电路、辅助电源、信号调理电路、通讯电路构成。控制系统将采集到的电机转速信息、电机相电流、直流母线电压作为系统闭环控制的反馈量，对异步电机进行控制。
2.主电路设计
所采用的异步电机额定电压48V ，额定电流130A ，额定功率7.5kW ，最大功率7.5kW ，通过计算得到电机的相电流最大为260A 。所选电池组为72V ，电池组电压变化范围在60V ～90V 之间，结合电机相电流和母线电压，功率开关管选择成本较低MOS 管。同时为了使器件得到有效散热和可靠工作，对MOS 管的参数选取要保留一定安全裕量，MOS 管的漏源极最大可承受电压比理论计
算的最大电压高出30%，连续漏电流应高于80%以上，因此，所选MOS 管为IPB038N12N3，其栅源极耐压120V ，导通电阻3.8m Ω，连续漏极电流120A 。考虑电机相电流最大值、一定裕量和元器件成
本，每一个MOS 管组由6个IPB038N12N3并联构成（魏洁菲，易映萍，电动汽车中异步电机控制器硬件电路设计：电源技术，2016,40(10):2055-2057）。同时，驱动电阻选择4.7Ω电阻，栅源极间并联18V 稳压二极管及10K 下拉电阻。如图1为A 相逆变电路图，B 、C 相逆变电路同理。电伴热带温控
3.驱动电路设计
因为DSP 输出的控制信号最大只能为3.3V ，直接驱动MOS 管是不能导通的，MOS 管驱动电压一般为10～15V ，所以要设计驱动电路。选择IR2113为主电路驱动器，其体积小、响应速度快且具有两路隔离驱动信号输出。如图2为A 相逆变驱动电路，IR2113驱动器由15V 电源供电，能控制同一相上下两个MOS
管开通和关断。
通信井
微型汽油机
图2 A相逆变驱动电路
图1 A相逆变电路图
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高压mos管•
4.辅助电源设计
由于电机控制器需要多种隔离电源。考虑成本，电源效率及体积，供电部分采用反激电源和BUCK 电源模块。设计反激电源为50V ～120V 宽压输入，4路隔离输出，分别为15V/1A 、24V/0.5A 、+12V/0.2A 、-12V/0.2A 电源，电源控制IC 选用UC3842，其中±12V 电源给运放供电，15V 给IR2113供电，24V 经过BUCK 电源模块降压为控制系统其他部分供电。
5.信号调理电路
过敏性鼻炎仪控制系统需要采集电池组的电压、直流母线电流、电机相电流，由于电流互感器和霍尔电流传感器一般测交流信号输出的也是交流信号，而DSP 只能识别0～3V 正电压范围，经比较，选择HC5F300霍尔电流传感器。该传感器供电电源为5V ，可测输入信号为-300A ～+300A ，直接输出0～5V 正电压信号，然后通过电阻分压后得到传感器的数值。直流母线电流调理电路和交流侧采样类似，只是选用HC5F100霍尔电流传感器，测量范围-100A ～+100A 电流，输出电压为0～5V ，电池组电压采样使用差分采样，将电压转换到DSP 可识别范围。如图3为A 相电流采样电路。
6.通讯电路
为了减少通讯电路的复杂性同时提高准确性，通讯采用ADUM5241
双通道数字隔离。其中CAN 收发器选择TAJ1050，为了增强通讯的抗干
扰能力，在总线输出并联120
Ω的匹配电阻。
图3 A相电流采样电路
7.结论
本文主要对电动汽车电机控制器的硬件部分进行论述，介绍硬件电路整体框架，并给出主要电路设计思路，该设计方案增强了电机控制器的可靠性及稳定性，为控制器的软件设计和功能测试奠定基础。
作者简介：
张雨生（1992—），陕西渭南人，硕士研究生，主要研究方向：电动汽车整车控制。
通讯作者：孟彦京（1956—），河北宁晋人，教授，主要研究方向：软启动与新能源技术。
（上接第159页）
根据下式依次计算N/2组自相关函数估计值，同时取半周期正弦电
流估计自相关函数。
(9)
(10)
其中
分别为相间差动电流和基波电流采样值，
分别为相间差动电流自相关函数估计值和正弦电流自
相关函数估计值。将各组自相关函数值逐点与标准自相关函数数值
进行相似运算，并且取最小值，计算式如下：
(11)
将N/2组相似系数最小值相加求平均值J ，设J set 为判定值，当J<Jset 时判为励磁涌流，否则判为内部故障电流。 文献（邓艳平，杨秀，张美霞，潘爱强.基于欧氏距离法的换流变压器短路电流和励磁涌流的辨识：电
网技术,2015,39(9):2671-2676）提出通过计算采样数据与标准正弦波的欧式距离来识别励磁涌流。先设定一个阈值±ε，将差动电流差分处理去除直流分量后，选取超出阈值范围的第一个值为数据窗的起点I 1，穿出阈值范围的最后一个采样点为最后一个点I 2，并在其中搜索出极值点I max ，利用下面的公式虚拟正弦曲线的前半段Y 1(i)。公式中n 表示采样起点到极值点的采样点数。
(12)
同理虚拟正弦曲线的后半段
拼接的曲线即为虚
拟的正弦曲线Y
。定义欧式距离为：
(13)
计算采样值与虚拟正弦曲线上的值的欧式距离，分取abc 三相计算出的欧式距离最大的两个，再求平均值，得到最后的欧式距离d m ，设定整定值d set ，当d m >d set 时，判断为涌流；反之则为故障电流。该方法能正确区分内部故障和励磁涌流，且不会发生误制动，绝大多数情况都在10ms 内完成判定。
3 结语
当前还存在很多判别励磁涌流和内部故障的方法，有等值电路参数鉴别法、基于变压器回路方程的算法、差有功法、基于模糊逻辑的多判据法等。虽然方法多却不完善。所以要多研究新的判据来判别励磁涌流。
参考：李海锋，王钢，李晓华等.电力变压器励磁涌流判别的自适应小波神经网络方法：中国电机工程学报，2005,25(7):144-150；刘鹏辉，黄纯，江亚，邹津海.基于峭度系数的变压器励磁涌流识别方法：电网技术，2015,39(7):2023-2028；和敬涵，李静正，姚斌等.基于波形正弦度特征的变压器励磁涌流判别算法：中国电机工程学报，2007,27(4):54-59；卢雪峰，王增平，徐岩，王慈.基于波形正弦特征和模糊贴近度原理的变压器励磁涌流识别方法：华北电力大学学报，2007,34(6):23-27。
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