[实用新型]一种永磁同步电机控制器用集约化控制板

说明书

技术领域

本实用新型涉及电机控制技术，具体涉及一种永磁同步电机控制器用集约化控制板。

背景技术

永磁同步电机定子的三相绕组中通入三相对称电流，转子则由永磁体产生基本恒定的静止磁场。在定子三相对称绕组中通入三相交变电流时，将在气隙中产生旋转磁场。若转子磁场的磁极对数与定子磁场的磁极对数相等，转子磁场因受定子磁场磁拉力作用而随定子旋转磁场同步旋转，即转子以等同于旋转磁场的速度、方向旋转。

随着技术的发展和进步，永磁同步电机的控制越来越多地采用空间电压矢量脉宽调制控制技术(以下简称SVPWM控制技术)。基于转子磁场定向坐标系(d、q轴)，永磁同步电动机的数学模型为：

磁链方程：

ψ_d＝L_d*i_d+F_m

ψ_q＝L_q*i_q

电压方程：

U_d＝-ωL_q*i_q

U_q＝ωL_d*i_d+ωF_m

转矩方程：

T_em＝3/2*P_m*(F_m*i_q-(L_q-L_d)*i_d*i_q)

其中：ψ_d，ψ_q分别为定子d、q轴磁链分量；i_d、i_q分别为定子d、q轴电流分量；L_d、L_q分别为电机定子d、q轴电阻；F_m为永磁体磁链；U_d、U_q分别为定子d、q轴电压；ω为转子转速；T_em为电机转矩；P_m为电机极对数。

电压型永磁同步电机的矢量控制如图1所示，为了实现永磁同步电机的矢量控制，电机控制器需要检测直流侧电压、电流、交流侧两相电流，并获取电机转子信息来进行SVPWM运算，实现接触器控制、故障保护以及产生需要的脉冲信号。

现有控制系统框图如图2，方框包围区域表示控制板，从图2可以看出，现有控制板存在一些不足：

1)需要众多不同等级电源为控制板电路供电：CAN通讯转换电路需要5VC和3.3V电源供电；电压/电流/温度调理电路需要±15V电源供电；数字量处理电路需要24V和3.3V电源供电；脉冲处理电路需要15VT和3.3V电源供电；旋变-数字转换电路需要5VS、±15VS及3.3V电源供电；DSP芯片需要3.3V电源和1.8V电源供电；CPLD芯片需要3.3V电源供电。

为满足电路电源需求，控制板需要外部电源提供5V/5VC/5VS/±15V/±15VS/15VT/24V等级电源，另外，控制板内部需要一个5V转3.3V电源转换芯片及一个5V转1.8V电源转换芯片。

2)控制板需要DSP及CPLD两个芯片；DSP主要完成SVPWM算法，CPLD主要完成脉冲、数字量及逻辑保护处理；

3)控制板需要外围配备电压检测板提供电压信号。

众多等级电源供电，一方面提高了外部电源设计要求，另一方面对控制板本身在印制板(PCB)上元件布置及信号布线也增加了难度；CPLD芯片的价格与DSP芯片价格接近，CPLD主要用来进行脉冲、数字量及逻辑处理，增加了控制板成本；控制板与电压检测板需要信号连接器连接，既增加了电机控制器结构布局与走线难度，在车辆运行中由于震动大也容易导致信号线松动接触不良引发故障。

因此有必要对现有技术进行改进。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种永磁同步电机控制器用集约化控制板，对电源系统进行简化，取消CPLD芯片，采用单一DSP芯片同时完成算法及逻辑功能，并进一步取消检测板，内部集成高压差分电路用于检测直流侧电源电压。

本实用新型采用的技术方案是：