具有同步续流的电动车用直流电机控制器设计

　　针对当前直流电机控制器续流损耗大、效率低的问题,提出了基于同步续流的直流电机控制系统设计方案,通过Matlab 建立系统仿真模型,进行相关仿真研究来验证方案的可行性,大量的仿真研究结果证明了设计方案的正确性。

　　1 引言

　　作为电动车关键机电元件的电机, 无论是在品种上, 还是在数量上都得到了迅猛发展。特别是随着功率半导体器件和控制技术的发展, 其电控技术也日趋完善, 晶体管控制使可靠性大大提高。当电机工作于启动、制动、堵转、过载等方式时, 短时间内电机和控制器中的电流都很大, 甚至数倍于额定电流, 持续时间越长, 对控制器构成的威胁就越大, 功耗也随之上升, 再加上其工作环境密闭, 很容易发生过热损坏。当前, 降低功耗不仅成为节电的必由之路, 并且被赋予了环保的神圣使命。因此直流电机控制器的设计者们都十分关心功耗问题, 这也是目前电动车市场进一步繁荣所必须关心的因素。

　　为了使控制器和电机的短时过载能力相匹配, 目前的办法主要就是靠选用大功率半导体器件或加大控制器散热面积来解决。这样并没有真正降低功耗, 反而增加了控制器成本和体积重量。所以在一些对电机控制器的体积和重量有严格要求的场合, 这种方法就无能为力了。

　　电机控制器本身是一种功率变换器件, 自身需要消耗一定的电能, 而自身消耗电功率越大, 控制器的效率就越低。经试验发现, 控制器的功耗主要来自功率开关管和续流二极管, 其*率开关管的功耗主要有开关功耗和导通功耗, 这两部分功耗是可以通过选取开关速度快, 通态电阻小的功率元件来得到控制。而续流二极管产生的续流功耗则很难降低, 即使选用导通压降很低的肖特基二极管, 导通压降也至少在0.6V以上, 随着续流电流的上升其压降还会进一步增大, 那么在续流二极管上产生的稳态续流功耗占了整个控制器功耗相当大的比例。

　　2 同步续流工作原理

　　同步续流技术是一种实现同步续流管的栅极、源极间的驱动信号与同步续流管的漏极、源极之间开关同步的手段或方法。直流电动机控制系统多采用脉冲宽度调制(pulse width modulation PWM)斩波控制方式, 并采用H 型可逆的PWM 驱动控制系统,H 型可逆的PWM 驱动控制系统按照控制方法的不同,还可以划分为双极式H 型可逆的PWM 驱动控制系统,单极式H型可逆的PWM 驱动控制系统,以及受限单极式H 型可逆的PWM 驱动控制系统,以双极式H 型可逆的PWM驱动控制系统的同步续流来说,就是采用MOSFET 代替双极式H 型可逆PWM 驱动控制系统中的续流二极管,达到降低驱动控制系统的续流损耗, 以达到提高控制系统整体工作效率的目的。