電機(jī)控制器的工作原理,組成結(jié)構(gòu)詳解-KIA MOS管

電機(jī)控制器結(jié)構(gòu),原理

電機(jī)控制器是一種集成了微處理器、功率電子器件、傳感器、驅(qū)動(dòng)電路等元件的智能控制設(shè)備。它能夠根據(jù)輸入信號(hào)，對(duì)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和調(diào)整，以滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

電機(jī)控制器的主要功能

啟動(dòng)控制：實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)啟動(dòng)，避免啟動(dòng)時(shí)的電流沖擊。

調(diào)速控制：根據(jù)輸入信號(hào)，調(diào)整電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速。

轉(zhuǎn)矩控制：根據(jù)負(fù)載變化，調(diào)整電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

方向控制：實(shí)現(xiàn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的切換，滿足不同方向的運(yùn)行需求。

保護(hù)功能：具備過(guò)載、過(guò)熱、過(guò)壓等保護(hù)功能，確保電機(jī)的安全運(yùn)行。

電機(jī)控制器主要組成部分

1、電子控制模塊(ElectronicController)

電子控制模塊包括硬件電路和相應(yīng)的控制軟件。硬件電路主要包括微處理器及其最小系統(tǒng)、對(duì)電機(jī)電流，電壓，轉(zhuǎn)速，溫度等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)電路、各種硬件保護(hù)電路，以及與整車控制器、電池管理系統(tǒng)等外部控制單元數(shù)據(jù)交互的通信電路。控制軟件根據(jù)不同類型電機(jī)的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制算法。

2、驅(qū)動(dòng)器(Driver)

驅(qū)動(dòng)器將微控制器對(duì)電機(jī)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)功率變換器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并實(shí)現(xiàn)功率信號(hào)和控制信號(hào)的隔離。

3、功率變換模塊(PowerConverter )

功率變換模塊對(duì)電機(jī)電流進(jìn)行控制。電動(dòng)汽車經(jīng)常使用的功率器件有大功率晶體管、門極可關(guān)斷晶閘管、功率場(chǎng)效應(yīng)管、絕緣柵雙極晶體管以及智能功率模塊等。

電機(jī)控制器的工作原理

輸入信號(hào)處理：電機(jī)控制器接收來(lái)自外部的控制信號(hào)，如模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)等。這些信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后，用于控制電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。

微處理器控制：微處理器是電機(jī)控制器的核心部件，負(fù)責(zé)處理輸入信號(hào)，生成控制指令，并通過(guò)通信接口與其他系統(tǒng)進(jìn)行交互。

功率電子器件控制：功率電子器件是電機(jī)控制器的關(guān)鍵部件，負(fù)責(zé)將控制指令轉(zhuǎn)換為電機(jī)所需的電壓和電流。常見的功率電子器件有晶體管、MOSFET、IGBT等。

傳感器檢測(cè)：傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，如溫度、轉(zhuǎn)速、電流等。這些信息被反饋到微處理器，用于調(diào)整控制策略。

驅(qū)動(dòng)電路：驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)將微處理器生成的控制指令轉(zhuǎn)換為功率電子器件所需的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。

電動(dòng)汽車電機(jī)控制器原理圖

在驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)中，電機(jī)控制器對(duì)所有的輸入信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)位置傳感器檢測(cè)到轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，經(jīng)處理后得到電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速信號(hào)；根據(jù)擋位、加速、制動(dòng)踏板等信號(hào)，處理后得到電機(jī)的需求轉(zhuǎn)速；并通過(guò)矢量控制，得到 PWM 發(fā)生器的輸入信號(hào)，通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生控制逆變器功率元件（IGBT）導(dǎo)通和斷開的控制信號(hào)，輸入給逆變器，從而控制車輛的啟動(dòng)運(yùn)行、行駛速度、剎車等行駛狀態(tài)；同時(shí)，MCU將系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息共享發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)車輛行駛狀態(tài)的反饋。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)控制器對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制分為驅(qū)動(dòng)控制、速度控制、方向控制和制動(dòng)控制。

（1）驅(qū)動(dòng)控制：MCU 內(nèi)部的逆變器將動(dòng)力電池提供的兩相直流電逆變?yōu)殡妷骸㈩l率可調(diào)的三相交流電，供給驅(qū)動(dòng)電機(jī)并驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。

（2）速度控制：采用PWM控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，從而對(duì)汽車進(jìn)行調(diào)速。

（3）方向控制：通過(guò)改變逆變器中IGBT的導(dǎo)通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，實(shí)現(xiàn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，從而改變汽車的運(yùn)行方向。

（4）制動(dòng)控制：驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為發(fā)電機(jī)運(yùn)行將動(dòng)能變?yōu)殡娔墚a(chǎn)生三相交流電，經(jīng)逆變器變?yōu)橹绷麟姺答伝貏?dòng)力電池，進(jìn)行再生制動(dòng)。

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