外文翻译---基于高压无刷直流电机小型电动车的控制和结构.docxVIP

翻译部分外文原文中文译文基于高压无刷直流电机小型电动车的控制和结构摘要——无刷直流电机(以下简称BLDC)在低压交通工具（如：助力自行车、电动车和本文所阐述的机动山板）领域已经变得越来越重要。随着技术飞速发展，高能电池如锂聚合物电池的应用因其高性价比、轻重量，已经变得越来越普及。由于BLDC高能、轻重、低成本等优势,使得BLDC成为目标内燃机功率要求达到7KW的首选。本文中电动爬山车装配专用电子控制器。电机通过内置霍尔传感器判别转子位置。同时，还有很多其它传感器用于监测其它对电机运行环境起重要作用的一些变量，如电机相电流，电池电压，电机温度，晶体管温度等。这套所阐述的系统通过几个附加特征模块，使得功能进一步提升，如：LCD屏输出，再生反电势，定时超前，巡航，软件启动等。这些功能将在下文进行简要阐述。关键词：无刷直流电机控制器；再生制动；定时超前；电动滑板；霍尔传感器。一．介绍机动山板能帮助使用者进行极限登山运动，一般限于下坡，到平坦地区和上坡面。这给用户更广泛的登山位置选择。一种外转子BLDC已经被投入应用。这种电机因其低速（130RPM/V），高转矩特性，同时减少了传动装置而被青睐，一个比例为3.8：1的传动装置被用来直链驱动。装置配备功率为6.5KW的Turnigy C80100-13电机，该电机足够用来驱动速度大约在70km/h的小型交通工具。然而，由于驱动装置和电池电压的原因使得登山车的速度限制在50km/h的水平。所以，增大了的轮动转矩足够保证装置爬上险峻的山脉。无霍尔传感器的电机要求产生可测量的反电动势传递给电机控制器，以便能够确定转子位置的，但因此不能提供换向平稳启动和低速。相反，一个装有位置传感器的BLDC，能够在任何速度下确定转子位置。同时，在启动过程中，可以顺利换相。专用装有传感器的BLDC因此而产生的。二．电气系统综述Silicon Laboratories公司的C8051F020混合信号现场可编程微控制器，已被用来根据来自不同传感器的输入信号控制驱动电路的。该控制器运行用C语言环境下的定制软件。该软件用来控制电动机控制器的运行。图1显示功能块的电机控制器。该电动机控制器使用一个三相H桥驱动电机。该电路的优越性在于它允许电机四象限运行，以及惯性运动。如图2所示三相H桥的原理图。图2.三相逆变桥路电机控制器应满足电机的特殊要求，能够供给连续5S提供48V电压下的130A电流，并能够连续提供至少40A的电流。H-桥的功率开关管选用N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（N-MOSFET的）。它们的优势在于低成本及在两个MOSFET并联条件下的电流导通能力[1]。为获得130A的目标电流，两个N-MOSFET的并联使用组成六个开关的三相H桥。A.电机驱动电路在微控制器和MOSFET之间使用栅极驱动器IC的原因有三：1.将3.2V来自单片机的逻辑信号转换为低侧晶体管12V信号，使得MOSFET饱和。2.提供一个电荷泵电路，用于驱动高侧栅极pin脚电压到12V以上，使得MOSFET的饱和。3.为三相H桥提供直通可编程死区时间保护。栅极驱动器IC和MOSFET的栅极之间栅极电阻是用来减缓晶体管的开关时间。这是为了减少通过电机绕组[2]的电流变化率（di / dt的）。当晶体管接通或关断时电机绕组会产生感应电势（自感），电势的大小和通过绕组的电流变化率成正比。这个感应电压可能会导致晶体管体承受电压超过VACS等级，导致它们损坏。设计这些栅极电阻和并联的晶体管在某种意义上[3]可以减少电路振荡问题。图3为一个在半桥路中能够减小振荡的栅极电阻电路的原理图。如果需要更多的晶体管并联，电路可以进行扩展。图3.栅极电阻的电路图，以尽量减少MOSFET栅极振荡对于保护晶体管，仅仅减缓晶体管的开关时间是不够的；母线电容器也被用于吸收尖峰电压[2]。由于存在非常高的电压尖峰的频率（约50 MHz）。低等效串联电阻（ESR）电容是必需的。标准的电解电容的速度难以实现吸收这种频率的瞬态电压。电机控制器的电路采用了霍尔效应电流传感器来测量电机的相电流。如果相电流超过设定的限制，电机控制器切断电机电源，以防止电机绕组和晶体管由于电流超过最大额定值而被损毁。霍尔效应电流传感器的输出是一个模拟信号，它和流过导线的电流大小成比例。本应用中还装有一个双向电流传感器，以测量再生制动的电流。电机控制器还使用电压传感器电路以测量电池的电压。如果电压低于规定的最小电池电压，电机控制器将切断电机电源。它的作用非常重要，因为可以防止过分使锂离子聚合物电池组放电，永久地降低电池的容量[4]。由于宽范围的工作电压，电动机控制器能够在（从16V到70V）电压范围内运行。使用一个简单的分压器电路和一个低通RC滤波器代替电平移位器进行电压检测。温度传感器安装在电机和晶体管的散