板载转换器和电机控制MCU应用指南
不带内燃机的全电动汽车需要安全,具有成本效益的大容量储能系统。高效的软件算法,功能强大的微控制器和高效电机可以极大地利用现有的能源。
高集成度有助于实现更精简和低成本的电机控制系统。专为混合动力汽车和电动汽车设计的新一代高度集成的MCU包含一个时序结构,该时序结构可以生成电机控制信号以及各种I / O端口和接口。
图1显示了混合动力和电动汽车的大致分类。混合动力汽车和电动汽车的核心要素是变速箱系统中的电动机。
电动机与传统的内燃机一起部署在混合动力汽车中,并在电动汽车中用作动能的独立来源。选择电动机需要仔细分析尺寸,重量,可靠性,耐用性,所需扭矩和整体效率。
图1:混合动力和电动汽车的分类图。适用的电动机有两种基本类型。
一种是异步电动机,它耐用且价格合理,因为它们不需要由稀土元素制成的磁体。可以通过软件算法控制其特征参数,并且无需维护。
该电动机的效率略低于同步电动机,并且在启动时具有较低的转矩。缺点是效率略低,约为90%,重量较重。
另一个合适的电动机是永磁同步电动机(PMSM),它具有高扭矩,紧凑的尺寸和接近94%的高效率。同步电动机需要使用由稀土元素制成的永磁体,因此成本相对较高。
异步电动机和永磁同步电动机的无刷版本不存在电刷损耗的问题。永磁同步电动机具有更好的尺寸/转矩比和更高的效率,目前是电动和混合动力车辆驱动系统的首选。
控制:如前所述,以上两个电机均为无刷版本。尽管这种类型的无刷电动机需要更多的整流,但它可以提供安全有效的控制,这是传动系统中最基本,最重要的事情。
当前的挑战是要实现电机,电力电子设备,控制单元(微控制器)和控制软件的完美平衡。所使用的算法必须适合其各自的电动机和应用,以便电子控制器可以始终实现最佳的电动机换向。
如果使用不正确,可能会导致不良后果,例如不规则执行和过多的噪音,可能会对效率产生一定程度的负面影响。电机控制包括针对不同应用的各种控制算法。
基于传感器的转子位置检测可以通过各种感应系统实现。通常,检测转子的位置对于精确的电机控制至关重要。
作为重要的组成部分,转子位置传感器对电动机系统的性能和效率有重大影响。霍尔位置传感器基于霍尔效应,该霍尔效应通过改变载流导体周围的磁场来感应电压。
借助于转子磁环和安装在转子上的传感器装置,霍尔效应传感器成为一种方便且廉价的角度检测方法。磁极和霍尔元件的数量越多,分辨率和精度越高,并且越容易受到电磁干扰。
增量编码器是一种常用的传感器,已在许多设计中广泛使用。它具有机械和光学扫描特性,可以确定当前的角位置。
测量角度时,增量编码器必须基于零位置或参考位置。对于微控制器,实际角度测量仅涉及检测旋转方向并计算脉冲发散角。
角速度可以通过简单地测量两个脉冲之间的时间间隔来计算。对电磁干扰不敏感是非常有益的。
相反,任何机械摩擦损失和对灰尘的敏感性在光学系统中都是不利的。旋转变压器旋转变压器是一种坚固的传感器,通常用于汽车行业。
它不受磁场干扰和污垢的影响,并且不受角度检测过程中的摩擦损失的影响。它由一个永久性地连接到电动机轴(电动机转子)的轮和一个永久性地连接到电动机壳体的环形定子组成。
定子包含至少一个励磁线圈和两个传感器线圈。更高的分辨率。