混合动力汽车系统电路结构设计

近几十年来，资源短缺和环境保护成为世界汽车工业面临的两大挑战。石油资源短缺，汽车尾气对大气的污染日趋严重，因此，各国汽车工业都加大了研究和开发其它燃料汽车和电动汽车的力度。

1 混合动力电动汽车系统结构

图1为串联式混合动力系统拓扑结构图，整个混合动力系统采用串联式结构，主要由能源供给系统、电气驱动系统和机械传动系统三大部分构成。能源供给系统由动力电池组、发动机-发电机机组组成;电气驱动系统由逆变器和电动机组成;机械传动系统将电动机的机械输出通过减速器送给驱动桥。整车系统采用can总线传输信息和命令，通讯介质采用屏蔽双绞线。

图1 串联式混合动力系统拓扑结构图

2 电机驱动系统主电路结构

2.1主回路元件选择

图2 驱动系统主回路电路图

电机驱动系统主回路原理如图2所示，采用三相桥式逆变器，根据牵引电机的参数：额定功率50kw; 额定电流167a; 额定电压240v;额定频率200hz; 峰值频率400hz。功率器件可选600v/600a，开关频率10khz。

直流侧支撑电容采用4个3300μf的电解电容并联而成，并联在高压直流母线两端。由于直流侧电压udc=336v，所以支撑电容的耐压等级应高于336v，取450v。

3 控制电路

3.1驱动系统控制部分设计

图3 电机驱动系统控制框图

图3为电机驱动系统控制框图，它由传感器测量与信号处理电路、控制板以及驱动板等组成。

电机控制电路分为电机电压控制电路（功率放大电路和H型双极驱动电路）和PWM脉宽调制电路。抗干扰电路和过、欠电压检测与保护电路已分别嵌入到了电机电压控制电路和PWM脉宽调制电路两大模块内 。

PWM脉宽调制电路

图4 PWM脉宽调制电路原理图

设计依据如下：UC3637的控制电压（16端）在±5V变化时，经UC3637内部比例放大器处理后的电压（即引脚9、11两端 ）在2～8V之间变化且线性较好。

3.2H型双极功率电路

H型双极功率电路原理图如图5所示。它由4个大功率管VT1～VT4和2个新型双极续流二极管DV1、DV2构成 。

图5 H型双极功率电路原理图

3.3IR2110功率放大电路设计

依据大功率管IRF640容量较小，承受反压能力较低的优点。采用4个大功率管作为功率驱动电路开关元件，同时用2个IR2110作为基极驱动器对称地驱动每侧大功率管IRF640， 如图6所示。图6是左侧IR2110功率放大电路原理图 。

图6　左侧IR2110功率放大电路原理图

IR2110功率放大电路主要由电容C205和二极管D201构成的自举电路来实现功率驱动。因此IR2110功率放大电路参数设计重点是自举电容和自举二极管的选取。

4 电机的工作原理

控制电路性能可通过检测电机的性能好坏来评价。电机的性能试验通过混合动力电动汽车系统来实现，如图7中的虚线框所示。混合动力电动汽车系统控制方案为：和电机控制电压相对应的转速n1与转速传感器反馈转速n2之差的电压信号，经PID外环控制器后与角位移传感器反馈的角位移信号合成且经内环PI控制器后形成控制电压，来控制电机转动某个角度θ， 最后经发动机输出转速n。

图7混合动力电动汽车系统控制方案图

编辑点评

本文设计了一种新型混合动力电动汽车的电机控制电路，控制电路由电机电压控制电路和PWM脉宽调制电路构成。利用所设计的电机控制电路，进行了电机的线性度和助动转矩等性能试验。