免费文档范文--电动车无刷直流电动机控制设计(十四)

1)功率器件损坏；(2)控制器内部供电电源损坏；(3)控制器工作时断时续；(4)连接线磨损及接插件接触不良或脱落引起控制信号丢失。针对以上失效形式的起因分析如下：
 (1)功率器件的损坏，一般有以下几种可能：电机损坏引起的；功率器件本身的质量差或选用等级不够引起的；器件安装或振动松动引起的；电机过载引起的；功率器件驱动电路损坏或参数设计不合理引起的。
 (2)控制器内部电源损坏，一般有以下几种可能：控制器内部电路短路；外围控制部件短路；外部引线短路。
 (3)控制器工作起来时断时续，一般有以下几种可能：器件本身在高温或低温环境下参数漂移；控制器总体设计功耗大导致菜些器件局部温度过高而使器件本身进入保护状态；接触不良。
 (4)连接线磨损及接插件接触不良或脱落，一般有以下几种可能：线材选择不合理；对线材的保护不完备；接插件的选型不好：线束与接插件的压接不牢。
5.2.2 提高控制器可靠性的方案
 (1)首先是功率器件的型号、品牌与供应商的选择，然后对功率器件的筛选、老化，以上两点是提高功率器件可靠性前提。在此基础上，对功率器件安装工艺的设计和对功率器件驱动电路的设计才有意义。在电动自行车无刷控制器中由于有了PWM输出信号，就可以直接从电机换相的交流信号中取出频率信号进行倍压整流，用于无刷控制器的上三路功率管的驱动，这样从电路原理上分析，有以下几点好处：降低驱动功率损耗；简化驱动电路；使用无源电路直接有效的提高驱动电路的可靠性；可以根据用户需要，很灵活地实现刹车对电机的电制动功能。
 (2)对于控制器内部电源，为了防止控制器内部或外部短路对电源的损坏，同时也是出于对电源自身的保护，可以把电源设计成多路独立供电方式，这样既可以防止局部电路(转把、刹把、电机传感器等)发生短路而烧坏控制器，又可以防止电源电压异常升高而击穿外部器件。所以设计多路独立供电方式不但能提高整个控制系统的可靠性，同时也能避免在整车装配过程中由于误操作而损坏控制器。
 (3)要克服控制器对温度的敏感，第一是选择温度系数好的元器件，第二是从设计上降低各模块电路的功率消耗，第三是尽量减少无用功消耗，第四是充分考虑到控制器的散热。在电动车控制器里，用于采样电流信号的小阻值大功率电阻器件属于控制器的功率器件之一，电流采样电阻的功率消耗属于无用功消耗，应该算控制器功率损耗的一部分，要减小控制器的功耗，降低控制器的运行温度，可以利用电机的转速与电机电流的绝对对应关系，通过检测电机转动转速来监测电机电流，从而达到控制电流的目的。其中涉及的关键点是，程序中要有电机堵转保护，以免控制器功率管击穿或电机短路时，
电流得不到控制。控制器直接读取转速电流，不但可以对过流保护控制的非常精确，还可以利用转速信号与转把信号和电池电压信号的对应关系，判断出电机是处于什么样的负载情况下运行。
 (4)由于电动车电气系统信号的传输是用连接线束来完成的，出于提高电动车整车的可靠性和提高控制器本身的可靠性出发，对电动车连接线束与接插件的要求是：连接可靠，防水，防尘，抗震，防氧化，防磨损。基于以上要求，电动车连接线束与接插件要有完备的防护套，接插件要达到汽车级的接插标准，因为电动车的使用环境从某种意义上讲，比汽车的使用环境还要恶劣。
5.3单片机系统可靠性设计
5.3.1接地技术
 (1) 接地的原因和目的
 接地的原因:接地可以很大程度上抑制系统内部噪音，防止外部干扰，提高系统抗干抚性.如果接地处理不好，可能会形成严重干扰，使系统不能工作.接地的目的:通过接“系统地”，提供基准电位。
 (2) 电源线和地线阻抗噪声解决方法
 考虑范围主要是模拟电路，包括开关电流、地线电阻压降、电感等。主要方法有在设计电路板时加粗地线宽度;接地线构成闭环路.
 (3) 电源去藕
 在集成器件的电源线和地线之间接入去祸电容，可以缩短开关电流的流通途径，降低电阻压降。主要方法是在电路板入口的电源线和地线之间并接去祸电容:接一个大容量的电解电容(l0µf-l00µf)，降低低频干扰成分，一般采用铝电解电容:接一个小容量的电解电容(0.01µf-0.1µf)，降低高频干扰成分，一般采用电感小的云母或陶瓷电容。
(4) 集成芯片去祸
 原则上每一个集成芯片都应安装一个陶瓷电容，如果电路板空隙小，也可以每4-10个芯片放置一个lµf-l0µf的电容器。若系统时钟大于40MHz,需要安装103电容:若时钟小于40MHz，可以安装104电容:设计时需要注意务必尽量缩短电容器的引线.5.3. 2  P CB布线
 (1) PC B的布局
 在布局时应该遵守节省空间、可靠性高的原则。注意发热元器件不能与热敏元件靠近;在设计时要将散热片的尺寸考虑进去:插件设备的安装是必要的。
 (2)电源与地线的处理
 如接线技术所述，设计时要在电源与地线间安装去祸电容。电路板上的信号线的宽度按照地线>电源线>信号线的原则设计;英制与公制的换算为100mil=2.54mm;设计中可以利用大面积敷铜为地线加强系统的抗干扰性。
 (3) 数字模拟电路区分设计
 设计时要注意数字模拟电路的区分，尽量减小电磁兼容:尽可能减小电流环路的面积，避免环状天线的产生;使系统采用一个参考面，避免偶极天线的产生。
 (4) 布线规则设置
 在设计电路板时，要注意安全间距的设置，一般来说最小间距不应小于lomil;以下是走线宽度设置的参考值::信号线0.2-0.6mm，电源0.5-1mm，地线lmm;线宽和电流的对应关系大约是每mm线宽允许通过1A电流。
5.3.2抗电磁干扰技术
 (1) 电磁干扰的原因和分类
 电子设备日益增多使电磁干扰严重，因此在设计中要考虑降低电磁千扰。电磁干扰主要可以分为自然千扰和人为千扰。自然干扰包括大气干扰、天电干扰、热噪声干扰等:人为干扰包括电网干扰、电器干扰、射频源千扰、电子对抗干扰等.
 (2) 抗电磁干扰方法
 可以采用的抗电磁干扰的方法主要有:降低系统外时钟频率:选择低噪声单片机;设计电路板时使电源和地的管脚距离较近;设计时钟检测电路;设计看门狗电路;低电压复位等。
5.4实验结果分析与建议
5.4.1实验结果分析
 本课题经过理论研究、硬件设计、软件编程和系统调试，完成了控制器的设计。利用额定功率为350W,额定电压为36V，额定转速为30帅m的稀土永磁有位置传感器无刷直流电机为驱动的电动自行车作为被控对象。利用示波器和逻辑分析仪对电机的空载运行进行了检测。霍尔 传 感 器信号是三路180度脉宽的空间互差120度电角度的矩形波，图5.2所示的波形是其中的两路。
 图 5.3 是 A相上、下桥臂的MOs管驱动信号，图5.4是A相下桥臂MOs导通期间驱动信号PWM波形。由图5.3和5.4可以看

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