集成式电机控制器电气设计方案与控制器逻辑详解,营销平台推广方法_网络营销

集成式电机控制器电气设计方案与控制器逻辑详解,营销平台推广方法

栏目：网络营销发布时间：2025-03-01

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1 引言

电机控制器原本是通过逆变桥调制输出正弦波以驱动电机的设备，如今它变成了具有多种功能的集合体。4. DSP 电路：能够接收整车的控制指令，同时提供反馈信息，检测电机系统的传感器信息，并且依据指令传输电机控制信号。本文通过实例来介绍集成式电机控制器的电气设计方案以及控制器逻辑，并且从点到面地介绍了集成方案所具备的功能。

2 架构原理

2.1 电气架构设计

动力电池提供驱动电源。正负极高压电从动力电池传出，传至集成式电机控制器。在控制器内部进行电源分配后，高压电主要被分配到 IGBT 逆变器，用于将高压直流电转换成高压交流电，为主驱电机提供电源。另外一部分高压电被分配到辅助高压用电器（本文示例为电除霜设备（PTC）），为其供电。接触器 KM1 和 KM2 以及熔断器电阻 R1 构成预充电路。集成电机控制器内部存在滤波电容 C1，预充电路能够起到这样的作用：限制动力电池在接通瞬间对滤波电容 C1 的充电电流，从而保护 IGBT 逆变器不会因为滤波电容 C1 瞬间的短路电流而受损。电除霜设备属于电感性用电器，其支路电路可以直接开断，只需一个电除霜接触器 KM3 就可以了。

集成式电机控制器的控制中枢是 HCU（高压控制单元）。在控制器外部，HCU 直接与外部电路相连接，外部电路为 HCU 提供低压电源和唤醒信号。并且，HCU 与外部电路通过 CAN 通信来交互传递控制命令和检测信息。在控制器内部，HCU 依据霍尔传感器（L1、L2）、电压传感器（V1、V2、V3、V4、V5、V6）、温度传感器（TH2）来检测控制器电路的电气温度信息，以查看电路状态。同时，HCU 通过接触器控制电路的开闭，从而达到控制各高压用电器的目的。HCU 与主驱电机内的旋转变压器 RS 用 EXC 激励电源（EXC-N、EXC-P）、正弦信号（SIN-N、SIN-P）、余弦信号（COS-N、COS-P）这 3 组信号线相连接。通过解调正余弦信号，能够获得主驱电机的角度位置信息。同时，HCU 通过温度信号（temp-、temp+）线与主驱电机内的温度传感器 TH1 相连，以此来收集主驱电机的温度，从而了解主驱电机内部温度是否出现异常。集成式电机控制器高压架构见图1。

2.2 接线原理设计

集成式电机控制器（MCU）的低压线束包含电源线、唤醒线、CAN 线。MCU 的电源线与蓄电池相连，由蓄电池直接供电。开关打到 ON 挡时，整车控制器（VCU）通过硬线给 MCU 提供唤醒信号，促使 MCU 激活并进行自检，使 MCU 处于待命状态。开关打到 ST 挡时，VCU 收到 START 信号，然后通过 CAN 线将上高压指令发送至 MCU，MCU 控制 IGBT 闭合，使整个回路处于高压通电状态。若整车有开电除霜的需求，仅需在 ON 挡状态下，VCU 会向 MCU 发送开启 PTC 的命令，MCU 接到命令后闭合 PTC 接触器即可。集成式电机控制器的接线原理如图 2 所示。

图1 集成式电机控制器电气架构图

图2 集成式电机控制器接线原理图

3 元件选型

集成式电机控制器（MCU）包含 HCU（高压控制单元）、IGBT 逆变器以及 PDU（电源分配单元）这 3 个部分。接下来分别对它们进行介绍。

3.1 HCU

HCU（高压控制器单元）主要包含以下部分：电源电路、控制芯片（DSP/FPGA）及其外围电路、控制电路、检测电路、I/0 电路、CAN 通信电路、传感器。它负责对三合一电机控制器内部的元件进行检测和控制，同时还能与外部设备进行通信。检测电路的职责是收集控制器内部霍尔传感器（L1、L2）所发出的信号，以及收集电压传感器（V1、V2、V3、V4、V5、V6）所发出的三相电流和接触器前后端电压信号，通过这些信号来判断当前控制器内部元件的状态。同时，检测电路还负责收集电机内部旋转变压器和温度传感器反馈回来的旋变和温度信号，以此来了解电机当前的状态。控制芯片处理信号后，通过控制电路对接触器进行控制，同时也对 IGBT 逆变器进行控制，从而达到高压配电的作用以及驱动电机的作用。

3.2 IGBT逆变器

IGBT 逆变器是一种由半导体器件构成的电力调整装置。它主要用来把直流电力转换为交流电力。逆变器内部由 6 个 IGBT（绝缘栅双极型晶体管）构成。每一相输出线都与正负直流母线之间连接着一只 IGBT 功率管。6 个 IGBT 按照特定顺序，依次间隔 60°进行循环导通或关闭操作。通过这样的方式，能够将输入的直流电转变为交流电，进而形成相位差为 180°的 UVW 三相电。

IGBT 功率管常规选配核算依据 1-2015 。控制器需能够承受电机峰值电流，且时间至少为 30s 。IGBT 峰值直流电流要大于等于 1.414 倍电机最大相电流的有效值。IGBT 直流耐电压要大于等于 1.414 倍电机峰值反电动势。

3.3 PDU

PDU 即高压电配电单元，它承担着控制器内部高压电的分配工作，还负责电路保护、预充以及滤波等事宜，其主要包含接触器、熔断器、电阻、滤波电容等部件。

3.3.1 接触器

控制器选用直流接触器。这种接触器通过线圈流过电流产生磁场，进而使触头断开或闭合，以此来控制负载电流的通断。在其中，预充电接触器的作用在于有效保护负载内部的电容、熔断器以及主接触器。它能防止在直接上电的瞬间，因瞬间电流过大而可能导致设备损坏的情况发生。

选配时需注意，接触器主触头的额定电压要大于或等于负载的额定电压，主触头的额定电流要大于或等于负载额定电流的 1.3 倍。本控制器系统的接触器包含电机主接触器 KM1、电机预充接触器 KM2、电除霜接触器 KM3。

3.3.2 熔断器

熔断器能够对电路起到短路保护的作用，同时也能起到过流保护的作用。熔断器的额定电压必须要低于系统工作电压是不行的，也就是说熔断器的额定电压不得低于系统工作电压。熔断器的额定电流要大于等于 2 倍熔断器所在回路可允许的最大连续负载电流。本控制器系统中的熔断器包含主驱电机熔断器 FU1 以及电除霜熔断器 FU3。

3.3.3 系统电阻与滤波电容

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