电动车用辅助逆变器的设计与实现

电动车用辅助逆变器的设计与实现摘要:电动汽车的运行与普通汽车有许多不同,需要设计安装大量专用辅助设备,且要求辅助设备结构简单、运行稳定、运行成本低。文章描述了电动车用辅助逆变器的特殊应用环境和工作要求,提出一种设计思路,并分别从硬件结构和软件流程两方面介绍系统的构成。关键词:逆变器SA4828芯片脉宽调制CAN总线1引言目前各种类型的电动汽车发展日新月异,车辆主动力单元采用的电机和驱动方式各有特色,但在车用辅助电机的选择上却观点一致,即充分利用电动车直流母线电压高(通常为300～600V)的特点,利用辅助逆变器将直流变成三相交流电驱动交流异步电机,为车上的刹车气泵、液压助力泵、空调压缩机等设备提供动力。在大型电动车上,驱动这些设备的电机功率在3～10kW之间,采用交流电机可以比同等直流电机成本更低、体积更小、重量更轻,而且运行噪音小、维护量大大降低。电动车的发展在国外已经进入实际应用阶段,而国内仍处于开发样车阶段,多数研发单位只是将通用变频器进行简单改装后作为辅助逆变电源投入使用。这样不仅成本较高,不能完全适应电动车的实际运行需要,也不具备CAN总线通讯能力,无法参与整车系统的数据通讯。新公布的国家“863计划”关于电动车发展规划中已经明确规定:新申报的电动车开发项目必须采用基于CAN总线的整车通讯控制系统。因此辅助逆变器在提供三相交流电源功能的同时,系统必须具有CAN总线通讯接口,以便参与整车系统的控制。电动车用辅助逆变器的设计必须充分考虑产品的运行环境和负载特点,简化系统硬件结构,确保设备运行稳定。从直流输入来看,电动车动力电池电压有一定的波动范围,在电量充足时每个电池单体的电压可以达到1.45V或更高,随着使用过程中能量的不断输出,电压会逐渐降低,达到1.2V甚至更低。由280节单体串联成的电池组,其母线电压通常会在400～330V之间浮动,变化率高达21.2%。因此逆变器必须能够适应较宽范围内的电压浮动。同时,作为电源设备,这种辅助逆变器不仅可以驱动各种三相交流电机,还可以作为车上的工频电源,为更多的车载设备服务。因此,设计开发一种专用的电动车用辅助逆变器,不仅可适应电动车直流母线电压浮动大的特点,还可以参与整车控制,提高系统运行效率、节约能源。2系统整体构成设计完成辅助逆变器的设计必须从其输入ö输出要求出发,做到结构清晰、功能明确。在系统结构上可以将电动车用辅助逆变器按功能分为4个部分,如图1所示。1）DCöDC电源,自动适应直流输入端的大范围电压浮动,为逆变器的其他电路提供稳定的低压电源。2)主功率逆变电路,由6路IGBT组成三相逆变桥,完成主直流电源的逆变输出。3)逆变器主控制板,监测各路输出的电压、电流,根据运行情况智能调整逆变电路的输出;采用三相PWM波型发生专用芯片,提高系统稳定性。4)整车通讯接口,负责传递逆变器运行数据,参与整车系统的通讯和控制。每个部分尽量采用成熟技术和常用标准器件,保证系统运行的可靠性。3硬件实现本辅助逆变器的直流输入为330～400V,交流输出相间电压220V,输出频率50Hz,最大输出功率5kW。因为负载中包括单相交流电机,系统设计中考虑了解决三相负载不平衡的问题。311DCöDC多功能电源所谓多功能是指该DCöDC电源不仅要为整个辅助逆变器提供多路隔离电源,同时具有自动适应输入电压波动的功能。电路板中采用SG3525A集成脉宽调制器作为主控制单元,功率MOSFET管、多抽头高频变压器和二极管整流电路等设备共同组成1个稳压电源,如图2所示。作为核心器件的SG3525A是一种常用开关电源控制器,包括了脉宽调制开关稳压电源所需的基本电路。外接振荡电路后,芯片可以从输出端OUTA发出高频脉冲信号,驱动功率MOSFET管,并由后者控制变压器原边高压电路的导通和关断。高频变压器副边为彼此隔离的多路绕组,经二极管整流后,输出多路5V,12V和20V稳定直流电压。SG3525A内部比较器可根据+V,-V2个管脚的输入调整输出信号的脉宽。将变压器输出端的1路5V电压作为负反馈接入管脚-V,而将芯片自身发出的标准电压VREF引入管脚+V,形成DCöDC电源输出的闭环控制。当系统输入电压受到整车直流母线电压下降影响时,SG3525A根据反馈电压及时进行补偿,从而保证在不同电压输入条件下实现稳定的直流电压输出。3.2主功率逆变电路辅助逆变器主功率电路的设计目标是简化结构,并尽量减少不必要的线路和设备。硬件结构主要包括由6个独立IGBT搭建而成的三相逆变桥,以及EXB841专用芯片组速、功能实际、运行稳定,是一种较好的设计方案。对于不同的CAN总线通讯系统,可以适当修改CAN总线接口的通讯子程序,从而适应不同车型的需要。参考文献1MITELSEMICONDUCTOR.(SA482832PhasePulseWidthModulat