【外文翻译】为轻型电动汽车设计一款电机调速控制器DESIGN OF A MOTOR SPEED CONTROLLER FOR A LIGHTWEIGHT.doc

外文文献翻译 为轻型电动汽车设计一款电机调速控制器 Ben Carroll, Dennis Klug, Lina Dimitrov, Stacy Marmara, Rae Montemayor, Ben Carroll, Dennis Klug, Lina Dimitrov, Stacy Marmara, Rae Montemayor, Aric Shaffer, Paul Shaub, Edmund Tse, and Mark Thompson. IEEE Xplore:559-562. 摘要：本文主要讨论了应用在轻型电动汽车的直流电机速度控制器的设计。讨论的焦点在电力电子平台以及基于微型控制器的数字控制系统的设计上，以提供安全、可靠的运行。 一 简介： 凯特林大学的每个工程学课程都包含一次顶峰的设计经历。这些课程强调设计基础和团体合作，以设计出一个具体重要意义的设备或体系（通常是多学科性质）成为制高点.本文主要介绍了1998年第一学期凯特林大学的8位电子和计算机工程学的学生组成的一个团体所设计的一个顶峰设计项目。该项目包括了应用于轻型电动汽车的脉冲宽度调制直流电机速度控制器的设计、建立和示范的过程。 在项目的最初主要技术规范如下： a. 控制器运行的电压为24到28伏之间。 b. 控制器能处理电流的有效值为100A以上的负载。 c. 脉冲宽度调制应在听频范围之外工作（建议20千赫兹）。 d. 需设置欠压、过流和温度保护。 e. 预算开支不超过500美元。 这个设计团体分成若干个具有专业技术的小分队，每个分队负责各自相关部分的设计。 在这个项目中，各个专业小组分别定义为：电源电子设计、微控制器设计、系统仿真、传感器和接口设置。电源电子设计组选择基础的开关电路和总开关元件的布局，栅极驱动器，和模拟保护电路。微控制器组主要负责开发和设计数字控制运算法的任务以符合项目的技术条件。仿真组负责开发系统组件的模型并利用SABER程序来模拟电力电子和保护电路。传感器组负责在保护电路里加一个电流传感器电路，两个温度传感器电路（监视电机外壳的温度和散热片的温度），和为微控制器提供所需速度信号的节气门位置传感器。团队的队长协调各个小组之间的工作并加快各个子系统组合成整个体系的速度。 除了控制器的设计，该团队还设计并组装了一个有电力驱动机构的赛车底座作为控制器的测试车。一种先进的直流电机48V/ 350A（型号140-01-4005）通过一个4： 1减速比的链齿与车轴链接。48伏的电池组包括6个8伏的德尔科深循环铅酸电池，这辆车整车质量为500磅。 二 讨论 1 电源电子设计 在48伏的电池组下，电机控制器采用了降压变换器（如图1），使一系列的直流电机能在功率高达28.8千瓦的连续的电流模式中运行。低电压和高功率导致间断性电池电流上升到600A，电机的循环电流超过1000A。在这样的电流中，电路的布局和保护对转换器的可靠操作显得尤为重要。转换器可分为以下四个部件：功率半导体、微处理器、门驱动电路、散热器、滤波电容。 图1. 降压变换电路图 （1）功率半导体 我们选择金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）作为开关元件，因为它在50伏的范围内可以将导通损耗减到最低，而且与绝缘栅双极晶体管（IGBTs）相比，这个更容易控制。有一种电源模板，可以用单个设备开启我们所需的电流，但是它所需的价格太高。小型的电动汽车如高尔夫车上的电机控制器都采用串联的MOSFET，因为这一类晶体管的小尺寸芯片和其通用性能它的价格不会很高。爱塞斯200的7号电源MOSFET解决了这两个极端产生的问题。为了提高安全系数，这四个部件都是并联上去的。 这种型号的降压变换器中的续流二极管可能会产生巨大的损耗。这主要有两个原因：二极管正向压降和续流二极管的反向恢复时间。在这两个方面肖特基二极管比PN结二极管占有优势。但这个目前不能在所需的电压中适用。续流二极管选用了STO-227封装（IXYS制造D552X6101A）中的双肖特基设计。为使设计有一定的安全性，必须适用这样的四种装置。大家想到了用同步整流器代替二极管，但是经调查发现并没有减少其损耗。 （2）微处理器隔离/门驱动器 一种高速的光耦合器可以用来隔离微处理器和门驱动电路。这种光耦隔离器适合每个MOSFET的栅极驱动电路，每个MOSFET适用各自的门驱动器可以消除门驱动电阻，因而控制寄生震荡。通过控制栅极电源电压或者更改不同额定电流的栅极驱动器可以控制MOSFET导通和关断的速度。如果其中任何部件发生意外，门驱动电路可以迫使MOSFET关断，这就是设计门驱动电路的原因。 图2所示的是在150A电池电流下MOSFET典型导通和关断