驅動電機控制器的案例
新能源電動汽車電動汽車驅動電機控制器結構與功能
一、電動汽車驅動電機控制器概述
電機控制器，控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中，電機控制器的功能是根據檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅動電機控制器的基本結構
電動汽車驅動電機控制器基本結構可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉速、轉矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸的對接。
低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 新能源電動汽車電動汽車驅動電機控制器結構與功能
一、電動汽車驅動電機控制器概述
電機控制器，控制動力電源與驅動電機之間能量傳輸的裝置，由控制信號接口電路、驅動電機控制電路和驅動電路組成。
圖1 某車型三合一集成式電機控制器
在電動車輛中，電機控制器的功能是根據檔位、油門、剎車等指令，將動力蓄電池所存儲的電能轉化為驅動電機所需的電能，來控制電動車輛的啟動運行、進退速度、爬坡力度等行駛狀態，或者將幫助電動車輛剎車，并將部分剎車能量存儲到動力蓄電池中。
它是電動車輛的關鍵零部件之一。
電機控制器的基本功能可分為兩個部分
二、電動汽車驅動電機控制器的基本結構
電動汽車驅動電機控制器基本結構可分為：殼體、高低壓連接器、電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
電氣功率元件主要為IGBT集成功率模塊，是電氣控制器關鍵零部件。
下圖為IGBT集成功率模塊。
通過電子控制元件與電氣控制元件對IGBT集成功率模塊的控制，輸出可控的三相正弦交流電流，從而控制電機的轉速、轉矩。
如圖為 IGBT集成功率模塊原理簡圖。
IGBT集成功率模塊原理簡圖
1. 殼體與連接器
電機控制器的殼體的主要用于固定各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件及連接器，并提供密閉的防塵防水（IP67）空間保護各電子控制元件、電氣控制元件、電氣功率元件。
由于車用電機控制器IGBT集成功率模塊輸出功率高，溫升快。
殼體提供相應冷卻水路從整車冷卻系統引入冷卻液以冷卻IGBT集成功率模塊。
如圖所示為電機控制器殼體。
連接器安裝于殼體外部，可分為高壓連接器與低壓連接器。
如下圖所示為高低壓連接器。
高壓連接器主要用于與外部電能的傳輸的對接。
低壓連接器主要用于12V電源的供應、與其他控制器通訊。
2.
展開 電動汽車電機驅動控制器功能安全架構研究
2.1 EGAS架構在功能安全中的應用
電機驅動控制器EGAS架構主要設計理念是將控制系統進行分層設計，即分為功能層（Level1）、功能監控層（Level2）和處理器監控層（Level3），如圖1所示。
功能層（Level1）主要實現控制系統的基本功能，對電機驅動控制器而言，即執行轉矩的輸出；此外，其還包含了組件監控、輸入/輸出變量診斷以及當檢測到故障后執行系統的故障響應功能。功能監控層（Level2）主要實現對Level1的監控，例如，通過監控計算轉矩的實際輸出值判斷Level1軟件是否正確等，而一旦診斷出故障，將觸發系統的故障響應，并由Level1或Level2執行。處理器監控層（Level3）主要是通過問答的形式監控Level2處理器是否出現故障，需要由一個獨立的ASIC或微處理器實現；當出現故障后，觸發系統的故障響應，并獨立于Level1去執行。因此，可以將Level1定義為基本功能（QM），而Level2和Level3定義為安全功能（ASIL）。
2.2 電機驅動控制器安全理論分析
根據1.1節分析，電機驅動控制器的安全目標是“避免非預期的轉矩增加”，將其分解到2.1節EGAS架構中的Level2層，對應的安全目標為“實現轉矩的正確監控”。因此，要實現電機驅動控制器的功能安全，需要對輸出轉矩進行實時監控。根據文獻可知，永磁同步電機轉矩方程為
式中：p——電機極對數；id和iq——d,q軸電流；ψd,ψq——d,q軸磁鏈。
磁鏈的計算公式為
式中：ψf——永磁體磁鏈。
因此，可通過式（1）、式（2）對轉矩進行實時觀測，監控其輸出量是否與目標量一致。試驗電機極對數為4，其銘牌參數如表4所示。
通過離線參數辨識，得出試驗電機的磁鏈（圖2）及電感參數（圖3）。
根據離線辨識結果，d軸電感變化范圍較小，故取定值0.23mH。
展開 新能源汽車驅動電機及控制器解析
驅動電機系統是電動汽車三大核心系統之一，是車輛行駛的主要驅動系統，其特性決定了車輛的主要性能指標，直接影響車輛動力性、經濟性和用戶駕乘感受。驅動電機系統由驅動電機、驅動電機控制器(MCU)構成，通過高低壓線束、冷卻管路與整車其他系統連接。
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ODESC V4.2 BLDC 電機驅動器/控制器
ODESC V4.2 無刷直流電機驅動器/控制器，帶連接器和 50W 功率電阻器，用于制動。在 FreeCAD 中繪制。
淺析純電動汽車驅動電機控制系統的控制過程
驅動電機控制系統中的各種傳感器將信號反饋給控制模塊，控制模塊根據檢測測出的電流信號、電壓信號、溫度信號對電機當前運行狀態進行監測并調整相應的參數，完成控制。驅動電機控制模塊根據溫度傳感器反饋的信息，再通過 CAN 線反饋給整車控制器整車控制模塊，來控制冷卻風扇的開啟與否、冷卻系統循環的路線，確保電機保持在理想溫度下工作。
驅動電機控制系統工作過程見圖 3。
驅動電機控制器主要功能有：
①驅動時：逆變器將蓄電池提供的直流電逆變為電壓頻率可調的三相交流電，供電動機使用，驅動汽車運行。
②制動時：電動機做發電機運行將動能變為電能產生三相交流電，經逆變器變為直流電反饋回蓄電池，進行再生制動。
③運行速度控制：采用脈寬調制控制改變逆變器輸出的三相交流電的電壓和頻率就可以改變電機的轉速，從而對汽車進行調速。
④運行方向控制：通過改變逆變器中控制模塊的導通順序就可以改變輸出三相交流電的相序，即改變了三相異步電動機定子三相繞組所接交流電的相序，三相異步電動機反轉，從而改變汽車的運行方向。
⑤驅動與制動控制：通過改變逆變器輸出三相交流電的頻率，改變三相異步電動機的轉差頻率的正負，控制三相異步電動機是處于電動機狀態還是發電機狀態，從而控制汽車的驅動和制動。
驅動電機控制系統的所有傳感器將信號反饋給驅動電機控制模塊，控制模塊對采集到的信號進行分析處理后，將電機運行狀況信息通過數據 CAN 線反饋到整車的控制模塊。整車控制模塊根據電機的運行狀況及相關傳感器信號分析處理后發出指令給驅動電機控制模塊，對驅動電機的工作進行實時控制，從而完成驅動電機的各種功能。
展開 2021國產電機控制器行業TOP10 ￥500
圖片來源：中車時代
汽車行業飛速發展，汽車電動化快速普及，新能源汽車最核心的技術“三電”，即電機、電控、電池。電機控制器是用來控制電動車電機的啟動、運行、進退、速度、停止以及其它電子器件的核心控制器件。
電機控制器核心技術在于功率模塊，而在幾年前功率模塊一直制約國內電機控制器的發展。但是進年來，國內大力發展功率半導體模塊，自主功率半導體逐步替代進口，例如比亞迪、中車時代、斯達半導體生產的IGBT模塊均已裝車量產，不僅功率半導體，電流傳感器、電容器技術也有著飛躍式提升。電機控制器也實現了整體國產化。
根據蓋世汽車產銷數據顯示，2021年8月純電動車銷量18萬，同比2020年8月增長139%，2021年1-8月純電動車銷量達117萬輛，已超越2020年全年銷量，同比2020年1-8月增長212%。
結合蓋世汽車動力總成數據庫及配套企業庫數據，從企業的資產規模、研發實力、營業收入、發展歷程、成長前景、裝機量等進行綜合考量，推出2021國產電機控制器行業TOP10，供行業參考。
弗迪動力近日發布全球首款量產八合一電動力總成，該系統深度融合驅動電機、電機控制器、減速器、車載充電器、直流變換器、配電箱、整車控制器、電池管理器八大部件，實現軟、硬件端云深度融合。
該系統實現外部高壓濾波器共用、外部接口濾波電路共用、高壓采樣共用等多部件共用，系統DC、OBC深度集成、配電深度集成、變壓器和電感集成、VCU/BMC/MCU芯片集成，可節省一路H橋和變壓器，節省大量高壓線束，磁模塊體積縮小40%，整體體積降低16%，重量降低10%，滿足前驅、后驅和四驅架構，助力整車布置。
展開 一文教你步進電機特性、原理及驅動器設計
06
電機控制驅動器
步進電機不能直接接到工頻交流或直流電源上工作，而必須使用專用的步進電機驅動器，它有脈沖發生控制單元、功率驅動單元、保護單元等組成。如下圖所示。
驅動單元與步進電機直接耦合，也可以理解成步進電機微機控制器的功率接口。下面將使用MCU和分離元器件的系統舉例說明。MCU相當于是控制電機的大腦，它向分立器件發送電機的步距角時間、轉動方向和重復次數等，而分立器件根據MCU發出的信號，將放大電壓和電流并將其發送至電機，從而驅動電機轉動。
如上圖所示，該系統使用了MCU和電機控制驅動器IC。從輸入控制信號來區分，步進電機控制器IC可以分為相入力型和時鐘入力型。相入力型是指電機的每個勵磁相的電流方向由輸入信號控制，而時鐘入力型是指電機的驅動由脈沖信號來控制。
相入力型
相入力型電機驅動器需要A和B兩相的控制信號，只需要時鐘信號，需要控制信號的MCU做更多的運輸工作。
展開 對輸入進行脈寬調制來控制電機轉速的刷式直流電機驅動器-SS6548D
刷式直流電機驅動器由定子、轉子和電刷三部分組成。定子產生固定磁場，轉子攜帶電流在磁場中受力旋轉，電刷則負責將直流電源引入轉子繞組，實現電流換向。當電流通過轉子繞組時，會在磁場中受到安培力的作用，從而驅動轉子旋轉。
刷式直流電機驅動器的結構相對簡單，但具有較高的效率和可靠性。其中，電刷是實現電流換向的關鍵部件，通常由碳材料制成，具有良好的導電性和耐磨性。此外，直流有刷電機還具有啟動轉矩大、調速范圍廣等優點，使其在各種應用場合中具有廣泛的適用性。
在刷式直流電機驅動器運行過程中，電流需要不斷換向以保持轉子的連續旋轉。這一過程是通過電刷與換向器的配合來實現的。換向器通常由多個銅片組成，與轉子繞組相連。當轉子旋轉到一定位置時，電刷會接觸到下一個銅片，從而實現電流的換向。這種設計使得直流有刷電機能夠平穩、高效地運行。
工采電子代理的SS6548D是一款刷式直流電機驅動器，專為工業及消費電子設計的40V/16?A大電流直流有刷電機驅動芯片，采用帶散熱盤的DFN5*5封裝，支持40V電壓應用，內置電流調節將電機電流限制到預定較大值，H橋由兩路邏輯輸入控制, 內置低導通內阻的P+N溝道MOSFET；適用于健身器材，智能化辦公，智能家具，按摩椅，工業設備及其它機電一體化電機。
能夠在寬電壓范圍（6.5?V?~?40?V）內提供持續8?A、峰值16?A的電流輸出，并通過低導通電阻（典型 45?mΩ）實現高效能驅動,支持PWM調速（0-50kHz）和低功耗休眠模式（待機電流僅1μA）適用于對功率密度和系統可靠性要求較高的場合。
展開 行業標準IN／IN數字控制接口的雙通道H橋電流控制電機驅動器-SS8844T
雙通道H橋驅動器（用于電機控制）結構組成：其核心是兩個獨立的H橋電路。每個H橋由四個開關元件（通常是MOSFET）構成，分為上、下橋臂。電機連接在兩個橋臂的中點之間。雙通道設計意味著可以獨立控制兩個直流電機。
工作原理：
正轉/反轉：通過控制對角線上的一對開關管導通（如左上+右下），另一對關閉，來改變流過電機的電流方向，從而實現電機的正反轉。
調速：采用PWM（脈沖寬度調制）技術，通過快速開關MOSFET來改變電機兩端的平均電壓，從而無級調節電機轉速。
制動：將電機的兩端短接（如同側的上橋臂和下橋臂同時導通），利用電機的反電動勢產生制動力矩，使其快速停止。
自由停止：關閉所有開關管，電機依靠慣性滑行至停止。
由工采網代理的SS8844T是一款四通道1/2H橋驅動芯片，提供四個可獨立控制的1/2H橋啟動器；可被用于驅動兩個DC電機、一個步進電機、四個螺線管或者其它負載；針對每個通道的輸出驅動器通道由在一個1/2H橋配置中進行配置的N通道功率MOSFET組成。
該芯片采用PWM控制方式，工作電壓范圍：8V～40V；內置3.3V基準電壓；連續輸出電流2.5A；峰值電可達4.0A；導通阻抗0.35Ω；具備四個獨立控制的1/2H橋啟動器，可驅動多種負載，如兩個DC電機、一個步進電機或四個螺線管等。每個通道的輸出驅動器通道采用N通道功率MOSFET組成，確保高效穩定的驅動性能。
輸入可以用PWM控制，例如，控制DC電機的轉速。當使用PWM控制電感繞組時，輸出斬波電流，電機的感性決定了其需要持續的電流，稱之為循環電流。H橋可以工作于2種不同的模式來處理這循環電流，fast-decay或slow-decay。在fast-decay模式中，H橋是關斷的，通過寄生二極管來續流。
展開 雙通道H橋驅動并且每個H橋可提供4.0A電流的電流控制電機驅動器
功能框架圖：
馬達驅動芯片 - SS6951A的特性：
雙通道H橋電流控制電機驅動器
–單個或兩個有刷直流電機
–一個步進電機
PWM 控制接口
固定頻率下電流控制可選擇
– 2 bits電流控制，提供4個電流臺階
低導通阻抗的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)
– 24V，Ta = 25°C時可實現4.0A較大驅動電流
– 24V，Ta= 25°C時RDS(on)為300mΩ（典型值HS + LS）
較大工作耐壓50V
睡眠模式低電流
內置3.3V基準電壓
帶散熱片的表面貼裝封裝
保護特性
– 過流保護(OCP)
– 熱關斷(TSD)
– 欠壓閉鎖(UVLO)
– 故障顯示Pin（nFAULT）
封裝：ETSSOP28
工采網提供各類【步進電機-直流有刷電機-無刷電機】驅動芯片可完全PIN TO PIN兼容替代TI德州儀器-NXP-ST意法-ON安森美-MPS芯源-ROHM羅姆-英飛凌等眾多品牌電機驅動芯片.歡迎聯系“在線客服”獲取相關商品、詢價單，申請樣品，期待您的光臨。
深圳率能半導體在電機驅動領域深耕多年，技術以及產品方面已經很完善，如果想了解更多電機驅動的技術資料，歡迎致電聯系：133 9280 5792(微信同號)
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電動汽車驅動電機控制器結構與功能
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智芯文庫｜車用SiC電機驅動控制器研發
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| 來源：電動新視界，溫旭輝
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新能源汽車SiC電機驅動控制器研究進展
來源
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電力電子產業
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