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| 电传动履带车辆同步发电机的数字调压器设计(zxj) |
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摘要：针对电传动履带车辆发电机采用模拟调压器母线电压波动对车载锂电池冲击过火，且无法实现与车辆其他系统通信等问题，设计了电励磁同步发电机数字调压器控制系统。，系统以Ⅱ公司的DsP作为主控芯片，采用电压PwM斩波技术，实现cAN通信。系统可软件和硬件双重保护和复位，增强了系统可靠性。、实验表明相比模拟调压器系统，稳压性能大大提高，避免r对锂电池的过充和过放。
关键词：调压；DSP；双重保护：电压波动0 引 言发动机一发电机系统作为电传动履带车辆主要动力源，发动机带动发电机发电，发电机发出的电能在驾驶员功率需求比较小时一部分驱动电动机一部分给电池充电，发电机发出的电能不能满足功率需求时由电池放电补充。常用的发电机有永磁同步发电机和电励磁同步发电机。永磁发电机采用永磁体励磁，电机体积小、重量轻，励磁磁链基本恒定，发电机发出的电压幅值和频率随电机的转速变化而变化，一般用于功率较大的车辆。电励磁发电机体积和重量相对较大，励磁磁链可以通过调节励磁电流改变，发电机发出的电压幅值和频率与电机转速、励磁电流有关系，在一定范围内实现稳压比较方便。本文小型电传动履带车辆发电机采用电压可调的电励磁同步发电机，通过发电机调压器调节励磁电流来调节母线电压。电池组采用高性能的锂电池，对充放电有严格的要求。采用传统的模拟调压器电压波动能达到10％以上，对电池冲击过大，缩短了电池的使用寿命，严重时可能对电池造成****损坏，且难以实现与车辆上其他控制系统之间的通信。数字调压控制系统以DsP为核心，完成系统的软硬件及保护电路设计，实验结果与原有的模拟调压器相比，电压波动缩小到了3％。
1 电传动履带车辆结构如图l为电传动履带车辆结构，电励磁同步发电机产生三相交流电经整流后与动力电池相连共同为两侧驱动电机供电，同时车辆在电制动时，回馈的电能给电池充电。车辆综合控制器根据驾驶员输入、车辆状态、电池状态等信息通过cAN总线给出发电机调压器参考电压和发动机的参考转速。
电励磁同步发电机通过对电机励磁电压进行PwM调节进而调节励磁电流的大小实现发电机输出电压的稳定。如图2为发电机凋压原理，PwM2．2驱动电路设计调压器母线额定电压为270 V，采用了耐压值为600 V的M0sFET芯片，图4主电路JK与继电器(上电时通，保护时关断，未画出)相连。D11为续流二极管，同时隔断与车体相连的驱动地和主电路地，防止人员高压触电。当驱动信号MOsFET为高时，Ml导通；Ml关断时RcD缓冲电路抑制电压尖峰，保护芯片。
信号经光电隔离电路驱动励磁回路的MOsFET。
2硬件设计2．1主控电路设计DsP(TMs320LF2407A)是电机控制的专用芯片，集成A／D转换模块、cAN通信模块能够满足调压器控制系统的需求。DsP控制系统主要包括复位电路、电源、时钟电路、外部锁相环电路和JTAG接口电路等，如图3所示是其最小系统。为了方便程序设计时的调试工作，在设计系统时增加了一片64k×16高速cMOs静态RAM cY7c102l作为外扩程序存储器，可反复装载，大大方便了调试工作。
使用的有源品振振荡频率为10 MHz。2．3保护电路设计车辆在电池sOc过高时电制动，电池难以吸收全部能量，母线电压升高，可通过制动电阻释放，若电压没降到要求值，调压器自动保护。图5为设计的保护电路。电压正常时，u1输出为低电平，U6的PROTEcT为高，励磁主电路继电器闭合；U5低电平使能，M0sFET输出PwM波形。过压时比较器矾输出为高，相应U4输出为高，U5由使能变为不通，MOsET端输出为低电平，没有驱动。555电路延时关断励磁=E电路继电器：U4输出的高电平通过3软件设计为了达到实时控制目的，PwM波形产生采用中断方式进行处理。采用增量式PID算法：
R15向c4充电，充到大于8 v时，U6的PROTEcT输出保护信号低电平，主电路继电器断开。通过调节R15调节延时时间，使主电路电流为零时继电器断开。
为r增加系统的可靠性，图5中D3起到自锁作用，一旦发牛过压ul输出一直为高；同时555电路2脚复位为低电平才能使PROTEcL输出高电平闭合继电器，实现了硬件双保护。两者可通过102、104软件复位，也可通过硬件S1_l、s1—3手动复位，增加了系统的灵活性、，式中，K。为消除积分饱和而设定积分分离法逻辑系s为积分分离界限，本文中经过试验整定s=15 V。当电压u≥350 v时保护，u≤270 V时102、104输出高电平复位退出保护，系统控制的软件流程如图6所示。
4试验结果分析图7、图8分别采用数字调压器、模拟调压器的启动波形。显然采用数字调压器启动电压没有超调，启动很平稳，而采用模拟调压器的电压超调会对锂电池造成冲击电流。
图9、图lO分别从空载加到20 A时，数字调压器、模拟调压器的波形。数字调压器空载稳态时电压波动很小，模拟调压器电压波动超过10％。在加载时，数字调压器电压波动在3％之内，存在稳态误差，但可通过cAN总线接受电池管理器传过来的电池状态信息以及车辆行驶功率需求调整电压给定。
模拟调压器电压无稳态误差，电压波动5％。 |
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