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CN106864277A - 一种增程控制器控制电路 - Google Patents

一种增程控制器控制电路 Download PDF

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CN106864277A
CN106864277A CN201710165839.4A CN201710165839A CN106864277A CN 106864277 A CN106864277 A CN 106864277A CN 201710165839 A CN201710165839 A CN 201710165839A CN 106864277 A CN106864277 A CN 106864277A
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何林
周安
邱永东
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CHONGQING LIHUA AUTOMATIC TECHNOLOGY Co Ltd
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CHONGQING LIHUA AUTOMATIC TECHNOLOGY Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种增程控制器控制电路，包括中央处理器MCU及与中央处理器MCU分别连接的半控桥式直流电源模块、永磁电机驱动模块、辅助电源及尖峰电压能量处理模块，各模块硬件电路相连接，由中央处理器MCU统一协调控制各个部分工作。本发明中的辅助电源及尖峰电压能量处理模块为整个控制电路提供能源，在发动机处于停止状态时，将永磁电机作为电动机模式，中央处理器MCU根据电机相位采样信号控制MOS驱动电路，从外部电池获取电能驱动永磁电机转动从而启动发电机；在发动机启动成功后，中央处理器MCU根据外部电池当前电压和电流、永磁电机转速等信号，控制可控硅驱动电路驱动可控硅工作，使电路主电源输出电压、电流稳定的直流电能。

Description

一种增程控制器控制电路
技术领域
本发明涉及发电机技术领域，具体涉及一种增程控制器控制电路。
背景技术
现有纯电车辆在日常使用中，可能会出现纯电里程不足，而充电场地和速度又不能满足像燃油车添加燃油一样方便。为了解决日常使用中纯电续航里程不足的问题，在纯电驱动车辆中安装一台功率约等于车辆行走驱动电机额定功率的燃油发电机组，当电池电量不足时可以启动内燃机发电，为整车行走电机提供电能，此发电机组即为增程器，控制该发电机组工作的控制器即为增程控制器。
现有增程器通常采用内燃机(汽油发动机)带动永磁发电机、或少量汽油发动机带动AVR励磁发电机组合而成。永磁发电机具有体积小、效率高、功率密度高等优点，还方便在电动机和发电机两种模式之间切换，但是发电机模式时不能自动调节输出电压。AVR励磁发电机相比永磁发电机在体积、功率密度等方面有所不足，更不方便在电动机和发电机两种模式之间切换，但是可以用调压器调节电压。永磁电机具体应用在启动过程中磁电机处于电动机模式，从电池获取电能驱动电机转动带动内燃机曲轴旋转，从而实现内燃机自动运行，即启动内燃机；在内燃机启动成功后，内燃机曲轴带动永磁电机转运，把机械能转换成电能，再用二极管组成三相整流桥整流成直流电能输出。因为永磁电机输出电压与绕线参数、磁场强度和转速相关，所以增程器应用中只能通过调节其转速来改变输出电压和功率，而二极管整流也不能调节输出电压和功率，所以目前增程器控制方式无法实现稳定电压和功率输出。
发明内容
针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种增程控制器控制电路，该控制电路可以对发电机输出的直流电压和电流进行控制，实现稳定电压和功率输出，实现电池电压跟踪和行车驱动器功率跟踪。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种增程控制器控制电路，包括中央处理器MCU及与所述中央处理器MCU分别连接的半控桥式直流电源模块、永磁电机驱动模块、辅助电源及尖峰电压能量处理模块，所述永磁电机驱动模块和半控桥式直流电源模块分别与辅助电源及尖峰电压能量处理模块连接，所述永磁电机驱动模块和半控桥式直流电源模块连接；其中，
所述半控桥式直流电源模块用于在发动机运行时，把永磁发电机输出的三相交流电，转换成稳定可控的直流电能输出；
所述永磁电机驱动模块用于发动机停机时，从整车电池获取电能驱动永磁电机转动，从而让发动机启动，且所述永磁电机驱动模块不与半控桥式直流电源模块同时工作；
所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块用于为整个控制电路系统提供电源，并负责吸收所述半控桥式直流电源模块中可控硅工作时在电机绕圈上产生的尖峰电压，且将吸收的尖峰电压能量转移到整个控制电路系统的功率输出端；
所述中央处理器MCU用于根据用户控制信号，控制所述永磁电机驱动模块驱动永磁电机，启停发动机，并根据电池电压、输出直流电流和控制信号，控制所述半控桥式直流电源模块输出电压和电流。
进一步，所述半控桥式直流电源模块包括电流采样电路、输出电流控制电路、电压采样电路、输出电压控制电路、驱动相位控制电路、可控硅驱动电路、可控硅半控三相桥和输出直流滤波电路；其中，所述电流采样电路用于采样所述半控桥式直流电源模块的当前直流输出电流，并反馈给中央处理器MCU及输出电流控制电路；所述输出电流控制电路用于根据中央处理器MCU提供的电流基准，对比所述当前输出电流给出电流偏差值；所述电压采样电路用于采样所述半控桥式直流电源模块的当前输出直流电压，并反馈给中央处理器MCU及输出电压控制电路；所述输出电压控制电路用于根据中央处理器MCU提供的电压基准，对比所述当前输出电压给出电压偏差值；所述驱动相位控制电路用于根据电流偏差值、电压偏差值和输入永磁发电机电压相位信号，输出可控硅导通角度相位控制信号；所述可控硅驱动电路用于根据可控硅导通角度相位控制信号，为可控硅导通提供驱动电流；所述可控硅半控三相桥为直流输出功率承载部分，用于将永磁电机输出的三相交流电转换成直流电，并将可控硅导管工作时在电机绕组上产生的尖峰电压输出至所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块；所述输出直流滤波电路用于将所述可控硅半控三相桥输出的直流电采用削峰填谷的方式把直流纹波滤除到设定范围内，并作为整个控制电路的功率输出端。
进一步，所述永磁电机驱动模块包括驱动电流检测电路、电机相位检测电路、MOS驱动电路、MOS三相全桥和防电流反流电路；其中，所述驱动电流检测电路用于检测发动机启动时电机驱动部分流过MOS管的电流，并将此电流传输至中央处理器MCU采样，以用于控制启动时流过MOS管的电流；所述电机相位检测电路用于采用反电势方式检测启动过程中电机相位信号即定子与转子的相对位置，为中央处理器MCU输出PWM信号驱动电机转动提供位置信号；所述MOS驱动电路用于根据中央处理器MCU提供的PWM信号，为所述MOS三相全桥工作提供MOS开关工作必须的电能；所述MOS三相全桥用于在发动机未启动时，使用MOS管根据所述中央处理器MCU控制磁电机每相绕组上周期变化的电流，驱动磁电机转动，从而启动发动机；所述防电流反流电路用于在MOS三相全桥与外部电池之间限定电流方向。
进一步，所述防电流反流电路包括二极管D35和D14，所述二极管D35的阳极与MOS三相全桥连接，阴极与所述驱动电流检测电路连接，所述二极管D14的阳极与电池正极连接，阴极与所述MOS三相全桥连接。
进一步，所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块包括辅助电源单元和尖峰电压能量处理单元，所述尖峰电压能量处理单元包括二极管D29、D31和电解电容C61，所述二极管D31的阳极与所述辅助电源单元中变压器U13的第10脚连接，阴极与二极管D29的阳极、电解电容C61的正极和电池正极连接，所述二极管D29的阴极与电池正极连接，所述电解电容C61的负极与变压器U13的第9脚连接并接地。
进一步，所述中央处理器MCU采用瑞萨公司生产的型号为R7F0C009的微处理器。
进一步，所述增程控制器控制电路还包括与中央处理器MCU和半控桥式直流电源模块连接的辅助控制电路模块，所述辅助控制电路模块用于接收用户开关控制信号，通过通信方式与外围设备交换数据，采样发动机工作状态信号，并驱动发动机风门和油门步进电机，让发动机稳定工作。
进一步，所述辅助控制电路模块包括温度采样电路、转速采样熄火控制电路、通信电路、输入控制信号检测电路、风门步进电机控制电路和油门步进电机控制电路；其中，所述温度采样电路用于采集功率器件部分的温度，并反馈给中央处理器MCU；所述转速采样熄火控制电路用于采样发动机转速信号，控制发动机熄火；所述通信电路用于与外部组件传输数据；所述输入控制信号检测电路用于对外部开关信号进行检测；所述风门步进电机控制电路用于驱动第一2相4线步进电机；所述油门步进电机控制电路用于驱动第二2相4线步进电机。
与现有技术相比，本发明提供的增程控制器控制电路，可以摆脱输出电压对发电机转速的绝对依耐，在不同的转速下都可以输出稳定、可控的直流电能，可以由MCU自主控制是否允许直流输出、输出直流电压和功率，可以实现增程器输出对整车电池电压跟踪、整车行走电机功率跟踪，对电池无电压和电流冲击，匹配不同车型和发动机通用性好，既可以和BMS(电池管理系统)配合工作、也可以脱离BMS独立工作，还具有可靠性高、效率高、性价比高、易于推广等优点。
附图说明
图1是本发明提供的增程器整机结构框架图。
图2是本发明提供的增程控制器控制电路原理图。
图3a是本发明实施例提供的电流采样电路的线路图。
图3b是本发明实施例提供的输出电流控制电路、电压采样电路、输出电压控制电路、驱动相位控制电路和可控硅驱动电路的线路图。
图3c是本发明实施例提供的可控硅半控三相桥和输出直流滤波电路的线路图。
图4a是本发明实施例提供的驱动电流检测电路、MOS驱动电路、MOS三相全桥和防电流反流电路的线路图。
图4b是本发明实施例提供的电机相位检测电路的线路图
图5是本发明实施例提供的可控硅半控三相桥中可控硅工作时电机相线(单相)上的电压波形变化示意图。
图6是本发明实施例提供的辅助电源及尖峰电压能量处理模块的线路图。
图7是本发明实施例提供的中央处理器MCU1的线路图。
图8a是本发明实施例提供的温度采样电路的线路图。
图8b是本发明实施例提供的转速采样熄火控制电路的线路图。
图8c是本发明实施例提供的通信电路的线路图。
图8d是本发明实施例提供的输入控制信号检测电路的线路图。
图8e是本发明实施例提供的风门和油门步进电机控制电路的线路图。
图中，1、中央处理器MCU1；2、半控桥式直流电源模块；21、电流采样电路；22、输出电流控制电路；23、电压采样电路；24、输出电压控制电路；25、驱动相位控制电路；26、可控硅驱动电路；27、可控硅半控三相桥；28、输出直流滤波电路；3、永磁电机驱动模块；31、驱动电流检测电路；32、电机相位检测电路；33、MOS驱动电路；34、MOS三相全桥；35、防电流反流电路；4、辅助电源及尖峰电压能量处理模块；5、辅助控制电路模块；51、温度采样电路；52、转速采样熄火控制电路；53、通信电路；54、输入控制信号检测电路；55、风门步进电机控制电路；56、油门步进电机控制电路。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“径向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参考图1所示，本发明提供一种增程控制器控制电路，包括中央处理器MCU1及与所述中央处理器MCU1分别连接的半控桥式直流电源模块2、永磁电机驱动模块3、辅助电源及尖峰电压能量处理模块4，所述永磁电机驱动模块3和半控桥式直流电源模块2分别与辅助电源及尖峰电压能量处理模块4连接，所述永磁电机驱动模块3和半控桥式直流电源模块2连接，各模块硬件电路相连接，由中央处理器MCU1统一协调控制各个部分工作；其中，所述半控桥式直流电源模块2用于在发动机运行时，把永磁发电机输出的三相交流电，转换成稳定可控的直流电能输出；所述永磁电机驱动模块3用于发动机停机时，从整车电池获取电能驱动永磁电机转动，从而让发动机启动，且所述永磁电机驱动模块3不与半控桥式直流电源模块2同时工作；所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块4用于为整个控制电路系统提供电源，并负责吸收所述半控桥式直流电源模块2中可控硅工作时在电机绕圈上产生的尖峰电压，且将吸收的尖峰电压能量转移到整个控制电路系统的功率输出端即所述半控桥式直流电源模块2中输出端；所述中央处理器MCU1用于根据用户控制信号，控制所述永磁电机驱动模块3驱动永磁电机，启停发动机，并根据电池电压、输出直流电流和控制信号，控制所述半控桥式直流电源模块2输出电压和电流。具体在图1中，汽油发动机为内燃机，即通过燃烧方式把汽油、柴油、天燃气等化学能转换为机械能，在本发明系统中的作用为把化学能转换为机械能，带动永磁发电机转动；在启动发动机时整车电池组为本系统提供电源，在直流输出状态时整车电池组、驱动控制器为本发明系统负载，其功能是驱动整车行走；显示器，控制开关等为整车上对应本发明系统的显示数据输出、控制信号输入部件；三相永磁电机由定子和转子两部分组成，有电动机和发动机两种工作模式，当有外部机械能带动转子转动时，则可作为发电机把机械能转换为电能，当用外部电能驱动其转动时，则可作为电动机把电能转换为机械能，转子直接与发动机曲轴相连接，即转子与发动机曲轴同步转动；当转子运转时，组成定子的漆包线绕成的线圈会切割磁感线，从而产生电能，因为转子磁极与定子间相对位置是周期性交替变化的，即线圈输出是交流电能；当外部对线圈通入电流时，线圈会产生磁场，该磁场与永磁体磁场产生相互吸力或排斥力，从而推动转子转动。本发明提供的增程控制器控制电路中，所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块4除为控制电路提供电源外，还要把所述半控桥式直流电源模块2产生的尖峰电压能量转移到功率输出端，以保证在整个电路工作中不会有元件因为承受高于自身耐压的电压而损坏；当要改变输出电压和电流值时，改变所述中央处理器MCU1提供的电压基准值和电流基准值即可改变输出电压和电流，即可以对发电机输出的直流电压和电流进行控制，实现稳定电压和功率输出。
在本发明控制电路系统中，所述半控桥式直流电源模块2工作时，必须是发动机启动成功且稳定工作后，发动机曲轴带动永磁电机转子转动，定子线圈切割磁感线产生电能输出；同时因为永磁电机输出的是交流电能，且电压与转速成正比变化，而电池需要的是电压稳定的直流电能，所以必须要将交流电转换为直流电再输出给电池；具体可利用可控硅与二极管组成的三相半控整流桥，控制电路按中央处理器MCU输出的电压、电流基准，根据采样电路反馈的当前输出电压和电流值，按导通角方式控制可控硅的开通时机，将交流电能转换成脉动的直流电，再用电容滤波将脉动的直流电转变成稳定的直流电能。作为具体实施例，请参考图2所示，所述半控桥式直流电源模块2包括电流采样电路21、输出电流控制电路22、电压采样电路23、输出电压控制电路24、驱动相位控制电路25、可控硅驱动电路26、可控硅半控三相桥27和输出直流滤波电路28；其中，所述电流采样电路21用于采样所述半控桥式直流电源模块(2)的当前输出直流电流，并反馈给中央处理器MCU1及输出电流控制电路22；所述输出电流控制电路22用于根据中央处理器MCU1提供的电流基准，对比所述当前输出电流给出电流偏差值，而所述中央处理器MCU1则根据当前电池电压和控制状态，通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)模拟模数转换器输出电流基准；与前述电流控制相似，所述电压采样电路23用于采样所述半控桥式直流电源模块(2)的当前输出直流电压，并反馈给中央处理器MCU1及输出电压控制电路24；所述输出电压控制电路24用于根据中央处理器MCU1提供的电压基准，对比所述当前输出电压给出电压偏差值，而所述中央处理器MCU1则根据当前电池电压和控制状态，通过PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)模拟模数转换器输出电压基准；所述驱动相位控制电路25用于根据电流偏差值、电压偏差值和输入永磁发电机电压相位信号，输出可控硅导通角度相位控制信号，并且在永磁电机转速变化和负载变化时，可控硅导通角度由本电路自动调整，当然本领域技术人员也可以用中央处理器MCU1根据永磁电机相位计算出可控硅导通角度信号，直接由中央处理器MCU1输出该控制信号；所述可控硅驱动电路26用于根据可控硅导通角度相位控制信号，为可控硅导通提供驱动电流、电源和时间信号，；所述可控硅半控三相桥27为直流输出功率承载部分，用于将永磁电机输出的三相交流电整流成电压、电流可控制的直流电，并将可控硅导管工作时在电机绕组上产生的尖峰电压输出至所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块4进行能量转移；所述输出直流滤波电路28用于将所述可控硅半控三相桥(27)输出的直流电采用削峰填谷的方式把直流纹波滤除到设定范围内，并作为整个控制电路的功率输出端，在增程器应用中，该功率输出端与动力电池、整车行走电机驱动器直流输入端相连接。在本具体实施例中，电流和电压控制信号同时存在，当输出电流小于设定电流时，以电压控制为准；当输出电流大于等于设定电流时，以电流控制为准，且由控制电路系统自动转换。
作为具体实施方式，所述电流采样电路21、输出电流控制电路22、电压采样电路23、输出电压控制电路24、驱动相位控制电路25、可控硅驱动电路26、可控硅半控三相桥27和输出直流滤波电路28包括的元器件以及每个电路中相关元器件的具体连接关系如图3a～图3c所示。
在本发明控制电路系统中，所述永磁电机驱动模块3是一个三相永磁电机方波驱动器，工作时以反电势采样方式检测永磁电机定子与转子的相对位置，并以三路变化电平信号传递到中央处理器MCU1，所述中央处理器MCU1再根据电机相位信号输出3相6路按特定规律变化的PWM控制MOS管通断，再从整车电池获取能源，在永磁电机定子线圈内形成周期变化的电流，线圈电流产生磁场与转子永磁体磁场相互作用，推动转子转动，从而将电能转换成机械能驱动永磁电机转动。作为具体实施例，请参考图2所示，所述永磁电机驱动模块3包括驱动电流检测电路31、电机相位检测电路32、MOS驱动电路33、MOS三相全桥34和防电流反流电路35；其中，所述驱动电流检测电路31用于检测发动机启动时电机驱动部分流过MOS管的电流，并将此电流传输至中央处理器MCU1采样，以用于控制启动时流过MOS管的电流；所述电机相位检测电路32用于采用反电势方式检测启动过程中电机相位信号即定子与转子的相对位置，为中央处理器MCU1输出PWM信号驱动电机转动提供位置信号；所述MOS驱动电路33用于根据中央处理器MCU1提供的PWM信号，为所述MOS三相全桥34工作提供MOS开关工作必须的电能即进行功率放大；所述MOS三相全桥34用于在发动机未启动时，使用MOS管根据所述中央处理器MCU1控制磁电机每相绕组上周期变化的电流，驱动磁电机转动，从而启动发动机，其MOS管也可以用IGBT等开关器件来代替；所述防电流反流电路35用于在MOS三相全桥34与外部电池(主输出端)之间限定电流方向，即永磁电机处在驱动电动机模式时，所述MOS三相全桥34可以从电池获取电能，永磁电机处在发电机模式时，电流不能通过MOS管的体二极管自然整流输出到电池，如若没有所述防电流反流电路35这个部分，则输出电压和电流都不能由所述中央处理器MCU1自动控制。
作为具体实施方式，所述驱动电流检测电路31、电机相位检测电路32、MOS驱动电路33和MOS三相全桥34包括的元器件以及每个电路中相关元器件的具体连接关系如图4a～图4b所示。所述防电流反流电路35包括二极管D35和D14，所述二极管D35的阳极与MOS三相全桥连接，阴极与所述驱动电流检测电路连接，用于防止MOS三相全桥下管的体二极管参与整流，所述二极管D14的阳极与电池正极即直流输出正极连接，阴极与所述MOS三相全桥连接，用于防止限定电流只能从电池流入MOS三相全桥而不能由MOS三相全桥流向电池；采用本实施例中的防电流反流电路结构，限定了直流输出只能通过可控硅半控三相桥输出由所述中央处理器MCU1对输出电压和电流进行自动控制。
在本发明控制电路系统中，所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块4除了为整个控制电路系统提供电源外，还在辅助电源中增加一组电源输出到所述输出直流滤波电路28中，并且可以控制该组电源输出功率，实现把所述可控硅半控三相桥27工作时在电机相线上产生的电压尖峰脉冲能量吸收掉，防止电机上尖峰电压过高造成MOS管等电压敏感型器件因超过安全电压范围而损坏，并以直流功率输出的形式转移到所述半控桥式直流电源模块2(主电源输出)上去，而不以传统的发热形式消耗尖峰电压的能量，从而使得永磁电机相线上的最高电压在任何时候都不高于设定电压，进而保护整个电路控制系统处于安全电压范围内，提高了系统的可靠性。具体地，在可控硅导通工作时，因为永磁电机电感特性，当U相可控硅开通时因为电机内电流突变，而电感特性是电流不能突变，则会产生一个反向电动势来抵消突变电流，即在电机V、W相上会产生一个尖峰电压，相同V、W相分别开通时另外两相同样也会产生尖峰电压，且此电压与突变电流成正比(突变电流值等于输出电流值)，最大可以达到电机空载电压的10倍以上，所以必须对这个尖峰电压作限压处理，否则会损坏MOS管和可控硅等元件。而要处理尖峰电压，可以采用RC吸收方式和TVS管吸收等传统方式；而本控制电路系统采用开关电源能量转移方式，在永磁电机电压高于电池电压后，辅助电源自动从电机相线上获取电能，并把可控硅导通时产生的尖峰电压能量通过自然整流到前端电容，再用开关电源输出一组略高于电池电压的电源，并将此组电源输出到电池(主输出)上，从而将尖峰电压的能量转移到整车电池组(功率输出)部分，具体可控硅工作时电机相线上电压波形变化情况如图5所示。
作为具体实施方式，所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块4包括辅助电源单元和尖峰电压能量处理单元，由PWM芯片、MOS管、变压器、二极管、电容电阻等元件组成单管反激式开关电源，由PWM根据辅助电源输出电压和电流控制占空比变化的PWM，控制以MOS管作为开关器件开通或关断，从而控制变压器中原边绕组中电流通断，从而在变压器磁芯中产生变化的磁场，再由副边绕组感应磁芯中的磁场而产生一个交变的电动势，且该电动势大小和原边绕组与副边绕组的匝比成正比，再用二极管将副边绕组中的交变电动势转换成脉动直流，再用电容器滤波成稳定的直流电；副边可以有多个绕组，改变每个绕组的参数可以得到不同电压的电源。单管反激式开关电源是现有非常成熟的应用，其详细工作原理这里不再累述。所述辅助电源单元和尖峰电压能量处理单元包括的元器件及各个元器件之间的具体连接关系如图6所示；具体地，所述尖峰电压能量处理单元包括二极管D29、D31和电解电容C61，所述二极管D31的阳极与所述辅助电源单元中变压器U13的第10脚连接，阴极与二极管D29的阳极、电解电容C61的正极和电池正极连接，所述二极管D29的阴极与电池正极连接，所述电解电容C61的负极与变压器U13的第9脚连接并接地；其中变压器U13的9-10脚之间为一个绕组，通过改变此绕组的参数可以改变此组电源的输出电压，通过改变变压器和开关器件等的功率容量大小可以改变尖峰电压能量处理的大小。
在本发明控制电路系统中，所述中央处理器MCU1用于根据用户控制状态控制整个电路系统工作，具体控制包括驱动永磁电机转动，启动/熄火发动机；根据电池电压和控制信号，控制所述半控桥式直流电源模块2输出电压和电流；控制步进电机驱动电路，与外围设备通信和数据处理等。作为具体实施例，请参考图7所示，所述中央处理器MCU1采用瑞萨公司生产的型号为R7F0C009的微处理器，该型号的芯片处理器具有超低功耗技术、3段流水线的CISC体系结构、高速高精度内部振荡器最短指令执行时间0.04167μs、支持乘除和乘加运算指令、7个16位定时器和1个12位定时器、12通道10位精度AD转换器、4通道UART通信模块等特点，由此可以对所述半控桥式直流电源模块2和永磁电机驱动模块3两个部分进行控制。当然，本领域技术人员也可以采用两个或多个所述中央处理器MCU1或其他型号的MCU，来分别对所述半控桥式直流电源模块2和永磁电机驱动模块3进行控制。
作为具体实施例，请参考图1所示，所述增程控制器控制电路还包括与中央处理器MCU1和半控桥式直流电源模块2连接的辅助控制电路模块5，所述辅助控制电路模块5用于接收用户开关控制信号，通过通信方式与外围设备交换数据，采样发动机工作状态信号如转速和温度等，并驱动发动机风门和油门步进电机，让发动机稳定工作。作为具体实施方式，请参考图2所示，所述辅助控制电路模块5包括温度采样电路51、转速采样熄火控制电路52、通信电路53、输入控制信号检测电路54、风门步进电机控制电路55和油门步进电机控制电路56；其中，所述温度采样电路51用于采集功率器件部分的温度，并反馈给中央处理器MCU1，所述功率器件包括MOS管(IGBT)、可控硅、二极管等；所述转速采样熄火控制电路52用于采样发动机转速信号，控制发动机熄火；所述通信电路53用于与外部组件传输数据，支持RS232和CAN通信；所述输入控制信号检测电路54用于对外部开关信号进行检测，如手动启停、模式选择等开关信号；所述风门步进电机控制电路55用于驱动第一2相4线步进电机；所述油门步进电机控制电路用56于驱动第二2相4线步进电机。在本实施例中，通过所述中央处理器MCU1采样温度、控制风门和油门步进电机等，由此可以让发动机平稳启动和工作。
作为具体实施方式，所述温度采样电路51、转速采样熄火控制电路、通信电路53、输入控制信号检测电路54、风门步进电机控制电路55和油门步进电机控制电路用56包括的元器件以及每个电路中相关元器件的具体连接关系如图8a～图8e所示。
与现有技术相比，本发明提供的增程控制器控制电路，解决了现有增程器无法自由控制输出电压和功率、无法对电池电压跟随和整车行走电机功率跟踪的问题，实现了增程器输出电压和功率不直接和发动机转速相关，可以根据电池电量和整车行走电机功率调节输出电压和功率。配合相应的控制策略，可以匹配BMS协同工作、也可以独立工作实现电池电压跟随和整车行走电机功率跟踪。因为可以实现电压精度控制，在增程器应用中可以比现有技术更好的保护电池不受电压过压、大电流充电等损伤，可以大幅提高电池使用寿命；因为可以对整车行走电机功率跟踪，不会出现现有技术的增程器在不同工况下增程器输出功率和整车行走电机功率不匹配的情况，可以获得更好的用户体验。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种增程控制器控制电路，其特征在于，包括中央处理器MCU(1)及与所述中央处理器MCU(1)分别连接的半控桥式直流电源模块(2)、永磁电机驱动模块(3)、辅助电源及尖峰电压能量处理模块(4)，所述永磁电机驱动模块(3)和半控桥式直流电源模块(2)分别与辅助电源及尖峰电压能量处理模块(4)连接，所述永磁电机驱动模块(3)和半控桥式直流电源模块(2)连接；其中，
所述半控桥式直流电源模块(2)用于在发动机运行时，把永磁发电机输出的三相交流电，转换成稳定可控的直流电能输出；
所述永磁电机驱动模块(3)用于发动机停机时，从整车电池获取电能驱动永磁电机转动，从而让发动机启动，且所述永磁电机驱动模块(3)不与半控桥式直流电源模块(2)同时工作；
所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块(4)用于为整个控制电路系统提供电源，并负责吸收所述半控桥式直流电源模块(2)中可控硅工作时在电机绕圈上产生的尖峰电压，且将吸收的尖峰电压能量转移到整个控制电路系统的功率输出端；
所述中央处理器MCU(1)用于根据用户控制信号，控制所述永磁电机驱动模块(3)驱动永磁电机，启停发动机，并根据电池电压、输出直流电流和控制信号，控制所述半控桥式直流电源模块(2)输出电压和电流。
2.根据权利要求1所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述半控桥式直流电源模块(2)包括电流采样电路(21)、输出电流控制电路(22)、电压采样电路(23)、输出电压控制电路(24)、驱动相位控制电路(25)、可控硅驱动电路(26)、可控硅半控三相桥(27)和输出直流滤波电路(28)；其中，所述电流采样电路(21)用于采样所述半控桥式直流电源模块(2)的当前直流输出电流，并反馈给中央处理器MCU(1)及输出电流控制电路(22)；所述输出电流控制电路(22)用于根据中央处理器MCU(1)提供的电流基准，对比所述当前输出电流给出电流偏差值；所述电压采样电路(23)用于采样所述半控桥式直流电源模块(2)的当前输出直流电压，并反馈给中央处理器MCU(1)及输出电压控制电路(24)；所述输出电压控制电路(24)用于根据中央处理器MCU(1)提供的电压基准，对比所述当前输出电压给出电压偏差值；所述驱动相位控制电路(25)用于根据电流偏差值、电压偏差值和输入永磁发电机电压相位信号，输出可控硅导通角度相位控制信号；所述可控硅驱动电路(26)用于根据可控硅导通角度相位控制信号，为可控硅导通提供驱动电流；所述可控硅半控三相桥(27)为直流输出功率承载部分，用于将永磁电机输出的三相交流电转换成直流电，并将可控硅导管工作时在电机绕组上产生的尖峰电压输出至所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块(4)；所述输出直流滤波电路(28)用于将所述可控硅半控三相桥(27)输出的直流电采用削峰填谷的方式把直流纹波滤除到设定范围内，并作为整个控制电路的功率输出端。
3.根据权利要求1所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述永磁电机驱动模块(3)包括驱动电流检测电路(31)、电机相位检测电路(32)、MOS驱动电路(33)、MOS三相全桥(34)和防电流反流电路(35)；其中，所述驱动电流检测电路(31)用于检测发动机启动时电机驱动部分流过MOS管的电流，并将此电流传输至中央处理器MCU(1)采样，以用于控制启动时流过MOS管的电流；所述电机相位检测电路(32)用于采用反电势方式检测启动过程中电机相位信号即定子与转子的相对位置，为中央处理器MCU(1)输出PWM信号驱动电机转动提供位置信号；所述MOS驱动电路(33)用于根据中央处理器MCU(1)提供的PWM信号，为所述MOS三相全桥(34)工作提供MOS开关工作必须的电能；所述MOS三相全桥(34)用于在发动机未启动时，使用MOS管根据所述中央处理器MCU(1)控制磁电机每相绕组上周期变化的电流，驱动磁电机转动，从而启动发动机；所述防电流反流电路(35)用于在MOS三相全桥与外部电池之间限定电流方向。
4.根据权利要求3所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述防电流反流电路(35)包括二极管D35和D14，所述二极管D35的阳极与MOS三相全桥连接，阴极与所述驱动电流检测电路连接，所述二极管D14的阳极与电池正极连接，阴极与所述MOS三相全桥连接。
5.根据权利要求1所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述辅助电源及尖峰电压能量处理模块(4)包括辅助电源单元和尖峰电压能量处理单元，所述尖峰电压能量处理单元包括二极管D29、D31和电解电容C61，所述二极管D31的阳极与所述辅助电源单元中变压器U13的第10脚连接，阴极与二极管D29的阳极、电解电容C61的正极和电池正极连接，所述二极管D29的阴极与电池正极连接，所述电解电容C61的负极与变压器U13的第9脚连接并接地。
6.根据权利要求1所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述中央处理器MCU(1)采用瑞萨公司生产的型号为R7F0C009的微处理器。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述增程控制器控制电路还包括与中央处理器MCU(1)和半控桥式直流电源模块(2)连接的辅助控制电路模块(5)，所述辅助控制电路模块(5)用于接收用户开关控制信号，通过通信方式与外围设备交换数据，采样发动机工作状态信号，并驱动发动机风门和油门步进电机，让发动机稳定工作。
8.根据权利要求7所述的增程控制器控制电路，其特征在于，所述辅助控制电路模块(5)包括温度采样电路(51)、转速采样熄火控制电路(52)、通信电路(53)、输入控制信号检测电路(54)、风门步进电机控制电路(55)和油门步进电机控制电路(56)；其中，所述温度采样电路(51)用于采集功率器件部分的温度，并反馈给中央处理器MCU(1)；所述转速采样熄火控制电路(52)用于采样发动机转速信号，控制发动机熄火；所述通信电路(53)用于与外部组件传输数据；所述输入控制信号检测电路(54)用于对外部开关信号进行检测；所述风门步进电机控制电路(55)用于驱动第一2相4线步进电机；所述油门步进电机控制电路(56)用于驱动第二2相4线步进电机。
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