以無刷直流電動機為基礎，介紹了一種基于高效DC/D C 電源模塊的電動車控制系統。討論了無刷直流電動機的組成和基本工作原理，設計了包括電源電壓轉換電路、驅動及功率主電路及保護電路在內的硬件控制電路，并編寫了相應的軟件控制系統。

因此將高效的電源模塊使用在電動車上具有重要的工程實際意義。

1 無刷直流電機簡介

1 . 1 無刷直流電動機組成

無刷直流電動機是一種典型的機電一體化產品，它是由電動機本體、位置檢測器、逆變器和控制器組成的自同步電動機系統或自控式同步電動機，其組成結構如圖1 所示。位置檢測器檢測轉子磁極的位置信號，控制器對轉子位置信號進行邏輯處理并產生相應的開關信號，開關信號以一定的順序觸發逆變器的功率開關器件，將電源功率以一定的邏輯關系分配給電動機定子各相繞組，使電機產生持續不斷的轉矩。

1 . 2 無刷直流電機的基本工作原理

無刷直流電機的工作原理圖如圖2 所示。無刷直流電機本體的電樞繞組為三相星形連接，位置傳感器與電機本體同軸，控制電路對位置信號進行邏輯變換后產生驅動信號，驅動信號經驅動電路隔離放大后控制逆變器的開關，使電機的各相繞組按一定的順序工作。其中，有一種常用工作方式為兩相導通星形三相六狀態方式，即轉子在空間每轉60℃電角度，定子繞組就進行一次換流，定子合成磁場的磁狀態就發生一次躍變。

2 控制系統硬件實現

2 . 1 輔助電源電壓轉換電路

在實際控制器中，驅動芯片IR2103需要15V ，、LM358、74LS0 8 需要5V 的電源供電。而電動車的電池為48V 直流電，所以要將48V 變為15V 和5V ，這就需要電壓轉換電路。在這部分采用了高效的DC/DC電源模塊，來提供穩定的電壓，具體電路圖如圖3 所示。

2 . 2 驅動及功率主電路

主功率逆變電路如圖4 所示。主電路為三相全橋結構，因為三相是完全一致的，圖中只畫了一相。無刷直流電動機以“兩相導通三相六狀態”方式運行，即每一狀態中有兩相繞組導通，電機每轉過一周有六種磁勢狀態，這六種磁勢狀態互差6 0 度電角度，形成跳躍式的旋轉磁場。由于單片機輸出的換相信號電流不足以驅動MOSFET，所以需要另加驅動。驅動芯片選擇IR2103。

2 . 3 保護電路

無刷直流電動機控制系統中，保護電路占據著很重要的地位，主要作用是保護控制系統的核心部件單片機免受高電壓、過電流沖擊，同時也保護電機的驅動電路免受損壞。整個系統的保護電路主要有兩個部分:過流保護電路、欠電壓保護電路。

電流檢測及過流保護電路如圖5 所示：使用LM3 5 8 的兩個，一個作隔離放大用，另一個作比較輸出用。LM3 5 8 的腳7 是過流信號，此信號與PWM信號相與，然后，再與各相的驅動信號相與，用來驅動IR2 1 0 3芯片的兩個輸入引腳。

電壓及欠壓保護是通過電阻分壓和軟件編程實現的，如圖6 所示。

電動車由蓄電池提供48 V 的直流電。如果電壓小于42 V ，則算作欠壓。欠壓保護電路的作用是，當輸出電壓低于設計值(42V )時，把輸出限定在某一安全值的范圍內，或使輸出電壓關閉，從而達到保護電源模塊和用電設備的雙重功效。

3 軟件設計系統

主程序要完成系統的初始化，中斷設置，變量初始化和電機的軟起動過程。為了在初始化的過程中，防止中斷的意外到來，應在主程序的開始處先關閉中斷，完成初始化后，再打開中斷。完成軟起動后，主程序進入一個查詢操作的循環過程，程序不斷地查詢判斷換相更新標志是否為真，若為真則調用換相服務子程序以給電機相應定子繞組通電;若為假則等待換相更新標志在ADC轉換結束中斷子程序中置為真，主流程圖如圖7 所示。