MOS管在电动汽车电机控制系统中的解决方案

MOS管在电动汽车电机控制系统中的解决方案

永磁同步电机（PMSM）

全球有近30个国家和地区遵守《巴黎协定》，确立了“零碳排放”或“碳中和”的气候目标，中国也于2020年提出了实现“碳中和”的目标。 连新上任的美国总统拜登都在就任第一天表示将签署关于重新加入《巴黎气候协定》的行政方案，而就77天前，特朗普政府才宣布正式退出《巴黎协定》。“任性”多年的美国都重回《巴黎协定》，这更加确定了未来百年世界的减排行动定是必然要走的道路。

虽然CCS（碳捕集与封存）和核能才是未来50年最有效、占比最大的减排手段，但是在达到碳排放峰值之前，主要的减排途径还是节能（增加能源使用效率和能源转换率）和新能源。

【图源：www.tanpaifang.com】

从全球为缓解气候危机的政策和决心看来，新能源领域将一定是未来企业会大展拳脚的方向。有韩媒消息称，苹果公司可能会与起亚谈判生产苹果智能电动汽车的项目。当各行业巨头都将投资的目光投向新能源汽车领域时，行业未来就会如中国电动汽车百人会理事长陈清泰所说的那样，“电动化只是这场汽车革命的序幕”。

永磁同步电机（PMSM）凭借其质量轻、高效节能且运行稳定等特点被逐渐应用于电动汽车行业。2018年，Liao Meng Wei设计了一种以DSPF28335为核心的永磁同步电机矢量控制设计，解决了电机系统电流环中存在的电流耦合、参数变化及不确定干扰等问题，提高了电流环的动态响应和抗干扰能力，实验结果验证了该控制系统具有较好的控制性能。

系统主要硬件设计方案

【硬件设计方案】

主要元器件参数

电源电路

【电源电路硬件设计图】

电源电路采用Buck降压变换电路，该电路效率高，可靠性好，系统直流侧母线电压为24V，稳压芯片LM7805内含限流和过温保护。

驱动电路

【驱动电路硬件设计图（其中一相）】

系统中选用NMOS管IRF540N作为开关管，其最大耐压为100V，最大漏极电流为23A 。采用有较大驱动能力的IR2101 MOS驱动芯片。

可选用的VBsemi微碧场效应管：

①IRF540N

②IRF540NSTRPBF

③VBE1104N

④VBM1104N

⑤VBZM20N10

【适用的VBsemi MOSFET型号参数】

电流采样电路

【U/V相电流采样电路】

选用ADCINI8、ADCIN9作为电流检测入口，分别对U/V两相电流量进行检测，将电流型号变成电压信号，通过光耦进行隔离。

速度采样电路

【光电编码器接口电路】

速度采样电路采用增量式光电编码器来实现。获得脉冲信号后，经过光耦隔离器NEC2501反馈给DSP进行计算，通过比较A、B和其反相输出脉冲的差值，不仅可以提高脉冲的抗干扰能力，也能保证在脉冲不丢失的情况下拥有较高的精度。

微碧半导体MOS管封装及应用

微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封装产线。

【微碧部分MOS管产品封装】

广泛应用于3C数码、安防设备、测量仪器、广电教育、家用电器、军工/航天、可穿戴设备、汽车电子、网络通信、物联网IoT、新能源、医疗电子、照明电子、智能家居、电脑主板显卡、MID\UMPC 、GPS、蓝牙耳机、PDVD、车载DVD、汽车音响、液晶显示器、移动电源、手机电池（锂电池保护板）、LED电源等产品。微碧半导体有限公司以饱满的激情，拼搏务实的干劲，不断创新进取，致力于为客户群体打造出一座高效、便捷、直通、优质的服务桥梁。

参考文献

[1]廖梦伟. 电动汽车驱动电机控制方法研究与控制器设计[D].重庆理工大学,2018.

[2]王建设,徐荣,孙友增.永磁同步电动机发展现状综述[J].科技与创新,2016(16):5-6.

[3]王丹,续丹,曹秉刚.电动汽车关键技术发展综述[J].中国工程科学,2013,15(01):68-72.

[4]陈高,杨家强.基于TMS320F28335的永磁同步电机数字化矢量控制器设计[J].机电工程,2011,28(09):1090-1094.

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MOS管在电动汽车多功能充电变流器中的解决方案

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电动汽车多功能充电变流器

近年，无论是股市趋势还是政策偏向，都将焦点聚焦在了新能源领域上。电动汽车作为新能源领域最被看中的产业，正在时代机遇的风口上，连刚上任的拜登都推翻前任特朗普鼓励继续使用汽油发动机的法规，决心将近65万政府车队全部换成电动汽车。随着电动汽车行业的蓬勃发展，车载电子设备呈小型化、集成化、高功率密度化的趋势发展。

2020年，Li Shi Xiang设计了一种电动车多功能充电变流器，该变流器可以通过四个模式选择开关，切换不同的工作模式。采用“拓扑复用”的方法，不同功能之间可以共用一套功率电子元器件和控制系统，实现了车载充电系统的小型化、轻量化，提高了充电系统的经济性 。

【多功能充电变流器整体框架图】

系统主电路设计思路及参数设计

系统的前级APFC部分采用交错并联Boost PFC拓扑并以CCM模式下的平均电流法作为前级控制策略，后级多功能DC/DC部分采用全桥LLC谐振变换器拓扑，并采用PFM-Burst控制策略。

各电路主要参数

前级APFC电路：

后级多功能DC/DC部分

前级交错并联Boost PFC电路

【前级交错并联Boost PFC电路】

交错并联Boost PFC电路在保留单路Boost PFC电路优点的同时，降低了MOS管的功率耗损，减小了输出滤波电容的应力，使PFC电路的模块化更容易实现。

电路选用的开关管耐压为600V，最大电流应大于18A，此处可使用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A导通电阻RDSon=70mΩ 。

可选用的VBsemi微碧半导体场效应管型号：

①VBP16R47S

②VBP16R47SFD

【适用的VBsemi微碧MOS管型号参数】

后级多功能DC/DC模式部分

【全桥LLC谐振变化器拓扑结构划分】

【多功能DC/DC变换器框图】

当动力电池需要充电时，闭合开关S1和S2，断开S3和S4 ，通过OBC功率回路，输入交流电220V，经过前级功率因数校正电路输出的高压直流电，再通过后级多功能DC/DC变换器的第一组输出线圈经整流后给动力电池充电；

当汽车启动时，闭合开关S3和S4，断开S1和S2 ，通过DC/DC功率回路，以动力电池输出的高压直流电为输入源，经多功能DC/DC变换器降压后再给辅助电池充电。

全桥逆变中使用的MOS管需要耐压600V，承受电流大于等于22.8A，可以选用VBsemi微碧的NMOS管VBP16R47S，VDS=600V，ID=47A导通电阻RDSon=70mΩ 。

【自驱动同步整流原理图】

相对于OBC模式输出的是高压，DC/DC模式输出为低压、大电流，因此次级整流需要采用自取同步整流，在不增加额外元器件、不改变LLC变换器工作状态的情况下实现同步整流，此处可以采用VBsemi微碧半导体的NMOS管VBQA1401，VDS=40V，ID=100A，导通电阻RDSon=1mΩ 。

可选用的VBsemi微碧半导体场效应管型号：

①VBQA1401

②VBM1405

③VBL1405

④VBED1402

⑤VBNC1402

【适用的VBsemi微碧MOS管型号参数】

微碧半导体MOS管封装及应用

微碧半导体企业主要产品的封装有：SOP-8 、TO-220（F）、TO-263、TO-247、TO-252、TO-251、SOT-23、SOT-223、SOT-89、QFN、AO3400、IRF540、IRF630等系列封装产线。

【微碧部分MOS管产品封装】

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参考文献

[1]李石祥. 电动汽车多功能充电变流器的设计与实现[D].电子科技大学,2020.

[2]陈吉清,邱泽鑫,兰凤崇,郭慧.纯电动汽车车载充电技术的发展研究[J].科技管理研究,2015,35(16):36-40.

[3]黄菊花,丁湘粤,曹铭.集成式车载充电机的研究[J].电源技术,2014,38(12):2430-2432.

[4]邢勇,杨玉岗.LLC谐振变换器自驱同步整流方案[J].电源技术,2011,35(07):838-840.

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