微處理器在電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器上的應(yīng)用
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一個(gè)最基本的電動(dòng)車用無刷電機(jī)控制器所需要實(shí)現(xiàn)的功能包括除了轉(zhuǎn)把調(diào)速外，還應(yīng)該包括欠壓保護(hù)，過流保護(hù)，剎車斷電等。另外近年來還有一些實(shí)用且流行的功能如定速巡航、ABS剎車再生制動(dòng)、1:1助力等等。從上面的原理框圖可以很清楚地看出，整個(gè)系統(tǒng)只用了一個(gè)PSoC芯片便實(shí)現(xiàn)了上述的所有控制功能。圖3為本文設(shè)計(jì)的無刷控制器半成品實(shí)物圖。
圖3：電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器半成品實(shí)物外形圖。
除了上述功能外，本系統(tǒng)借助PSoC芯片強(qiáng)大而靈活的配置資源，還具有普通控制器所不具備的以下優(yōu)點(diǎn)：
1. 超靜音：啟動(dòng)及全程行駛過程中噪聲極低，大大超越了傳統(tǒng)的無刷控制器，減小電機(jī)振動(dòng)，大大延長電機(jī)的壽命；
2. 低發(fā)熱：采用國際先進(jìn)的同步整流技術(shù)，大幅度降低控制器的熱損耗，提高了整車的能量使用效率，延長了續(xù)駛里程；
3. 多重限流保護(hù)：既做到平均值限流，又做到峰值限流。峰值限流在每個(gè)PWM周期中都對(duì)電流波形進(jìn)行檢測，防止超過MOSFET的最大允許電流，在任何情況下不會(huì)燒毀；
4. 平均值：限流使控制器能夠在各種不同的電機(jī)上保持相同的限流值，而且輕、重負(fù)載，甚至堵轉(zhuǎn)情況下限流值都不變。這樣大大便于生產(chǎn)調(diào)試和整車廠檢驗(yàn)；
5. 防飛車功能：解決了無刷控制器由于轉(zhuǎn)把或線路故障引起的飛車現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性；
6. 堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能：電機(jī)堵轉(zhuǎn)3秒以上控制器自動(dòng)保護(hù)，防止燒毀電機(jī)；
7. 短路保護(hù)功能：電機(jī)三根相線輸出端任意兩端短路或三端全短路，控制器不會(huì)燒毀。
以上功能均不增加硬件成本，采用PSoC可編程片上系將外圍器件減到最少，大部分功能由芯片內(nèi)部來完成，大大降低了硬件成本，并且減少了故障點(diǎn)。本系統(tǒng)中所用SoC芯片引腳及功能如圖4所示。
圖4.：CY8C24423在本系統(tǒng)中的引腳定義說明圖。
而芯片內(nèi)部模塊結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5：本系統(tǒng)所用PSoC內(nèi)部模塊說明圖。
由圖5可以看出，本系統(tǒng)共采用了7種類型的PSoC內(nèi)部模塊，其中模擬模塊包括AD轉(zhuǎn)換器ADCINC_1、可編程放大器PGA_1、比較器CMPPRG_1、四路模擬開關(guān)AMUX4_1、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC6_1。數(shù)字模塊包括AD轉(zhuǎn)換器ADCINC_1、8位帶死區(qū)的PWM模塊PWMDB8_1、8位定時(shí)器模塊Timer8_1。這樣很好地利用了CY8C24423的內(nèi)部資源，也節(jié)省了很多原本要在芯片外部使用的外設(shè)芯片。
本系統(tǒng)的控制軟件流程如圖6所示。
圖6：控制軟件基本流程。
由于PSoC的開發(fā)系統(tǒng)PSoC Designer支持C語言編程，配有功能強(qiáng)大的C語言編譯器，所以主程序采用C語言編寫，這樣簡單、直觀、可移植性好。
本文小結(jié)
通過本文介紹的電動(dòng)車無刷電機(jī)控制器系統(tǒng)，可以略略窺見PSoC芯片的強(qiáng)大的可配置功能，在芯片內(nèi)部配置連接就好像在設(shè)計(jì)一款新的芯片一樣。整個(gè)系統(tǒng)用的元器件極少，比其他的無刷控制器方案具有巨大的成本優(yōu)勢。
PSoC方便、快捷的設(shè)計(jì)界面，面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)開發(fā)系統(tǒng)，混合信號(hào)陣列的模塊化及動(dòng)態(tài)可配置功能使其在嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用中擁有更為靈活的設(shè)計(jì)方式，使設(shè)計(jì)人員能夠隨意創(chuàng)建新的系統(tǒng)功能。利用PSoC可以快速、便捷地完成相應(yīng)程序的開發(fā)工作，縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本和生產(chǎn)成本。通過片上系統(tǒng)的可編程混合信號(hào)陣列的集成應(yīng)用及動(dòng)態(tài)配置，極大提高了工作效率，使開發(fā)成本降低了1/2、PCB的板級(jí)空間縮減了l/3、生產(chǎn)成本降低了1/5。
評(píng)論