MCU改善DC/DC變壓器輸出在混動/電動汽車上的應用
加入技術交流群
圖1：在一臺環(huán)保汽車中，一個轉換器將鋰離子電池的輸出電壓提升至數(shù)百伏直流電壓（橙色），用以驅動電動機；同時將輸出電壓降至12V直流電壓DC，用以驅動ECU（淺藍色）。CAN總線網(wǎng)絡用深藍色表示。
注釋
由于ECU負責執(zhí)行各種關鍵性任務，因此，DC/DC變壓器對于確保車輛的安全運行至關重要。此外，該轉換器還必需高效，而且即使在電池電壓發(fā)生波動時，也必須為ECU提供穩(wěn)定的電源。其電路設計必須足夠精準、高效和緊湊，以適合空間受限有限的汽車系統(tǒng)。最重要的是，它必須可靠，因為ECU的任何一個故障都可能導致車輛失控、損壞甚至人員傷亡。
然而，卓越的DC/DC變壓器離不開卓越的控制器。Spansion半導體的新技術利用MCU的數(shù)字處理能力成功縮減了組件的數(shù)量，它能夠利用軟件平臺輕松靈活地滿足系統(tǒng)要求，而且還能通過車載網(wǎng)絡向駕駛員顯示故障信息，從而簡化了車輛的維護工作。
數(shù)字化的優(yōu)勢
為了更好地了解MCU如何影響數(shù)字DC/DC變壓器的運行和功能，讓我們以Spansion MB91550為例。這款MCU能夠同時實現(xiàn)兩個控制環(huán)，一個用于控制輸出電壓，另一個用于控制電流（見圖2）。這個以200MHz時鐘頻率運行的MCU能夠生成一個精準的PWM波形，而這是保持精準控制的關鍵所在。通過PWM轉化輸出的周期進行相位調整能夠對其進行功率因數(shù)校正（PFC）。另外，此款MCU還符合ISO26262定義的功能安全要求。
圖 2: 在斜率補償單元和比較器的協(xié)助下， MB91550單片機可以控制數(shù)字直流/直流變壓器，從而搭建一個高效的系統(tǒng)。
注釋
讓我們仔細研究一下整個過程。一個12位A/D轉換器對電壓進行數(shù)字化處理，然后，一個配有FPU的32位CPU設定一個比較器參考值和一個斜率補償值，目的是將電壓降至目標電壓（見圖3）。這個斜率補償值通過一個10位D/A轉換器被發(fā)送到電流反饋環(huán)的斜率補償單元。經過CPU處理后，電流進入一個比較器，后者檢查其與預先設定的參考值的偏離。轉換器根據(jù)匹配結果調整當前轉換周期的PWM輸出的工作周期。如果電流大于上述參考值，則表示發(fā)生了過流情況，MCU將切換至“off”狀態(tài)，同時修正被控制的PWM輸出。
圖3: 比較器比較電感電流和參考值，以便確定如何修改PWM輸出參數(shù)，以提供穩(wěn)定的電壓。
評論