基于MC9S12DP256的燃料電池電動(dòng)汽車整車控制器硬件研制

　　整車控制器是一個(gè)多輸入、多輸出、數(shù)模電路共存的復(fù)雜系統(tǒng)，其各個(gè)功能電路相對(duì)獨(dú)立。因此，按照模塊化思想設(shè)計(jì)了硬件系統(tǒng)的各個(gè)模塊，主要包括：最小應(yīng)用系統(tǒng)模塊，電源模塊，CAN通訊模塊，串口通訊模塊，數(shù)模輸入輸出模塊。

　　2.3.1 電源模塊

　　整車控制器的供電電源來(lái)自燃料電池電動(dòng)汽車的鎳氫蓄電池組，其標(biāo)定電壓+12V。汽車在運(yùn)行過(guò)程中，鎳氫蓄電池組的電壓不穩(wěn)定，波動(dòng)非常大，高壓時(shí)可達(dá)到+17V，低壓時(shí)只有+9V。電源電壓的不穩(wěn)定將直接導(dǎo)致整車控制器工作不正常。因此，在電源模塊的設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用了寬輸入范圍，高輸出精度，大功率的DC/DC電源芯片。另外，由于整車控制器里所使用芯片的供電電壓包括了+5V和+12V兩種，所以設(shè)計(jì)時(shí)使用了兩款DC/DC芯片：Infineon公司的TLE4270以及National Semiconductor 公司的LM2940S-12，其分別具有12V-12V和12V-5V的變壓穩(wěn)壓作用，并具有短路、過(guò)壓、過(guò)流及溫度過(guò)載保護(hù)等功能。通過(guò)使用這兩款芯片及其外圍的一些輔助電路(主要是濾波電路)，使得電源模塊供電穩(wěn)定可靠。

　　2.3.2 CAN通訊模塊

　　由于MC9S12DP256片內(nèi)集成了五路兼容CAN2.0A/B協(xié)議的CAN模塊，所以整車控制器的CAN通信模塊不需要添加片外的CAN 控制器，只需外加CAN收發(fā)器。所設(shè)計(jì)的CAN通訊模塊采用了PHILIP公司的TJA1040收發(fā)器芯片。該芯片的波特率范圍是60kbps～1Mbps，它具有一個(gè)溫度保護(hù)電路，當(dāng)與發(fā)送器連接點(diǎn)的溫度超過(guò)大約165℃時(shí)，會(huì)斷開(kāi)與發(fā)送器的連接(當(dāng)總線短路時(shí)，更需此溫度保護(hù)電路)[2]。

　　為了增強(qiáng)CAN總線節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力，主芯片的CANTXD和CANRXD引腳并不是直接與TJA1040的TXD和RXD兩引腳相連，而是通過(guò)高速光耦HCPL-0630后，與TJA1040相連。這樣，當(dāng)總線上有多個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)時(shí)，可實(shí)現(xiàn)各CAN節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離。TJA1040與CAN總線的接口部分也采取了一定的安全和抗干擾措施：

　　(1)TJA1040的CANH和CANL引腳各自通過(guò)一個(gè)5Ω的電阻與CAN總線相連，電阻可起到一定的限流作用，保護(hù)TJA1040免受過(guò)流的沖擊。

　　(2)CANH和CANL與地之間并聯(lián)了兩個(gè)30pF的小電容，可以濾除總線上的高頻干擾，并且有一定的防電磁輻射能力。

　　(3)在兩根CAN總線接入端與地之間分別反接了一個(gè)保護(hù)二極管，當(dāng)CAN總線有較高的負(fù)電壓時(shí)，通過(guò)二極管的短路可起到一定的過(guò)壓保護(hù)作用。

　　2.3.3 數(shù)模輸入輸出模塊

　　在燃料電池電動(dòng)汽車運(yùn)行過(guò)程中，整車控制器經(jīng)常要發(fā)出一些車輛的啟動(dòng)/停止、鎳氫蓄電池組的閉合/斷開(kāi)等信號(hào)，即數(shù)字量的輸出。為保證信號(hào)穩(wěn)定可靠，整車控制器置有四路數(shù)字量輸出，并且都大于50mA。設(shè)計(jì)時(shí)采用了繼電器方式的開(kāi)關(guān)量輸出，該方式是目前最常用的一種輸出方式。所采用的繼電器芯片是Infineon公司的BTS824R，其特點(diǎn)如下[3]：

　　(1)寬電壓范圍輸入，兼容CMOS和TTL電平。

　　(2)加強(qiáng)型電磁兼容設(shè)計(jì)。

　　(3)自帶短路保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，ESD保護(hù)。

　　(4)自帶過(guò)溫切斷保護(hù)。

　　整車控制器在發(fā)出開(kāi)和關(guān)信號(hào)的同時(shí)，也在接收相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。在主芯片MC9S12DP256和外面信號(hào)之間采用高速光耦HCPL-0630連接的方式實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換以及信號(hào)隔離。