【文章內(nèi)容簡介】 30一 40倍；并且增加了休眠功能及低功率、非揮發(fā)的 CMOS工藝，一般耗電在 1～ 2． 5mA，典型功耗情況， WDT關閉時為 100hA，其功耗遠低于 M51單片機，更適用于電池供電的應用設備。 12 (3)工業(yè)級產(chǎn)品。具有大電流輸出可直接驅(qū)動 SSR和繼電器，內(nèi)有看門狗定時器，防止程序跑飛，從而提高了產(chǎn)品的抗干擾能力。工作電壓范圍寬 (2． 76． ov)，電源抗干擾性強。 I／ O口功能強、驅(qū)動能力大。 AVR的 I／ O口是真正的 I／ O口，能正確反映 I／ O口輸入／輸出的真實情況。 I／ O口有輸入／輸出，三態(tài)高阻輸入，也可設定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能，便于作各種應用特性所需 (多功能 I／ O口 )。 (4)程序下載方便。 AVR程序?qū)懭肟梢圆⑿袑懭?(用萬用編程器 )，也可用串行 ISP(通過 PC機 RS232H或打印 E1)在線編程擦寫。也就是說不需要將 IC芯片拆下拿到萬用編程器上擦寫，可直接在電路板上進行程序修改、燒錄等操作，方便產(chǎn)品升級。 (5)具有模擬比較器、脈寬調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。 AVR內(nèi)帶模擬比較器， I／ O口可作 A／ D轉(zhuǎn)換用，可組成廉價的 A／ D轉(zhuǎn)換器。使得工業(yè)控 制中的模擬信號處理更為簡單方便。 (6)強大的通訊功能。內(nèi)置了同步串行接 HSH、通用串行接 HUART、兩線串行總線接 HTWI(12C)，使網(wǎng)絡控制、數(shù)據(jù)傳送更為方便。 (7)超級保密功能，應用程序可采用多重保護鎖功能。不可破解的位加密鎖 Lock bit技術， Flash保密位單元深藏于芯片內(nèi)部，無法用電子顯微鏡看到保密位，可多次燒寫的 Flash且具有多重密碼保護鎖死 (LOCK)功能，因此可快速完成產(chǎn)品商品化，并可多次更改程序 (產(chǎn)品升級 )而不必浪費 IC芯片或電路板，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量及競爭力。 由上述內(nèi)容可知， ATmega64的處理速度快且功耗低，內(nèi)部自帶的 EPROM能夠滿足車輛運行曲線參數(shù)的存儲， FOE]的推挽設計使抗干擾能力更加增強，在線仿真功能使得程序開發(fā)更加簡單，兩 USARTD滿足系統(tǒng)的需要 (232和 485)，內(nèi)部各種增強功能的設計使得控制器外設更加簡單。因此，本系統(tǒng)選用 ATmega64作為主控制芯片。 3． 3開關電源模塊、 近年來，隨著電源技術的飛速發(fā)展，開關穩(wěn)壓電源朝著高頻化，集成化的方向發(fā)展，開關電源已經(jīng)得到廣泛的應用。高頻開關穩(wěn)壓電源與線性電源相比，具有如下優(yōu)點 1)效率高； 2)體積小、重量輕； 3)穩(wěn) 壓范圍廣；4)性能靈活、驅(qū)動能力強； 5)可靠性高，當開關損壞時，也不會有危及負載的高低壓出現(xiàn)。而傳統(tǒng)的開關電源普遍采用電壓型 PWM技術。電流型 PWM是近年興起的新技術，與電壓型 PWM相比，電流型 PWM開關電源具有更好的電壓和負載調(diào)整率，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和動態(tài)特性得以明顯改善，特別是其內(nèi)在的限流能力和并聯(lián)均流能力可以使控制電路簡單可靠。目前，小功率開關電源正從電壓控制模式向電流控制模式方向轉(zhuǎn)化。 UC3842是高性能固定頻率電流模式控制器專為離線和直流至直流變換器應用而設計，為設計人員提供只需要最少外部元件就能獲 得成本效益高 13 的解決方案。此集成電路具有可微調(diào)的振蕩器、能進行精確的占空比控制、溫度補償?shù)膮⒖?、高增益誤差放大器。電流取樣比較器和大電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動功率 MOSFET的理想器件。本文以 UC3842為核心控制部件，設計了 DC60 V輸入、 DCl2V輸出的單端反激式開關穩(wěn)壓電源。開關電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán) PI控制系統(tǒng)。主要的功能模塊包括：啟動電路、反饋電路、保護電路、整流電路。 系統(tǒng)電源電路原理圖如圖 3． 3所示。 在電路設計中，利用 UC3842控制芯片內(nèi)部的誤差放大器、由 R R2構成的電壓反 饋電路，和 R C1共同構成電壓閉環(huán) PI調(diào)節(jié)器，利用芯片內(nèi)部的比較器與由 R5電流檢測和 R C2濾波電路構成的電流反饋電路構成電流閉環(huán)。外接的定時電阻 R（ T）和定時電容 C（ T），決定系統(tǒng)的工作頻率，f=1． 8／ R（ T） C（ T）。系統(tǒng)中取 R（ T）為 7． 5KΩ，取 C，為 0． 01uf。系統(tǒng)的工作頻率 f=24KHz。采用 LM7905變換芯片產(chǎn)生 5V電源，給運放工作提供負電源。 3． 4電流檢測模塊 在功率變換器中，經(jīng)常要對流過主功率開關器件的電流進行檢測，其目的主要有兩個： 1)對功率變換器進行過流保護； 2)作為功率 變換器控制器的電流反饋檢測量。通常的做法是在功率變換器的直流母線上安裝電流霍爾或電流互感器以提供電流反饋檢測量。由于流過主開關器件的電流通 14 常都較大，所采用的霍爾器件或電流互感器的額定參數(shù)也必須很大，不僅成本高、體積大、安裝不方便，且不便于實現(xiàn)功率變換器的高功率密度。文中介紹一種用半導體器件構成的電流檢測電路，可以直接布置在功率變換器的控制器的印制板上，不僅成本低廉，體積小，安裝方便，而且性能良好，還可以同功率變換器固化在一起形成專用集成電路 (ASIC)。 3． 4． 1 MOSFET電流檢測原理 MOSFET的通態(tài)電阻具有正的溫度系數(shù)，約為 0． 4％一 0． 8％，有利于采用多 MOSFET管并聯(lián)。多只元件并聯(lián)工作時， MOSFET間可以自動均流。當MOSFET功率開關流過通態(tài)電流時，由于通態(tài)導通電阻的存在，在其導通溝道上有一定的壓降，又因器件的導通溝道電阻基本穩(wěn)定，該壓降與器件的通態(tài)電流成正比。所以，檢測出主開關器件的通態(tài)壓降也就是檢測流過器件的電流大小。即： （ ） 式（ ）中， V（ DSN） —— OS開關的漏源通態(tài)壓降； R（ D） —— 溝道等效電阻； Id—— 漏極電流。 3． 4． 2他勵直流電機電流檢測方法 他勵直流電機控制器要采集的電流信號是電樞電流信號和勵磁電流信號，電樞電流只有一相，勵磁電流要采集的信號有兩相，如圖 3． 1硬件結構框圖所示，電樞電流采集流過下橋 MOSFET的電流，勵磁采集流過 H橋下橋MOSFET的電流。因為原理都是一樣的，故只分析采集電樞電流的電路。由于電機所需功率比較大，所以每一項都是多個 MOSFET管并聯(lián)【 他勵電機電樞電流檢測電路 如圖 3． 4所示。 15 電路工作原理： Vlow驅(qū)動下橋 MOSFET管，當 Vlow為低電平時， D2右端也被鉗位為低電平， U1的正向輸入端即為低電平， U1的負向輸入端為固定電平，此時 U1輸出為低電平， U2輸出也為低電平，經(jīng)過 U3，正反輸入端都為 0，所以 U3輸出為 0。 MCU電流采樣點 V04為 O。 當 Vlow為高電平時， D2右端電壓為高電平，此時 U1輸出為高阻態(tài)， Vol的電壓為 MOSFET電流在內(nèi)阻上的壓降加上 D1的管壓降，因為加上了 D1的管壓降，所以檢測的電流不準，故我們采用了 U2來去除管壓降，此時 U2輸出為高阻態(tài)， V02的電壓為二極管管壓降。 V03=K*(V01． V02)； K=(R9／R8)為電壓 放大倍數(shù)； V03經(jīng)過 C1和 R10組成的濾波電路可得電壓 V04，此時 V04的電壓即能準確 Ql上的管壓降，將 V04的電壓送入 MCU進行處理。 開關管管壓降和電流檢測電路相關點的波形分析如圖 3． 5所示。 16 T1和 T3是導通時刻， T2是 MOSFET關斷時刻， Vl是導通時 D3的管壓降，V2是運放的零飄電壓。 3． 5驅(qū)動電路的設計 驅(qū)動電路是電力電子主電路與控制電路之間的接口，是實現(xiàn)主電路中的電力電子器件按照預定設想運行的重要環(huán)節(jié)。采用性能良好的驅(qū)動電路，可以使電力電子器件工作在較為理想的開關狀態(tài)，縮短開關時間，減 小開關損耗。此外，對器件或整個裝置的一些保護措施也往往設在驅(qū)動電路中，或通過驅(qū)動電路實現(xiàn)，因此驅(qū)動電路對裝置的運行效率、可靠性和安全性都有重要的影響。功率 MOSFET為電壓型驅(qū)動功率器件，常見的 MOSFET柵極集成驅(qū)動器為 IR公司生產(chǎn)的 IR21XX系列高壓浮動 MOS柵極驅(qū)動集成電路，該集成電路將驅(qū)動一個高壓側和一個低壓側 MOSFET所需的絕大部分功能集成 17 在一個封裝內(nèi)，它們依據(jù)自舉原理工作，驅(qū)動高壓側和低壓側兩個元件時，不需要獨立的驅(qū)動電源，因而使電路得到簡化，而且開關速度快，可以得到理想的驅(qū)動波形。在設計功 率主電路的驅(qū)動電路中，要綜合考慮減小開關損耗、驅(qū)動的一致性、抑制感生電壓等問題，因此驅(qū)動電路對系統(tǒng)的可靠性有重要的影響。在系統(tǒng)設計中，選用 IR2110作為驅(qū)動芯片。圖 3． 6為單橋臂的驅(qū)動電路的原理圖。 在 MOSFET柵極串聯(lián)一個限流電阻 Rl，降低 MOSFET的開關速度，減小電壓電流的變化率，降低 EMI，且對動態(tài)均流有顯著的作用，但增大了 MOSFET的開關損耗，經(jīng)過反復實驗，取 R1的電阻值為 15Ω；電阻 R2是防靜電電阻，以免由于靜電燒損功率管；采用 15V的 TvS防止驅(qū)動電壓過高，損壞功率管。 3． 6電壓檢測 電路 在驅(qū)動控制系統(tǒng)中使用的功率器件是 IRFB4310，其耐壓值為 100V，當電壓過高時，功率器件會因過壓而損壞，所以電壓信號的檢測是很重要的一個信號量。電壓檢測電路如圖 3． 7所示。我們需要測量蓄電池電壓值，在信號的采樣點的選擇上，我可以選擇鑰匙開關的接口點 KEY作為蓄電池電壓的采樣點，為了配合系統(tǒng)的故障檢測功能的實現(xiàn)，選擇 B+點作為蓄電池電壓 18 采樣點。在驅(qū)動系統(tǒng)上電后，系統(tǒng)先通過二極管和 PTC功率熱敏電阻給功率電路中的濾波電容充電，延時 lS后，通過檢測 B+點的電壓，電壓過低，可以判斷功率電路出現(xiàn)故障，發(fā)出故 障報警信號；電壓過高，發(fā)出報警信號。如果系統(tǒng)正常，吸合主接觸器，系統(tǒng)進入運行狀態(tài)，但也存在主接觸器不能可靠吸合在運行的過程中斷開的故障情況，此時 B+點的電壓將下降，系統(tǒng)應及時停止運行。當功