【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 編碼器輸出脈沖相連接的能力，防止擊穿故障的可編程PWM死區(qū)控制；(5)可擴(kuò)展的外部存儲(chǔ)器總共有192K字16位的空間，分為64K字程序存儲(chǔ)空間、64K字的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間和64K字的I/O空間；(6)看門(mén)狗(WD)定時(shí)器模塊；(7)雙8路或單16路10位A/D轉(zhuǎn)換器，具有可編程自動(dòng)排序功能，最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為375ns；(8)，即控制器局域網(wǎng)模塊；(9)串行通訊接口(SCI)和16位串行外部設(shè)備接口(SPI)；(10)7個(gè)專(zhuān)用于串行掃描仿真口 (JTAG口)的引腳，允許對(duì)器件進(jìn)行非侵入式的仿真，即無(wú)需使用連接至器件的全部引腳的插入式電纜。 基于以上特點(diǎn)，本文中純電動(dòng)汽車(chē)控制系統(tǒng)的核心部分選用LF2407A DSP作為電動(dòng)汽車(chē)的控制芯片如圖22為T(mén)MS320LF2407A引腳圖圖22 TMS320LF2407A引腳圖由框圖可知可知，本文以TMS320LF2407A作為電動(dòng)汽車(chē)的控制芯片，而要很好的控制電動(dòng)汽車(chē)，除了芯片自身需要的外部供應(yīng)電路以外，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)還有很多的電路，比如燈光、轉(zhuǎn)向、電動(dòng)車(chē)窗等，還有很多的需要檢測(cè)及保護(hù)的電路的設(shè)計(jì)，而本文的設(shè)計(jì)只是電動(dòng)汽車(chē)電路設(shè)計(jì)的一小部分的電路。根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，需要對(duì)以下的電路進(jìn)行設(shè)計(jì):1．LF2407A DSP及其外圍電路；2．電動(dòng)機(jī)三相電流檢測(cè)及過(guò)電流保護(hù)電路；3．控制器溫度檢測(cè)及溫度保護(hù)電路；4．蓄電池電壓檢測(cè)及過(guò)壓、欠壓保護(hù)電路；5．電動(dòng)汽車(chē)速度檢測(cè)電路；6．加速踏板給定信號(hào)轉(zhuǎn)換電路；7. RS232通訊接口（手持編程器接口）應(yīng)任務(wù)書(shū)的要求，在設(shè)計(jì)中以TMS320LF2407A作為電動(dòng)汽車(chē)的控制芯片，用無(wú)源晶振作為單片機(jī)的時(shí)鐘供應(yīng)，再加上四倍頻電路，使得芯片的運(yùn)行速度加快；同時(shí)用TPS7333芯片為單片機(jī)提供一個(gè)可靠穩(wěn)定的電源()；又用MAX811設(shè)計(jì)一個(gè)可靠的復(fù)位電路，使得出現(xiàn)較小問(wèn)題（加電、掉電、降壓、輕微抖動(dòng)）時(shí)，單片機(jī)能夠快速?gòu)?fù)位；用MAX232構(gòu)成PC機(jī)與TMS320LF2407A之間的通信接口，通過(guò)接口將程序從PC機(jī)輸入到單片機(jī)中，是一個(gè)雙向的通信；用增量式光電編碼器及相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成速度檢測(cè)電路，將處理好的脈沖信號(hào)送入事件管理器中，根據(jù)相應(yīng)的中斷及程序判斷方向及轉(zhuǎn)速；電動(dòng)加速踏板是根據(jù)踏板踏下時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同大小的電壓值，經(jīng)過(guò)AD轉(zhuǎn)換，DSP芯片便可以根據(jù)采樣得到的數(shù)字量大小判斷油門(mén)踩下的程度，輸出對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)矩；再有就是芯片溫度、電源電壓、電機(jī)電流的檢測(cè)，利用相應(yīng)的傳感器及信號(hào)處理電路經(jīng)芯片顯示相應(yīng)的數(shù)據(jù)，判斷電動(dòng)汽車(chē)相應(yīng)的情況是否正常，然后將信號(hào)處理電路的電壓值與設(shè)定的保護(hù)值相比較，當(dāng)大于或小于設(shè)定值時(shí)，在有相應(yīng)的故障顯示時(shí)，把故障信號(hào)經(jīng)系統(tǒng)保護(hù)電路輸入DSP的引腳(功率驅(qū)動(dòng)保護(hù)中斷輸入引腳)，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)外部中斷，這時(shí)所有的DSP的事件管理器輸出引腳(PWM輸出引腳)將被硬件設(shè)置為高阻態(tài)，芯片停止工作，達(dá)到保護(hù)的目的。第三章 電動(dòng)汽車(chē)重要物理量的檢測(cè)及保護(hù)第三章 電動(dòng)汽車(chē)重要物理量的檢測(cè)及保護(hù) 檢測(cè)電路的目的就是將要檢測(cè)的各種信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換變成DSP可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。本章主要對(duì)電流檢測(cè)、電壓檢測(cè)、溫度檢測(cè)這三部分進(jìn)行設(shè)計(jì)以及說(shuō)明，電流、電壓、溫度檢測(cè)出的模擬量信號(hào)均是通過(guò)外圍設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)換﹑放大﹑濾波﹑整形等電路轉(zhuǎn)換后直接接到處理器TMS320LF2407A的接口電路上，同時(shí)根據(jù)相應(yīng)的電路設(shè)計(jì)及設(shè)置，做出保護(hù)等。電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行過(guò)程中，各部分溫度，電壓等要保持在一定范圍內(nèi)。 三相電動(dòng)機(jī)電流的檢測(cè)保護(hù) 作為汽車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)，三相交流異步電動(dòng)機(jī)的電流必須保持在允許的范圍內(nèi)系統(tǒng)各部分才能正常運(yùn)行。否則電動(dòng)機(jī)中發(fā)生短路故障或電流過(guò)大時(shí)，會(huì)對(duì)汽車(chē)各部分的機(jī)械及電氣設(shè)備帶來(lái)危害，因此對(duì)電流進(jìn)行檢測(cè)和保護(hù)是極其重要的。 基于霍爾電流傳感器的電流采樣電路 閉環(huán)霍爾電流傳感器是利用霍爾器件為核心敏感元件用于隔離檢測(cè)電流的模塊化產(chǎn)品，它的工作原理是霍爾磁平衡式的。當(dāng)電流流過(guò)一根長(zhǎng)的直導(dǎo)線時(shí)，在導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的大小與流過(guò)導(dǎo)線的電流大小成正比，這一磁場(chǎng)可以通過(guò)軟磁材料來(lái)聚集，然后用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)，由于磁場(chǎng)的變化與霍爾器件的輸出電壓信號(hào)有良好的線形關(guān)系，因此可利用霍爾器件的測(cè)得的輸出信號(hào)，直接反應(yīng)出導(dǎo)線中的電流大小： I ∝ B ∝ VH （1） 式中：B為導(dǎo)線通電流后產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度；I為通過(guò)導(dǎo)線中的電流；VH為霍爾器件在磁場(chǎng)B中產(chǎn)生的霍爾電壓。當(dāng)選擇適當(dāng)?shù)谋壤禂?shù)，上述關(guān)系可以表示為等式。 對(duì)于霍爾輸出電壓信號(hào)VH的處理，人們?cè)O(shè)計(jì)了許多種電路，但總體來(lái)講可分為兩類(lèi)，一類(lèi)為開(kāi)環(huán)霍爾電流傳感器；另一類(lèi)為閉環(huán)霍爾電流傳感器。 閉環(huán)霍爾電流傳感器的工作原理是磁平衡式的，即原邊電流（IN）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過(guò)一個(gè)副邊線圈的電流（IM）所產(chǎn)生的磁場(chǎng)進(jìn)行補(bǔ)償，使霍爾器件始終處于檢測(cè)零磁通的工作狀態(tài)。當(dāng)原副邊補(bǔ)償電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁芯中達(dá)到平衡時(shí)： NIN= nIM （2） 式中：N為原邊線圈的匝數(shù)；IN為原邊電流；n為副邊線圈的匝數(shù)。IM為副邊補(bǔ)償電流。 　　由上式看出，當(dāng)已知傳感器原邊和副邊線圈匝數(shù)時(shí)，通過(guò)測(cè)量副邊補(bǔ)償電流IM的大小，即可推算出原邊電流IN的值，從而實(shí)現(xiàn)了原邊電流的隔離測(cè)量。示意圖如圖31。圖31 霍爾效應(yīng)電流傳感器 由于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)三相電流平衡，因此只需檢測(cè)其中兩相定子電流，第三相電流可計(jì)算得到。系統(tǒng)試驗(yàn)電機(jī)額定電流153A。 檢測(cè)電路的電流采樣元件選用霍爾電流傳感器LT308—S6。LT308—S6是閉環(huán)霍爾電流傳感器，可用于測(cè)量直流、交流和脈沖電流。原邊額定有效值電流為300A，副邊額定有效值電流為100mA，最大測(cè)量電流為500A，轉(zhuǎn)換率為1:3000。其主要優(yōu)點(diǎn)有出色的精度， 良好的線性度，低溫漂，寬頻帶，抗干擾能力強(qiáng)，過(guò)載能力強(qiáng)等。電流采樣電路如圖32所示。 圖32 電流采樣電路圖　電流信號(hào)處理電路 當(dāng)測(cè)量電阻取10Ω時(shí)， V～+。利用兩門(mén)運(yùn)算放大器構(gòu)建求和電路,實(shí)現(xiàn)輸入電壓和 +2V基準(zhǔn)電壓累加， ～。再由U3做一次反向跟隨放大，實(shí)現(xiàn)電壓反向功能, ～。而因?yàn)橛羞^(guò)電流的保護(hù)。 ～，再通過(guò)二極管的限幅保護(hù)后送到DSP的AD轉(zhuǎn)換單元，進(jìn)行電流檢測(cè)。圖33為信號(hào)處理電路。 圖33信號(hào)處理電路 過(guò)電流保護(hù)過(guò)流是引起功率驅(qū)動(dòng)器被燒壞和損壞的主要原因之一。功率開(kāi)關(guān)期間雖然可以承受短時(shí)間的過(guò)流，但一旦超出安全區(qū)，則會(huì)永久地?fù)p壞，所以要設(shè)置快速的過(guò)流保護(hù)電路。在主電路進(jìn)行電流檢測(cè)時(shí)，一旦檢測(cè)到主電路的電流過(guò)流時(shí)，應(yīng)該立即封鎖控制信號(hào)輸出，通知DSP關(guān)斷所有控制信號(hào)并報(bào)警，關(guān)斷開(kāi)關(guān)器件并采取相應(yīng)的措施。圖34為過(guò)流保護(hù)電路圖,經(jīng)過(guò)電流檢測(cè)電路處理后的電壓與設(shè)置的電壓信號(hào)（1V和3V）進(jìn)行比較，電壓比較器LM339輸出高低電平信號(hào)，一路信號(hào)送入系統(tǒng)保護(hù)中的雙四輸入端或門(mén)7432中，另一路經(jīng)光電耦合后送入DSP芯片的數(shù)據(jù)輸入端。圖34為過(guò)流保護(hù)電路要求控制器的上限溫度為65℃，在70℃時(shí)保護(hù)系統(tǒng)作用。本文選用LM35溫度傳感器作溫度采樣，此傳感器采用己知溫度系數(shù)的基準(zhǔn)源作為溫敏元件。芯片內(nèi)部則采用差分對(duì)管等線性化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了溫敏傳感器的線性化，也提高了傳感器的精度。與熱敏電阻、熱電偶等傳統(tǒng)傳感器相比，具有線性好、精度高、 體積小、校準(zhǔn)方便、價(jià)格低等特點(diǎn)，非常適合溫度的測(cè)量工作。它的主要性能指標(biāo)如下： 1) 輸出電壓與攝氏溫度成正比：+10mV/℃； 2) 寬溫度測(cè)量范圍：55℃至+150℃； 3) 寬供電電壓：4～30V； 4) 低功耗，一般小于 60A，℃ ． 5) 非線性數(shù)值:小于177。1/4℃．℃該傳感器能夠?qū)y(cè)得的溫度轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)輸出，輸出電壓與環(huán)境攝氏溫度成正比耗電極少，輸出阻抗低。電路如圖35所示.為了實(shí)現(xiàn)溫度精確測(cè)量，采用LM35的全溫度測(cè)量接線方法，取Vcc=5Ｖ，圖中： 電阻R的阻值按照 R=Vcc/50uA來(lái)選擇。電路的輸出電壓與溫度的線性關(guān)系，則電阻R=100K，電路的輸出電壓與溫度的線性關(guān)系為:（1）環(huán)境溫度150℃，Vo=1500mV；（2）環(huán)境溫度25℃，Vo=250mV；（3）環(huán)境溫度55℃，Vo=550mV。圖35 溫度信號(hào)采集電路 溫度信號(hào)處理電路如圖36所示， 傳感器LM35得到的電信號(hào)是與攝氏溫度成正比的電壓信號(hào)，且正負(fù)電壓可能均有，故必須給傳感器進(jìn)行正負(fù)電源供電。由于電壓的輸出值較小，在線路中傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有衰減，造成測(cè)量誤差，故要對(duì)信號(hào)的即時(shí)進(jìn)行處理，首先要對(duì)信號(hào)放大,由于所測(cè)量的溫度將信號(hào)限定最大到70℃，電路中的電壓信號(hào)的輸出最大到700mV，因?yàn)闀?huì)有負(fù)值，為了方便下一級(jí)的處理，需要將信號(hào)進(jìn)行正負(fù)的變換。具體的轉(zhuǎn)換電路如圖所示,在圖中，輸入電壓經(jīng)過(guò)U9的判斷后，選擇導(dǎo)通Q1或Q2，當(dāng)采集輸出電壓大于0時(shí)，經(jīng)放大器（U7)放大輸出反相器后, Q2導(dǎo)通 ，輸出的負(fù)電壓值經(jīng)過(guò)U8反向到DSP ADCIN02；當(dāng)放大輸出電壓大于0時(shí)，Q1導(dǎo)通，放大的電壓輸入到DSP ADCIN05。 圖36溫度信號(hào)處理電路 溫度保護(hù)電路溫度保護(hù)是利用設(shè)定好的電阻進(jìn)行電壓分壓，如果溫度高于某一設(shè)定值，（對(duì)應(yīng)70℃）電壓進(jìn)行比較，當(dāng)大于設(shè)定值時(shí)，就發(fā)送信號(hào)給DSP芯片，DSP芯片就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的中斷，關(guān)閉相應(yīng)的程序，以免系統(tǒng)受損。如圖37所示，（對(duì)應(yīng)70℃）電壓進(jìn)行比較，比較器輸出高低電平信號(hào)如電壓，一路送入DSP的數(shù)據(jù)信號(hào)輸入端，另一路送入系統(tǒng)保護(hù)中的芯片。 圖37 溫度保護(hù)電路 蓄電池電壓檢測(cè)與保護(hù)一輛設(shè)計(jì)優(yōu)良的電動(dòng)汽車(chē)，除了有良好的機(jī)械性能、良好的電機(jī)驅(qū)動(dòng)性能，選擇適當(dāng)?shù)哪芰吭?即電池)以外，還應(yīng)該有一套協(xié)調(diào)、管理和監(jiān)控電池功能的電池管理系統(tǒng)，使有限的能量源最大限度得以利用。因此，在電動(dòng)汽車(chē)的整車(chē)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，必須重視電動(dòng)汽車(chē)的電池管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文僅對(duì)蓄電池組電壓的檢測(cè)保護(hù)作出說(shuō)明。 基于的光耦器件HCNR201電壓采樣電路 在純電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行中， 經(jīng)常需要將儲(chǔ)能設(shè)備的直流電壓信號(hào)采集到控制系統(tǒng)。使用霍爾電壓傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)直流電壓的隔離和轉(zhuǎn)換是常用方法，但國(guó)外生產(chǎn)的高性能電壓傳感器件的造價(jià)較高，而國(guó)產(chǎn)傳感器在轉(zhuǎn)換精度和電氣隔離等性能上比較欠缺，并且價(jià)格也不低。 一種性?xún)r(jià)比較高的直流電壓檢測(cè)方法就是使用線性光耦轉(zhuǎn)換電路，由于線性光耦輸入端和輸出端是通過(guò)光耦進(jìn)行耦合的，并且芯片本身的電氣隔離性能比較可靠，因此不僅能夠?qū)崿F(xiàn)直流電壓的高精度檢測(cè)，而且不會(huì)將強(qiáng)電側(cè)電磁干擾耦合到控制系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)直流電壓側(cè)和控制系統(tǒng)的高強(qiáng)度電氣隔離。 在本文的電壓檢測(cè)中采用線性光耦 HCNR20l 實(shí)現(xiàn)了被測(cè)模擬信號(hào)與控制系統(tǒng)之間的線性隔離。線性光耦的隔離原理與普通光耦沒(méi)有太大差別，只是將改變了普通光耦的單發(fā)單收模式，增加一個(gè)用于反饋的光電二極管并且增大 了線性區(qū)域。兩個(gè)光電二極管都是非線性的，但其非線性特性都是一樣的 ，所以可以通過(guò)反饋通路的非線性來(lái)抵消直通通路的非線性，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的線性傳遞。 HCNR201光電耦合器是一種由三個(gè)光電元件組成的器件，主要技術(shù)指標(biāo)如下： 1：具有 土5％的傳輸增益誤差和 ％的線性誤差； 2：具有 DC一1MHz的帶寬； 3