【正文】 電阻法是在被測(cè)電流回路中串入一個(gè)精密電阻 (一般阻值較小，以免影響被測(cè)。定子電流檢測(cè)的精度和實(shí)時(shí)性是影響交流感應(yīng)電機(jī)適量控制性能的關(guān)鍵因素之一，由于定子繞組采用星型連接，所以只要檢測(cè)其中兩相 定子電流即可。本部分采用轉(zhuǎn)速、電流雙閉環(huán)調(diào)節(jié)器，如圖 。此設(shè)計(jì)方案中主要對(duì)電流檢測(cè)和速度檢測(cè)這兩部分進(jìn)行檢測(cè)，其它的如溫度檢測(cè)、磁極的位置等檢測(cè) 暫 不作討論。通過(guò)接線端子 J1 的 5 端引進(jìn)油門 和剎車信號(hào)，經(jīng)過(guò)濾波電路，電壓保護(hù) BAV70電路接 DSP 的 AD 端口 ADCIN ADCIN9。 、剎車信號(hào) 給定 在汽車駕駛中，駕駛員通過(guò)油門變化來(lái)控制發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的改變，從而實(shí)現(xiàn)汽車的啟動(dòng)、加速和爬坡等動(dòng)作。由式 31 知 OUT也為高電平。即 : OUT=SW1+SW2+SW3+SW4+SW5+SW6 (31) 在初始狀態(tài)時(shí)， SW1～ SW6 通過(guò) 電 阻 R 接地， OUT 為低電平 。在 CPLD 中進(jìn)行譯碼，完成后送給 DSP。因此在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中有必要設(shè)置檔位輸入來(lái)模擬此功能。為確保數(shù)據(jù)的完整性， SCI對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行間斷檢測(cè)、奇偶性、超時(shí)以及幀出錯(cuò)的檢查。 ③ SCI 模塊 SCI 模塊是一個(gè)高速、同步串行 I/O 口。 LF2407A 有兩個(gè)二級(jí) FIFO結(jié)果寄存器用于存放轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ② ADC 模塊 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊包含兩個(gè)帶內(nèi)置采樣保持電路的 10 位串行模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，多達(dá) 16 路模擬輸入通道。當(dāng)捕獲輸入引腳檢測(cè)到跳變時(shí)， T2 或 T3 被捕獲并存儲(chǔ)在兩級(jí) FIFO堆棧中。 LF2407A 的 4 個(gè)簡(jiǎn)單比較器可用于產(chǎn)生四個(gè)附加的獨(dú)立比較或高精度 PWM 波形。帶死區(qū)控制的 PWM 輸出對(duì)長(zhǎng)度為 0～ 2048 個(gè) CPU時(shí)鐘周期，脈沖寬度的變 化量最小為一個(gè) CPU時(shí)鐘周期。同時(shí) GP定時(shí)器為其它子模塊提供時(shí)基， T1 和 T3 適用于所有比較和 PWM 電路， T2 和 T4 適用于捕獲單元 和正交脈沖計(jì)數(shù)操作。 I / O 總 線程 序 總 線L F 2 4 0 7 AC P U系 統(tǒng)模 塊D A R A M ( B O )F L A S H D A R A M ( B 1 )D A R A M ( B 2 )S A R A M事 件 管 理 器等 待 狀 態(tài) 發(fā) 生 器串 口 掃 描 仿 真外 部 總 線 接 口外 部 總 線1 6數(shù) 字 I / O 口外 部 中 斷 控 制S C IS P IA D CW D / R T I / P L L系 統(tǒng) 控 制 寄 存 器外 設(shè) 總 線1 61 61 6圖 LF2407A 功能框圖 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中所用的 DSP 硬件資源 ① 事件管理器 (EVA/B)模塊 每個(gè) 24X 器件都包括兩個(gè)事件管理器 EVA 和 EVB，每個(gè)時(shí)間管理器模塊包括通用定時(shí)器、比較單元、捕獲單元以及正交編碼脈沖電路。 (11)7 個(gè)專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。 (9)串行通訊接口 (SCI)。 (7)10 位 ADC 轉(zhuǎn)換器，其特性為 :最小轉(zhuǎn)換時(shí)間為 375ns， 8 個(gè)或 16 個(gè)多路復(fù)用的輸入通道、可選擇由兩個(gè)事件管理器來(lái)觸發(fā)兩個(gè) 8 通道輸入川 A/D 轉(zhuǎn)換器或一個(gè) 16 通道輸入的 A/D 轉(zhuǎn)換器。 (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。 (4)兩個(gè)事件管理器模塊 EVA 和 EVB，每個(gè)均包括如下資源 :兩個(gè) 16 位通用定時(shí)器 。544 個(gè)字的雙端口 RAM(DARAM)。 (3)片內(nèi)有高達(dá) 32K 字 *16 位的 flash程序存儲(chǔ)器 。 40MPIS（ 40 萬(wàn)條指令 /秒 )的執(zhí)行速度，從而提高了控制器的實(shí)時(shí)控制能力。 TMS320LF2407A是基于 TMS32OC2XX 型 16位定點(diǎn)數(shù)字信號(hào)處理器的新型 DSP 控制器。 (6)可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。 儼 )具有低開銷或無(wú)開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)的硬件支持。 (2)程序和數(shù)據(jù) 空間分開，可以同時(shí)訪問(wèn)指令和數(shù)據(jù)。 DSP 芯片的內(nèi)部采用程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的 DSP 指令，可以用來(lái)快速地實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字信號(hào)處理算法。在與現(xiàn)存的 24x DSP 控制器芯片代碼兼容的同時(shí)， 2407A 芯片具有處理性能更好、外設(shè)集成度更高、程序存儲(chǔ)器更大、 A/D 轉(zhuǎn)換速度更快等特點(diǎn)，是電機(jī)數(shù)字化控制的升級(jí)產(chǎn)品。作為 DSP 控制器 2x4 系列的新成員， 2407A 芯片為C2xxCPU 功能強(qiáng)大的 TMS320DSP 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了低成本、低功耗、高性能的處理能力。其中， TI 公司的 DSP 芯片占世界 DSP 芯片市場(chǎng)的近50%，國(guó)內(nèi)也廣泛采用。 I G B T功 率 模 塊單 相電 壓 采 樣P W M兩 相電 流 采 樣速 度 采 樣S C IJ T A G顯 示 模 塊油 門 ， 剎 車信 號(hào) 給 定檔 位 給 定（ P , R , N , D ,1 , 2 ）開 關(guān)電 源T M S 3 2 0 L F 2 4 0 7 AD S PM o t o r圖 控制系統(tǒng)硬件框圖 DSP 控制器 TMS32OLF24O7A簡(jiǎn)述 DSP 芯片的主要供應(yīng)商包括美國(guó)的德州儀器設(shè)備公司 (TI)、 AD 公司、 ATamp。系統(tǒng)保護(hù)電路主要包括過(guò) (欠 )壓、過(guò)流、短路、溫度等保護(hù)電路。同時(shí)由矢量控制算法產(chǎn)生 PWM 信號(hào)傳送到 PIM 功率模塊觸發(fā)端，在觸 發(fā)器的控制下將蓄電池的直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電驅(qū)動(dòng)電機(jī)。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖 所示。并輸出采樣信號(hào)到弱電控制板。 硬件電路設(shè)計(jì)，包括強(qiáng)電和弱電部分 :該控制系統(tǒng)強(qiáng)電部分包括 :智能功率模塊智能 IPM(Intellective Power Module)及相應(yīng)電路，電壓、電流采樣模塊及相應(yīng)電路，開關(guān)電源三部分。 Tj= Δ Tj c+ Δ Tc h+ Δ Th a+ TaΔ Tj cΔ Tc hΔ Th aTa輸 入 功 率損 耗輸 出 功 率芯 片焊 料銅 層陶 瓷 （ A l 2 O 3 / A l N ）銅 層基 板散 熱 器焊 料芯 片 外 殼熱 阻 Rt h j c外 殼 散 熱 器熱 阻 Rt h c h散 熱 器 環(huán) 境熱 阻 Rt h h a結(jié) 溫 （ Tj）殼 溫 （ Tc）散 熱 器 溫 度 （ Th）環(huán) 境 溫 度P( w )Tj cTc hTh aTaRt h j cRt h c hRt h h a芯 片 外 殼 溫 差外 殼 散 熱 器 溫 差散 熱 器 環(huán) 境 溫 差圖 功率模塊溫度示意圖以及其熱流模型 由上圖 溫度示意圖所示，可得出功率模塊的溫差（平均 值）關(guān)系式如 下： Tj– Tc=△ T = Ptot Rthjc 其中： Tc為功率模塊的殼溫； Ptot功率的總損耗； Rthjc熱阻的大小。 C 圖 最大集電極電流隨外殼溫度的變化曲線 在 IGBT 運(yùn)行過(guò)程中，過(guò)溫可能產(chǎn)生于以下幾個(gè)方面： ① 故障電流引起的功耗增加； ② 由驅(qū)動(dòng)電 路故障引起的功耗增加，如 VGE欠壓； ③ 冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)故障，如風(fēng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)， IGBT 器件與散熱器接觸不良。器件標(biāo)稱 IC最大集電極電流，通常結(jié)溫不超過(guò)最大允許結(jié)溫值如下圖 所示。 器件標(biāo)稱電流與溫度 的關(guān)系比較大。 IGBT 的結(jié)溫效應(yīng)主要是因?yàn)? lGBT 在工作時(shí)其本身所消耗的功率而引起的。一般的要留余地，在最惡劣條件下，結(jié)溫應(yīng)限定在 125℃ 以下。 I c , M o d u lI c , C h ip2 2 02 0 01 8 01 6 01 4 01 2 01 0 08 06 04 02 000 1 0 0 2 0 03 0 0 4 0 05 0 0 6 0 07 0 0Ic[A]VC E[ V ]6 0 0 V ， 1 0 0 AI c , M o d u lI c , C h ip3 3 03 0 02 7 02 4 02 1 01 8 01 5 01 2 09 06 000 1 0 0 2 0 03 0 0 4 0 05 0 0 6 0 07 0 0Ic[A]VC E[ V ]6 0 0 V ， 1 5 0 AI c , M o d u lI c , C h ip4 4 04 0 03 6 03 2 02 8 02 4 02 0 01 6 01 2 08 04 000 1 0 0 2 0 03 0 0 4 0 05 0 0 6 0 07 0 06 0 0 V , 2 0 0 AVC E[ V ]Ic[A]9 0 08 0 07 0 06 0 05 0 04 0 03 0 02 0 01 0 000 1 0 0 2 0 03 0 0 4 0 05 0 0 6 0 07 0 06 0 0 V , 4 0 0 AVC E[ V ]Ic[A]I c , M o d u lI c , C h ip圖 反向偏壓安全操作區(qū)圖示 結(jié)溫的影響 IGBT 屬于半導(dǎo)體器件，也具有溫度敏感性。以下組圖 以英飛凌系列產(chǎn)品的 IGBT 功率模塊 RBSOA 為例說(shuō)明此特性。 IC( A )UC E( V )1 0 01 0104 0 08 0 0 1 2 0 0T j = 1 2 5 176。要保證使關(guān)斷時(shí) VCEIC的工作軌跡全部容納在該 RBSOA 區(qū)域內(nèi)。 反向偏壓安全操 作區(qū) IGBT 關(guān)斷時(shí)，安全工作的 VCEIC的工作范圍，稱為反向偏壓安全操作區(qū)RBSOA（ Reverse Bias Safe Operation Area）。 關(guān)斷浪涌電壓的峰值可以 用 下式求出： VCESP= Ed + (LS* dIc/dt ) 其中， Ed 是直流電源電壓， LS是主電路的寄生電感負(fù)荷， dIc/dt 是關(guān)斷時(shí)集電極電流變化率的最大值。如圖 所示。 關(guān)斷浪涌電壓 Ud +△ U IGBT 在由導(dǎo)通狀態(tài)關(guān)斷時(shí)，使主電路電流急劇變化，被切斷時(shí)而產(chǎn)生的瞬時(shí)電壓。電池的 SOC 一般希望保持在合適 的范圍內(nèi)，比如在 20%～ 95%之間，因此，能夠?qū)崟r(shí)預(yù)測(cè)電池的 SOC 值并使其保持在安全范圍內(nèi)是非常必要的。 供電系統(tǒng)的波動(dòng) 1 . 6 01 . 5 51 . 5 01 . 4 51 . 4 01 . 3 51 . 3 01 . 2 50 2 04 06 08 01 0 02 83 03 23 43 63 84 04 2CELL VOLTAG(V)T I M E ( M I N )BATTERY TEMPERATURE(176。 器件耐壓選擇 一般選擇 IGBT 耐壓值都是在整流后的直流母線電壓 2 倍，其原因充分考慮到過(guò)載、電網(wǎng)波動(dòng)、開關(guān)過(guò)程引起的電壓尖峰等因素。 死區(qū)時(shí)間導(dǎo)致 △ v 產(chǎn)生，不僅改變了 Vo 的大小，同時(shí)使 Vref 與輸出電 流 Io 的相位發(fā)生了改變。 死區(qū)時(shí)間的存在使逆變器的輸出電壓產(chǎn)生失真，從而導(dǎo)致電流畸變，乃 至對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生不可預(yù)料的影響。為了保證逆變器上下兩個(gè)橋臂不會(huì)同時(shí)導(dǎo)通 ，一般是通過(guò)在 PWM 控制電路中設(shè)定一 “死區(qū) ”來(lái)防止上下臂的直通。如下圖 所示。當(dāng)工作溫度升高后，允許的額定 Ic 會(huì)降低。 安全工作區(qū) SOA 安全工作區(qū)限定了 IGBT 器件在開關(guān)運(yùn)行、通態(tài)運(yùn)行以及單脈沖運(yùn)行時(shí)各種臨界的，不導(dǎo)致 IGBT 損壞的運(yùn)行條件。大約是正常運(yùn)行電流的 5 ~ 7 倍。 電機(jī)工況的影響 電動(dòng)汽車 在不同工況下對(duì)應(yīng)的電機(jī)電流是需要考慮的因素。 根據(jù)以上計(jì)算，可知流過(guò)電機(jī)的電流為 。 線電壓、電流和功率之間有如下關(guān)系式： I =P/√3 U*cosφ *η ① 其中， P 為電機(jī)功率，根據(jù)所給條件 P 取 30KW； U 為線電壓，根據(jù)所給條件 U 取 288V； cosφ為電動(dòng)機(jī)的功率因數(shù)， η為電動(dòng)機(jī)的效率，根據(jù)大