【正文】 低電平信號。 在加減速踏板中，安裝了微動開關(guān)，配合加速器的使用，可以提高系統(tǒng)的可靠性，微動開關(guān)閉合時，系統(tǒng)根據(jù)加速 器的信號進入電動狀態(tài)運行，微動開關(guān)斷開時，系統(tǒng)進入制動狀態(tài)，速度為零，轉(zhuǎn)入靜止準備狀態(tài)。在本驅(qū)動系統(tǒng)中，加速器采用線性霍爾測量駕駛員的速度給定信號，其輸出為 0． 5V4． 5V的電壓信號，該信號經(jīng)過 RC濾波和電壓跟隨器后送人微處理器的 A／ D口。溫度檢測電路如圖 3． 8所示。在驅(qū)動控制系統(tǒng)中電路設(shè)計中，溫度信號的檢測采用玻封的 NTC熱敏電阻裝在散熱器上作為溫度傳感器， NTC熱敏電阻是負溫度系數(shù)熱敏電阻，當(dāng)溫度升高時，其電阻值變小，通過查閱器件資料，可得 到具體型號的 NTC熱敏電阻在不同環(huán)境溫度下所對應(yīng)的阻值。 MOSFET的損耗都轉(zhuǎn)換成熱量，并變成溫升，但 MOSFET溫度過高時，驅(qū)動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性將會下降，甚至造成 功率器件損壞。當(dāng)功率電路出現(xiàn)故障時，充電電路的電流較大， PTC功率電阻溫度升高，其阻值升高，起到抑制充電電流，保護電路板的功能。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。電壓檢測電路如圖 3． 7所示。 在 MOSFET柵極串聯(lián)一個限流電阻 Rl，降低 MOSFET的開關(guān)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(guān)損耗，經(jīng)過反復(fù)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。在系統(tǒng)設(shè)計中，選用 IR2110作為驅(qū)動芯片。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(cè)和一個低壓側(cè) 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(cè)和低壓側(cè)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(guān)速度快，可以得到理想的驅(qū)動波形。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(guān)狀態(tài)，縮短開關(guān)時間，減 小開關(guān)損耗。 16 T1和 T3是導(dǎo)通時刻， T2是 MOSFET關(guān)斷時刻， Vl是導(dǎo)通時 D3的管壓降，V2是運放的零飄電壓。 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。 MCU電流采樣點 V04為 O。他勵電機電樞電流檢測電路 如圖 3． 4所示。因為原理都是一樣的，故只分析采集電樞電流的電路。即： （ ） 式（ ）中， V（ DSN） —— OS開關(guān)的漏源通態(tài)壓降； R（ D） —— 溝道等效電阻； Id—— 漏極電流。當(dāng)MOSFET功率開關(guān)流過通態(tài)電流時，由于通態(tài)導(dǎo)通電阻的存在，在其導(dǎo)通溝道上有一定的壓降，又因器件的導(dǎo)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。 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)。由于流過主開關(guān)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。 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(guān)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。系統(tǒng)的工作頻率 f=24KHz。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)電源電路原理圖如圖 3． 3所示。開關(guān)電源控制電路是一個電壓、電流雙閉環(huán) PI控制系統(tǒng)。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。 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(yīng)用而設(shè)計，為設(shè)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。電流型 PWM是近年興起的新技術(shù)，與電壓型 PWM相比，電流型 PWM開關(guān)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。高頻開關(guān)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(dāng)開關(guān)損壞時，也不會有危及負載的高低壓出現(xiàn)。因此，本系統(tǒng)選用 ATmega64作為主控制芯片。不可破解的位加密鎖 Lock bit技術(shù)， 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。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(luò)控制、數(shù)據(jù)傳送更為方便。使得工業(yè)控 制中的模擬信號處理更為簡單方便。 (5)具有模擬比較器、脈寬調(diào)制器、模數(shù)轉(zhuǎn)換功能。 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。 I／ O口有輸入／輸出，三態(tài)高阻輸入，也可設(shè)定內(nèi)部拉高電阻作輸入端的功能，便于作各種應(yīng)用特性所需 (多功能 I／ O口 )。 I／ O口功能強、驅(qū)動能力大。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。 在和 M51單片機外接相同晶振條件下， AVR單片機的工作速度是 M51單片機的 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(guān)閉時為 100hA，其功耗遠低于 M51單片機，更適用于電池供電的應(yīng)用設(shè)備。這樣使程序開發(fā)更加方便，工作更可靠。其主要特點和優(yōu)點如下： 【 6】 (1)自帶廉價的程序存儲器 (FLASH)和非易失的數(shù)據(jù)存儲器 (EEPROM)。 根據(jù)上面所述的原則，結(jié)合本系統(tǒng)實際情況，儀表選用 ATMEL公司生產(chǎn)的 ATmega64單片機作為主控模塊的核心芯片 3． 2． 2 ATmega64的特性與內(nèi)部結(jié)構(gòu) ATmega64是 ATMEL公司生產(chǎn)的高性能、低功 耗的 8位 AVR高檔微處理器，采用 RISC結(jié)構(gòu)，具備 IMIPS／ MHz(百萬條指令每秒／兆赫茲 )的高速處理能力，有效緩減了系統(tǒng)在功耗和處理速度之間的矛盾。 (8)編程器以及仿真器的價格，單片機開發(fā)是否支持高級語言以及編程環(huán)境要好用易學(xué)。 (6)單片機的工作電壓是否在常用范圍內(nèi)。 (4)芯片的封裝形式，如 DIP封裝， PLCC封裝及表面貼附封裝等。 (2)單片機的增強功能，例如看門狗， A／ D功能，雙串口， RTC(實時時鐘 )， EEPROM， CAN接口等?？紤]到單片機結(jié)構(gòu)簡單容易上手且系統(tǒng)對速度要求不 高，因此本系統(tǒng)選用一款高性價比的單片機充當(dāng) MCU。選擇功能過強的控制器，則會造成資源浪費，使產(chǎn)品的性能價格比下降。 11 選擇一款合適的控制器對整個系統(tǒng)起著至關(guān)重要的作用。 本控制系統(tǒng)包括對電樞和勵磁的分別 PWM控制模塊，電源模塊，開關(guān)量處理模塊，和模擬量處理模塊，硬件性能滿足設(shè)計要求，可在此硬件系統(tǒng)上對 MCU進行軟件設(shè)計，從而達到最終的控制要求。 3． 1系統(tǒng)硬件的整體設(shè)計方案 本電動汽車動力系統(tǒng)是基于他勵直流電機設(shè)計的，控制器的硬件設(shè)計既要達到動力性能要求，也要達到便捷的操控性要求。 【 79】 10 第三章系統(tǒng)的硬件設(shè)計 本章主要介紹了他勵直流電機電動汽車 控制器的硬件設(shè)計，其中包括了控制器整體電路模塊的設(shè)計、電源模塊設(shè)計、驅(qū)動模塊設(shè)計、電流檢測模塊設(shè)計和通信模塊設(shè)計等。在此需特別注意的是勵磁電流 I(f)，在運行中絕對不能為 0，否則 φ趨近于 0， n趨近于無窮 即將產(chǎn)生飛車，因此必須采取相應(yīng)的互鎖保護措施。 由于勵磁電流一般較小，因此弱磁調(diào)速控制較方便、功耗也小，通過連續(xù)調(diào)節(jié)勵磁電源的電壓，即可實現(xiàn)無級的弱磁恒功率調(diào)速，以獲得如圖2． 3所示的低速恒轉(zhuǎn)矩、高速恒功率的調(diào)速特性。 在弱磁調(diào)速中，電樞電壓 U為額定電壓 U(e)，若保持電樞電流 I(a)為額定電流 I(e)不變時，則輸出轉(zhuǎn)矩 T=C(T)φ I(e)，代人式 (2． 3)即可得變化磁通φ與轉(zhuǎn)速 n的關(guān)系式： () 式（ ）中 C1— — 常數(shù) 1； 于是電磁轉(zhuǎn)矩可表示為， 9 （ ） 式（ ）中 C2—— 常數(shù)， C2=C1C(T)I(e)。增大 后的電磁轉(zhuǎn)矩即為圖 49中的 T’，工作點由 e點過渡到 φ =φ 1的人為機械特性曲線上的 C點。當(dāng)磁通從φ (e)降到φ (1)時，轉(zhuǎn)速 n未能及時變化，而電樞電動勢 E(a)= c(e) φ n(e)，則因φ下降而減小，使電樞 8 電流 I(a)=(UE(a))／ R(a)增大?！醮耪{(diào)速的機械特性如圖 2． 2所示。 7 (2) 減弱磁通的恒功率調(diào)速 由于通常電動機額定運行時均已在磁通近飽和狀態(tài)，故一般只能采用減