如何設(shè)計汽車點火控制

　　點火系統(tǒng)
　　汽車行業(yè)使用的點火系統(tǒng)控制，通常為16或32位微控制器，內(nèi)含ASIC電路，用來執(zhí)行點火控制。例如Cypress的PSoC系列，其提供一個微控制器與可編程邏輯來控制與管理汽車內(nèi)部的各項功能與特色。當(dāng)駕駛員使用點火鑰匙發(fā)動汽車時，輸入信號就傳送到微控制器，然后發(fā)動三相無刷汽車馬達(dá)。微控制器還會通過CAN收發(fā)器接收駕駛員發(fā)出的汽車轉(zhuǎn)向角度、監(jiān)控轉(zhuǎn)矩傳感器、以及車輛輸入信號，驅(qū)使車輛行走。PSoC 微控制器把驅(qū)動電路設(shè)計在可編程邏輯中，并以駕駛員要求的速度，驅(qū)動三相無刷汽車馬達(dá)。馬達(dá)速度會通過駕駛員輸入的加速剎車傳感器進(jìn)行控制 (速度會隨時間改變)。

　　微控制器使用內(nèi)部或外部串行EEPROM(I2C/SPI)來儲存距離等數(shù)據(jù)。微控制器的RTC則提供精準(zhǔn)的時間數(shù)據(jù)，顯示在屏幕上供駕駛員參考。溫度監(jiān)控是由內(nèi)建RTD或熱敏電阻等溫度檢測組件來完成的。

　　還有其他功能，例如使用障礙傳感器在停車時獲得車輛周圍信息，由燃油傳感器提供有關(guān)引擎中剩余燃油的信息，監(jiān)控電池輸入并在液晶屏幕上顯示其狀態(tài)，以及繼電驅(qū)動器電路用來切換剎車燈/前大燈以及轉(zhuǎn)向燈。

　　電源子系統(tǒng)包含一個可充式鉛酸/鋰電池，作為電源之用。子系統(tǒng)還實現(xiàn)了電池充電器。電池輸入經(jīng)過降壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，供微控制器與其他電路使用。駕駛員可利用點火鑰匙發(fā)動與關(guān)閉汽車內(nèi)置變壓器。電源子系統(tǒng)還實現(xiàn)了許多保護(hù)機制，例如過壓、過熱、以及發(fā)動失敗狀況。還可為手機等外部設(shè)備提供充電功能。

　　實施點火控制系統(tǒng)

　　PSoC 結(jié)合了32位微控制器、可編程邏輯、高性能模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能、以及常用的固定功能外圍組件。其ARM Cortex-M3微處理器核提供高達(dá)256KB的閃存、64KB的SRAM、以及2KB的內(nèi)置EEPROM。

　　點火控制系統(tǒng)使用6個板上N-Channel MOSFET和門驅(qū)動電路，用來驅(qū)動三相無刷馬達(dá)。包括一個內(nèi)部PWM、時鐘、多任務(wù)器、以及比較器，負(fù)責(zé)驅(qū)動與控制三相無刷馬達(dá)。16位PWM用來驅(qū)動控制馬達(dá)用的FET型閘極驅(qū)動電路(PWM的占空系數(shù)會隨著系統(tǒng)與驅(qū)動器要求的速度調(diào)整) 。

　　內(nèi)部PGA、比較器以及內(nèi)含取樣保持(S/H)功能的12位1MSPS SAR ADC，通過改變PWM的占空系數(shù)來控制馬達(dá)速度。還可用作測量傳感器輸入，例如電池監(jiān)控和低成本溫度檢測，或是使用熱敏電阻或RTD等溫度檢測組件; 建置一個障礙傳感器和燃油傳感器。由于這些功能已整合到MCU，因此不需要外部放大器或比較器。

　　另外，點火子系統(tǒng)中的MCU還能直接驅(qū)動喇叭、剎車燈/前燈、方向燈等組件使用的繼電器，還能直接驅(qū)動液晶屏幕，以顯示溫度讀數(shù)、電池狀態(tài)、行車速度、距離、以及錯誤/警告信息。PSoC工作電壓為1.71至5.5伏特，容易連接外部外圍組件，以支持其他應(yīng)用。

　　在使用可充式鉛酸/鋰電池作為電源時，PSoC這類微控制器會利用內(nèi)建降壓器來調(diào)整輸入電壓，最低能支持1.71伏的工作電壓，通過超低功耗工作模式來達(dá)到更長的電池壽命。

　　使用PSoC Creator IDE 工具，用戶可在同一開發(fā)環(huán)境中設(shè)計所有接口與邏輯功能。PSoC Creator為馬達(dá)驅(qū)動應(yīng)用設(shè)計提供了一個現(xiàn)成的組件模塊庫，例如PWM、CLK、MUX以及比較器等組件。其他組件還包括直接驅(qū)動式字符與字段LCD、CAN協(xié)議接口、實時量測用的RTC組件以及內(nèi)部系統(tǒng)時鐘(不需外部時鐘/震蕩器電路)。

　　用戶還能充分運用整個工具資源，包括整合編譯程序工具鏈、實時操作系統(tǒng)解決方案、以及量產(chǎn)編程器。使用PSoC Creator，可運用階層式原理圖設(shè)計，開發(fā)與分享各種由使用者自行定義的客戶化外圍組件。也可以自動執(zhí)行特定組件的布局布線，并整合簡單的電路邏輯(通常位于分立的多任務(wù)器內(nèi))。

　　點火控制系統(tǒng)中的過流保護(hù)，用來關(guān)閉負(fù)責(zé)驅(qū)動PWM的馬達(dá)，從而停止馬達(dá)運轉(zhuǎn)。PSoC擁有通過比較器觸發(fā)PWM Kill信號的功能，在偵測到過流狀況時，能快速且可靠地終止馬達(dá)驅(qū)動。這個模塊的輸入來自總線電流，而截止參考值是馬達(dá)消耗電流的最大值?？偩€電流輸入會傳送給比較器，然后再由DAC調(diào)整與設(shè)定截止參考值。若總線電流低于參考門限，比較器的輸出就會設(shè)定在高位，并輸出連結(jié)到PWM “KILL”信號的輸入。當(dāng)這個 “KILL”輸入處于高位時，PWM輸出就會關(guān)閉，以防止馬達(dá)損壞。使用PSoC Creator實現(xiàn)這個完整模塊，點火控制系統(tǒng)的設(shè)計人員不必撰寫任何額外的固件。

　　無感馬達(dá)控制

　　無感馬達(dá)控制系統(tǒng)不需要霍爾傳感器，它采用反電動勢通過正零交越點的偵測技巧來控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動。當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動時，每個線圈都會產(chǎn)生一個電壓，稱為反電動勢(Back EMF)，和供應(yīng)至線圈的主電壓方向相反。反電動勢的極向和用來對線圈激勵的電壓方向相反，和馬達(dá)速度成正比。