現(xiàn)代電動車輛中的電控技術(shù)

?兩路分辨率為8位的脈沖寬度調(diào)制輸出
?具有兩級優(yōu)先權(quán)的15個(gè)中斷源
?五組8位I/O端口和一組與A/D變換器模擬量輸入共用的8位輸入口
?與內(nèi)部RAM進(jìn)行DMA數(shù)據(jù)傳送的CAN控制器
?具有總線故障管理功能的1Mbps CAN控制器
?與標(biāo)準(zhǔn)80C51兼容的全雙工UART
P8xC592共有68個(gè)管腳，其中包括6個(gè)8位I/O口，P0～P3與80C51相同，但P1可以用作一些特殊功能，包括4個(gè)捕獲輸入端、外部計(jì)數(shù)器輸入端、外部計(jì)數(shù)器復(fù)位輸入端和CAN接口的CTX0和CTX1輸出端。并行I/O口P4的功能與P1、P2和P3相同。P5口是不是有輸出功能的并行輸入口，主要用作A/D變換器的模擬量輸入端。
P8xC592內(nèi)含CAN控制器，包括為實(shí)現(xiàn)高性能串行網(wǎng)絡(luò)通信所必需的所有硬件，從而能夠控制通信流順利通過CAN協(xié)議的局域網(wǎng)。為了避免出現(xiàn)混亂，芯片中增加的CAN控制器對于CPU是作為能夠雙方獨(dú)立工作的存儲器映像外圍設(shè)備出現(xiàn)的，即可以把P8xC592簡單設(shè)想為兩個(gè)獨(dú)立工作器件的集成體。如果關(guān)閉CAN控制器部分的功能，該芯片可以僅作為帶有模擬量A/D轉(zhuǎn)換的普通8位單片機(jī)使用。
啟用CAN控制器的功能，主要借助四個(gè)特殊功能寄存器（SPR）實(shí)現(xiàn)，CPU對CAN控制器的控制及其訪問都通過它們完成，接口結(jié)構(gòu)如圖2所示。這四個(gè)特殊功能寄存器分別為：（1）地址寄存器（CANADR），CPU通過CANADR讀/寫CAN控制器的驗(yàn)收碼寄存器；（2）數(shù)據(jù)寄存器（CANDAT），CANDAT對應(yīng)由CANADR指向的CAN控制器內(nèi)部寄存器；（3）控制寄存器（CANCON），它具有兩個(gè)功能，讀CANCON意味著訪問CAN控制器的中斷寄存器，寫CANCON意味著訪問命令寄存器；（4）狀態(tài)寄存器（CANSTA），具有兩個(gè)功能，讀CANSTA是訪問CAN控制器的狀態(tài)寄存器，寫CANSTA是為后續(xù)的DMA傳輸設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM的地址。此外，DMA邏輯允許CAN控制器與CPU在片主RAM之間的高速數(shù)據(jù)交換。
在芯片初始化階段，CPU通過向CANCON和CANSTA寫入內(nèi)容，完成CAN控制器的功能初始化。在實(shí)際通訊過程中，CPU則利用四個(gè)寄存器使CAN控制器接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息。
2 逆變電源系統(tǒng)硬件構(gòu)成
電動車用輔助三相逆變電源從結(jié)構(gòu)上可以分為三個(gè)部分：（1）DC/DC多路電源――自動適應(yīng)直流輸入端的大范圍電壓浮動，為系統(tǒng)的其它電路提供彼此隔離且電壓穩(wěn)定的低壓電源；（2）主控制板――檢測各路輸出的電壓、電流，根據(jù)運(yùn)行情況智能調(diào)整逆變電路的輸出，通過CAN總線參與整車數(shù)據(jù)通訊；（3）主功率逆變電路――由高度集成的三相逆變模塊IPM組成，完成主電路的逆變功能。
系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中未標(biāo)出給系統(tǒng)各器件供電的DC/DC多路電源。
DC/DC多路電源采用開關(guān)電源的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，配合具有不同變的多抽頭高頻變壓器，對外輸出5V、12V、20V等多路隔離直流電。同時(shí)考慮到電動車電池組電壓的波動范圍相對較大（充滿時(shí)為400V，使用過程中可能降低到280V），在設(shè)計(jì)中選擇了適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)，取得較好的輸入電壓適應(yīng)能力。
控制板是整個(gè)系統(tǒng)的核心，采用P8xC592單片機(jī)系統(tǒng)中無片內(nèi)ROM的P80C592、脈寬調(diào)制專用芯片SA8282、CAN總線收發(fā)器82C250以及主電路電壓、電流數(shù)據(jù)采集模塊等。
控制板通過SA8282專用芯片向三相逆變模塊IPM提供6路PWM信號。SA8282芯片由MITEL公司開發(fā)生產(chǎn)，其特點(diǎn)是控制簡單、頻率精度高、運(yùn)行可靠性高，它支持標(biāo)準(zhǔn)8位MOTEL復(fù)用數(shù)據(jù)總線，可以方便地和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。單片機(jī)只需對芯片內(nèi)部的5個(gè)數(shù)據(jù)寄存器賦值，就可以完成對PWM波形輸出的初始化和實(shí)時(shí)控制。SA8282芯片為標(biāo)準(zhǔn)28腳雙列直插式封裝，管腳RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB輸出三相可獨(dú)立控制的TTL驅(qū)動信號，可對應(yīng)驅(qū)動三相逆變橋上的六路IGBT。
將SA8282專用芯片與IPM連接后，P80C592只需要在啟動時(shí)對其進(jìn)行初始化，三相輸出達(dá)到預(yù)定值后，SA8282即可以獨(dú)立驅(qū)動IPM模塊。只有在調(diào)整PWM輸出時(shí)，P80C592才需要對SA8282進(jìn)行控制。同時(shí)，SA8282芯片的SET TRIP管腳能夠響應(yīng)IPM發(fā)出的故障信號，迅速關(guān)斷所有PWM波形輸出，對逆變電路進(jìn)行快速保護(hù)，并通過TRIP狀態(tài)輸出管理通知P80C592單片機(jī)，確保系統(tǒng)安全。
分布于主電路直流輸入端和三相輸出端的數(shù)據(jù)采集模塊可對各路電壓、電流進(jìn)行采集，經(jīng)P80C592進(jìn)行A/D變換后保存到數(shù)據(jù)存儲器中，便于CPU判斷系統(tǒng)輸入/輸出是否正常，并進(jìn)行相應(yīng)操作。