MCU改善DC/DC變壓器輸出在混動(dòng)/電動(dòng)汽車上的應(yīng)用
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圖1：在一臺(tái)環(huán)保汽車中，一個(gè)轉(zhuǎn)換器將鋰離子電池的輸出電壓提升至數(shù)百伏直流電壓（橙色），用以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)；同時(shí)將輸出電壓降至12V直流電壓DC，用以驅(qū)動(dòng)ECU（淺藍(lán)色）。CAN總線網(wǎng)絡(luò)用深藍(lán)色表示。
注釋
由于ECU負(fù)責(zé)執(zhí)行各種關(guān)鍵性任務(wù)，因此，DC/DC變壓器對(duì)于確保車輛的安全運(yùn)行至關(guān)重要。此外，該轉(zhuǎn)換器還必需高效，而且即使在電池電壓發(fā)生波動(dòng)時(shí)，也必須為ECU提供穩(wěn)定的電源。其電路設(shè)計(jì)必須足夠精準(zhǔn)、高效和緊湊，以適合空間受限有限的汽車系統(tǒng)。最重要的是，它必須可靠，因?yàn)镋CU的任何一個(gè)故障都可能導(dǎo)致車輛失控、損壞甚至人員傷亡。
然而，卓越的DC/DC變壓器離不開(kāi)卓越的控制器。Spansion半導(dǎo)體的新技術(shù)利用MCU的數(shù)字處理能力成功縮減了組件的數(shù)量，它能夠利用軟件平臺(tái)輕松靈活地滿足系統(tǒng)要求，而且還能通過(guò)車載網(wǎng)絡(luò)向駕駛員顯示故障信息，從而簡(jiǎn)化了車輛的維護(hù)工作。
數(shù)字化的優(yōu)勢(shì)
為了更好地了解MCU如何影響數(shù)字DC/DC變壓器的運(yùn)行和功能，讓我們以Spansion MB91550為例。這款MCU能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)控制環(huán)，一個(gè)用于控制輸出電壓，另一個(gè)用于控制電流（見(jiàn)圖2）。這個(gè)以200MHz時(shí)鐘頻率運(yùn)行的MCU能夠生成一個(gè)精準(zhǔn)的PWM波形，而這是保持精準(zhǔn)控制的關(guān)鍵所在。通過(guò)PWM轉(zhuǎn)化輸出的周期進(jìn)行相位調(diào)整能夠?qū)ζ溥M(jìn)行功率因數(shù)校正（PFC）。另外，此款MCU還符合ISO26262定義的功能安全要求。
圖 2: 在斜率補(bǔ)償單元和比較器的協(xié)助下， MB91550單片機(jī)可以控制數(shù)字直流/直流變壓器，從而搭建一個(gè)高效的系統(tǒng)。
注釋
讓我們仔細(xì)研究一下整個(gè)過(guò)程。一個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)電壓進(jìn)行數(shù)字化處理，然后，一個(gè)配有FPU的32位CPU設(shè)定一個(gè)比較器參考值和一個(gè)斜率補(bǔ)償值，目的是將電壓降至目標(biāo)電壓（見(jiàn)圖3）。這個(gè)斜率補(bǔ)償值通過(guò)一個(gè)10位D/A轉(zhuǎn)換器被發(fā)送到電流反饋環(huán)的斜率補(bǔ)償單元。經(jīng)過(guò)CPU處理后，電流進(jìn)入一個(gè)比較器，后者檢查其與預(yù)先設(shè)定的參考值的偏離。轉(zhuǎn)換器根據(jù)匹配結(jié)果調(diào)整當(dāng)前轉(zhuǎn)換周期的PWM輸出的工作周期。如果電流大于上述參考值，則表示發(fā)生了過(guò)流情況，MCU將切換至“off”狀態(tài)，同時(shí)修正被控制的PWM輸出。
圖3: 比較器比較電感電流和參考值，以便確定如何修改PWM輸出參數(shù)，以提供穩(wěn)定的電壓。
評(píng)論