采用PIC16F877單片機(jī)的汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)控制

3.5 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路的設(shè)計(jì)

電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制電路必須能夠高精度、快速地調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出轉(zhuǎn)矩，從而滿足EPS系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。本項(xiàng)目中后向通道的核心控制采用脈寬調(diào)制(PWM)控制H橋電路。直流電機(jī)PWM控制方式有多種，根據(jù)電機(jī)工作的實(shí)際需要和系統(tǒng)的整體要求，本項(xiàng)目采用受限單極可逆PWM控制模式，主要優(yōu)點(diǎn)在于可以避免開(kāi)關(guān)管同臂導(dǎo)通，運(yùn)行可靠性高、不需附加延時(shí)電路、開(kāi)關(guān)頻率相對(duì)較高，特別適用于大功率、大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、可靠性要求較高的直流電機(jī)控制的場(chǎng)合。

3.5.1 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路主要包括FET橋式電路、FET基極驅(qū)動(dòng)電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)線路上的電流傳感器和繼電器構(gòu)成。

FET橋式電路主要由四個(gè)大功率MOSFET功率管組成，要求功率管具有良好的開(kāi)關(guān)特性、能承受較大的驅(qū)動(dòng)電流、且具有較長(zhǎng)的使用壽命，根據(jù)電機(jī)的功率參數(shù)及功率管的極限參數(shù)和電特性，我們采用四個(gè)相同的N溝道IRFP250功率管來(lái)構(gòu)成H橋電路。

FET 基極驅(qū)動(dòng)電路選用MOSFET專用柵極集成電路IR2109作為核心模塊，該芯片是一種單通道、柵極驅(qū)動(dòng)、高壓高速功率器件，采用高度集成的電平轉(zhuǎn)換技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了邏輯電路對(duì)功率器件的控制要求，上管采用外部自舉電容上電，使驅(qū)動(dòng)電源數(shù)目大大減少，控制了電路板的體積，降低了成本，提高了系統(tǒng)可靠性。

驅(qū)動(dòng)電路如圖3-2所示，兩個(gè)IR2109的IN端為驅(qū)動(dòng)H橋同臂上下兩個(gè)功率管的信號(hào)脈沖輸入端，分別通過(guò)具有高速性能的6N137光電耦合器接至PIC16F877單片機(jī)的兩個(gè)PWM脈沖輸出端口;兩個(gè)SD端分別與單片機(jī)的一個(gè)I/O口相連，控制電機(jī)停車操作;每個(gè)芯片的HO和LO端分別與同橋臂的功率管相連，控制電機(jī)轉(zhuǎn)速;VB端通過(guò)自舉二極管UF1005與+12V 電源相連，為了阻斷特殊電路中所承受的全部電壓，此處選用具有超快恢復(fù)特性的二極管UF1005。

圖3-2 電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

3.5.2 電機(jī)電流采樣電路

系統(tǒng)進(jìn)行電流采樣有兩方面用途，一是為電動(dòng)機(jī)提供保護(hù);二是通過(guò)電流傳感器反饋電樞電流的信號(hào)，以便對(duì)電樞電流進(jìn)行閉環(huán)控制。標(biāo)準(zhǔn)電阻是一種常用的電流傳感器，由于其簡(jiǎn)單可靠、阻值穩(wěn)定、精度高、頻響好、輸出電壓直接比例于所流過(guò)的電流，在 PWM 系統(tǒng)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛。標(biāo)準(zhǔn)電阻一般采用錳銅或硅錳銅制成。在采樣電路中，選用AD626把采樣信號(hào)放大10的n倍送至單片機(jī)相應(yīng)端口，具體電路如圖 3-3。

圖3-3 電機(jī)電流采樣電路

3.6 繼電器控制電路

如下圖3-4所示，CPU控制信號(hào)經(jīng)CPU端口PSP0輸出后，開(kāi)關(guān)管 Q1導(dǎo)通并驅(qū)動(dòng)功率三極管 Q12，使繼電器通電并閉合節(jié)點(diǎn)，繼電器節(jié)點(diǎn)閉合后可給電機(jī)、離合器供電。CPU輸出的高低電平信號(hào)分別控制繼電器的合開(kāi)操作。

圖3-4 繼電器控制電路設(shè)計(jì)

4 結(jié)論

本文在對(duì)EPS系統(tǒng)的原理和助力控制過(guò)程的分析基礎(chǔ)上，對(duì) EPS 控制系統(tǒng)的硬件電路進(jìn)行了研究設(shè)計(jì)，提出了采用受限單極性可逆PWM控制模式控制直流電機(jī);探索了在汽車電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中,低壓、低速、大電流永磁式無(wú)刷直流電機(jī)的控制方法。采用精密電阻進(jìn)行電機(jī)電流采樣的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流電機(jī)輸出扭矩的閉環(huán)控制。在完成了硬件電路設(shè)計(jì)和軟件編程后，按照預(yù)定的助力特性曲線，對(duì)EPS系統(tǒng)進(jìn)行了臺(tái)架試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：電子控制單元信號(hào)采集的實(shí)時(shí)性較高，對(duì)電機(jī)閉環(huán)控制的跟隨性較好，整個(gè)系統(tǒng)具有良好的電動(dòng)助力特性，硬件部分的抗干擾能力和可靠性都很高。