汽车与电动助力转向控制系统控制器设计

1、第一章 绪论电动助力转向系统(electric power steering ,缩写eps)是一种 直接依靠电机提供辅助扭矩的动力转向系统，eps主要由扭矩传感器、车速传感器、电动机、减速机构和电子控制单元( ecu)等组成。它是 近代各种先进汽车上所必备的系统之一。1.1 电动助力转向的发展从最初的机械式转向系统(manual steering ,简称ms)发展为液 压助力转向系统(hydraulic power steering ,简称hps),然后又出现 了电控液压助力转向系统( electro hydraulic power steering ,简称 ehps)和电动助力转向系统(el

2、ectric power steering ,简称eps)。装配机械式转向系统的汽车，在泊车和低速行驶时驾驶员的转向操 纵负担过于沉重，为了解决这个问题，美国 gm公司在20世纪50年代 率先在轿车上采用了液压助力转向系统。但是，液压助力转向系统无法 兼顾车辆低速时的转向轻便性和高速时的转向稳定性，因此在1983年日本koyo公司推出了具备车速感应功能的电控液压助力转向系统。这种新型的转向系统可以随着车速的升高提供逐渐减小的转向助力，但是结构 复杂、造价较高，而且无法克服液压系统自身所具有的许多缺点，是一 种介于液压助力转向和电动助力转向之间的过渡产品。到了 1988年，日 本suzuki公司

3、首先在小型轿车cervo上配备了 koyo公司研发的转向柱 助力式电动助力转向系统；1990年，日本honda公司也在运动型轿车 nsx上采用了自主研发的齿条助力式电动助力转向系统，从此揭开了电 动助力转向在汽车上应用的历史。1.2 电动助力转向的分类：机械液压助力机械液压助力是我们最常见的一种助力方式，它诞生于1902年，由英国人frederick w. lanchester发明，而最早的商品化应用则推迟到了 半个世纪之后，1951年克莱斯勒把成熟的液压转向助力系统应用在了 imperial车系上。由于技术成熟可靠，而且成本低廉，得以被广泛普及。 机械液压助力系统的主要组成部分有液压泵、油管

4、、压力流体控制阀、v型传动皮带、储油罐等等。这种助力方式是将一部分发动机动力输出转 化成液压泵压力，对转向系统施加辅助作用力，从而使轮胎转向。 电子液压助力由于机械液压助力需要大幅消耗发动机动力，所以人们在机械液压 助力的基础上进行改进，开发出了更节省能耗的电子液压助力转向系统。 这套系统的转向油泵不再由发动机直接驱动，而是由电动机来驱动，并 且在之前的基础上加装了电控系统，使得转向辅助力的大小不光与转向 角度有关，还与车速相关。机械结构上增加了液压反应装置和液流分配 阀，新增的电控系统包括车速传感器、电磁阀、转向 ecu等。 电动助力eps就是英文electric power steerin

5、g的缩写，即电动助力转向系 统。电动助力转向系统是汽车转向系统的发展方向。该系统由电动助力 机直接提供转向助力，省去了液压动力转向系统所必需的动力转向油 泵、软管、液压油、传送带和装于发动机上的皮带轮，既节省能量，又 保护了环境。另外，还具有调整简单、装配灵活以及在多种状况下都能提供转向助力的特点。正是有了这些优点，电动助力转向系统作为一种 新的转向技术，将挑战大家都非常熟知的、已具有 50多年历史的液压转 向系统。驾驶员在操纵方向盘进行转向时，转矩传感器检测到转向盘的转向 以及转矩的大小，将电压信号输送到电子控制单元，电子控制单元根据 转矩传感器检测到的转矩电压信号、转动方向和车速信号等，向

6、电动机 控制器发出指令，使电动机输出相应大小和方向的转向助力转矩，从而 产生辅助动力。汽车不转向时，电子控制单元不向电动机控制器发出指 令，电动机不工作。1.3 电动助力转向系统特点液压助力转向系统已发展了半个多世纪，其技术已相当成熟。但随 着汽车微电子技术的发展，对汽车节能性和环保性要求不断提高，该系 统存在的耗能、对环境可能造成的污染等固有不足已越来越明显，不能 完全满足时代发展的要求。电动助力转向系统将最新的电力电子技术和高性能的电机控制技术 应用于汽车转向系统，能显著改善汽车动态性能和静态性能、提高行驶 中驾驶员的舒适性和安全性、减少环境的污染等。因此，该系统一经提 出，就受到许多大汽

7、车公司的重视，并进行开发和研究，未来的转向系 统中电动助力转向将成为转向系统主流，与其它转向系统相比，该系统 突出的优势体现在：1、降低了燃油消耗液压动力转向系统需要发动机带动液压油泵，使液压油不停地流动，浪费了部分能量。相反电动助力转向系统(eps)仅在需要转向操作时才需要电机提供的能量，该能量可以来自蓄电池，也可来自发动机。 而且，能量的消耗与转向盘的转向及当前的车速有关。当转向盘不转向 时，电机不工作，需要转向时，电机在控制模块的作用下开始工作，输出相应大小及方向的转矩以产生助动转向力矩，而且，该系统在汽车原地 转向时输出最大转向力矩，随着汽车速度的改变，输出的力矩也跟随改 变。该系统真

8、正实现了 按需供能，是真正的按需供能型(on-demand ) 系统。汽车在较冷的冬季起动时，传统的液压系统反应缓慢，直至液压 油预热后才能正常工作。由于电动助力转向系统设计时不依赖于发动机 而且没有液压油管，对冷天气不敏感，系统即使在 -40 c时也能工作，所 以提供了快速的冷起动。由于该系统没有起动时的预热，节省了能量。不使用液压泵，避免了发动机的寄生能量损失，提高了燃油经济性，装有电动助力转向系统的车辆和装有液压助力转向系统的车辆对比实验表 明，在不转向情况下，装有电动助力转向系统的国辆燃油消耗降低2.5%,在使用转向情况下，燃油消耗降低了 5.5%。2、增强了转向跟随性在电动助力转向系

9、统中，电动助力机与助力机构直接相连可以使其 能量直接用于车轮的转向。该系统利用惯性减振器的作用，使车轮的反 转和转向前轮摆振大大减水。因此转向系统的抗扰动能力大大增强和液 压助力转向系统相比，旋转力矩产生于电机，没有液压助力系统的转向 迟滞效应，增强了转向车轮对转向盘的跟随性能。3、改善了转向回正特性直到今天，动力转向系统性能的发展已经到了极限 ，电动助力转向系 统的回正特性改变了这一切。当驾驶员使转向盘转动一角度后松开时， 该系统能够自动调整使车轮回到正中。该系统还可以让工程师们利用软 件在最大限度内调整设计参数以获得最佳的回正特性。从最低车速到最 高车速，可得到一簇回正特性曲线。通过灵活的

10、软件编程，容易得到电 机在不同车速及不同车况下的转矩特性，这种转矩特性使得该系统能显 著地提高转向能力，提供了与车辆动态性能相机匹配的转向回正特性。 而在传统的液压控制系统中，要改善这种特性必须改造底盘的机械结 构，实现起来有一定困难。4、提高了操纵稳定性通过对汽车在高速行驶时过度转向的方法测试汽车的稳定特性。采 用该方法，给正在高速行驶（100km/h）的汽车一个过度的转角迫使它侧 倾，在短时间的自回正过程中，由于采用了微电脑控制，使得汽车具有 更高的稳定性，驾驶员有更舒适的感觉。1.4电动助力转向系统的发展趋势上个世纪80年代开始，人们开始研究电子控制式电动助力转向，简 称 eps（ele

11、ctric power steering） 。 eps 是在 ehps（电控液压助力转向） 的基础上发展起来的，具结构简单、零件数量大大减少、可靠性增强， 它取消ehps的液压油泵、液压管路、液压油缸和密封圈等配件，纯粹 依靠电动机通过减速机构直接驱动转向机构，解决了长期以来一直存在 的液压管路泄漏和效率低下的问题。电动助力转向系统是在传统机械转向系统的基础上发展起来的。它利用电动机产生的动力来帮助驾驶员进行转向操作，系统主要由三大部 分构成，信号传感装置(包括扭矩传感器、转角传感器和车速传感器)，转 向助力机构(电机、离合器、减速传动机构)及电子控制装置。电动机仅在 需要助力时工作，驾驶员在

12、操纵转向盘时，扭矩转角传感器根据输入扭 矩和转向角的大小产生相应的电压信号，车速传感器检测到车速信号， 控制单元根据电压和车速的信号，给出指令控制电动机运转，从而产生 所需要的转向助力。从国内外的研究来看，eps今后的研究主要集中在以下几方面：(1)eps助力控制策略。助力控制策略的主要目的是根据转向助力特 性曲线确定助力电动机的助力大小，辅助驾驶员实现汽车转向。控制策 略是eps研究的重点。(2)系统匹配技术。助力特性的匹配、电机及减速机构的匹配、传感 器的匹配以及eps系统与其它子系统进行匹配，是使整车性能达到最优 的关键。(3)可靠性。转向系统是驾乘人员的“生命线”之一，必须保证高度可

13、靠性。eps除了应有良好的硬件保证外，还需要良好的软件做支撑，因 此对eps的可靠性提出了很高的要求。由于技术、制造和维修成本等原因，目前大部分汽车转向系统仍以 液压助力的hps(包括echps、ehps)为主。线控转向系统由于成本高 以及现有法规限制等原因，在近期很难在车辆上装配。eps具有节能与环保等诸多优点，eps取代hps是今后一段时间内汽车转向系统发展的 趋势。第二章硬件电路设计汽车电动助力转向系统(electric power steering )结构的工作原理: 当汽车的方向盘开始转动时，扭矩传感器开始检测其输入轴，并把扭矩 信号传输给控制中心，此时的波形有毛刺，并不是能够用来调

14、制的 pwm 波。而整形电路的作用便是把毛刺去掉，得到矩形波。然后无刷直流电 机里面对应的三个霍尔传感器检测出电机转子的位置，以及在汽车变速 箱上面安装的车速传感器传给的模拟量，经过ecu分析处理这些模拟量， 按程序指令的方式对控制对象进行控制，通过改变输出pwm来控制三相桥中的mos管的导通顺序控制电机，来实现对控制对象进行控制动力 转向的目的。扭矩传感器位置信号整形电路转子位置检测电dsp(tms320f240)换相逻辑电,一功率驱动电逆变器电车速传感无刷直流电动机系统硬件模块连接图如图系统硬件模块框图所示，硬件系统主要由 dsp最小系统及扩展 电路、换相逻辑电路、功率驱动电路、逆变器电路

15、、转子位置检测电路 等部分组成。电动机的功能是根据电子控制单元的指令输出适宜的辅助 扭矩，是eps的动力源，电机对eps的性能有很大影响，是eps的关 键部件之一。作为eps系统助力的提供者，根据系统要求，我们选择直 流无刷电机。2.1 直流无刷电机直流无刷电机：又称“无换向器电机交一直一交系统”或“直交系统”。是 将交流电源整流后变成直流，再由逆变器转换成频率可调的交流电，但是，注意此处逆变器是工作在直流斩波方式。无刷直流电动机 brushless direct current motor ,bldc, 采用方波自 控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以铉铁硼作为转子的 永磁材料；

16、产品性能超越传统直流电机的所有优点 ，同时又解决了直流电 机碳刷滑环的缺点，数字式控制，是当今最理想的调速电机。主电路是一个典型的电压型交一直一交电路，逆变器提供等幅等宽 5-26khz调制波的对称交变矩形波。永磁体n-s交替交换使位置传感器产 生相位差120的u、v、w方波，结合正/反转信号产生有效的6状态编 码信号：101、100、110、010、011、001,通过逻辑组件处理产生t1 t4导通、t116导通、t316导通、t312导通、t512导通、t514导 通，也就是说将直流母线电压依次加在 a+b-、a+c-、b+c-、b+a-、c+a-、 c+b-上，这样转子每转过一对 n-s

17、极，t116功率管即按固定组合成 6 种状态的依次导通。每种状态下，仅有两相绕组通电，依次改变一种状 态，定子绕组产生的磁场轴线在空间转动 60电角度，转子跟随定子磁场转动相当于60电角度空间位置，转子在新位置上，使位置传感器 u、v、 w按约定产生一组新编码，新的编码又改变了功率管的导通组合，使定 子绕组产生的磁场轴再前进 60电角度，如此循环，无刷直流电动机将产 生连续转矩，拖动负载作连续旋转。正因为无刷直流电动机的换向是自身产生的，而不是由逆变器强制换向的，所以也称作自控式同步电动机。电动机在这里受到控制单元的指令控制输出适宜的扭矩，进而控制 车轮的转向，它是本系统实现功能最重要的器件之

18、一，所以需要可靠性 比较强，而且对应的性价比比较好的器件，在这里我们采用的直流无刷 直流电机的参数如下表所示：型式直流无刷电动机额定时间s22分钟标称输出150w额定转速1200r/min/dc12v/30a额定转矩1.2n/30a额定电流30a旋转力向正反转允许取大电流35a2.2 dsp芯片结构与性能的介绍dsp(digital signal processor)实际上也是一种单片机，它同样是 将中央处理单元、控制单元和外围设备集成到一块芯片上。dsp最早是 针对数字处理，特别是语音、图象信号的各种处理而开发的。由于这类 信号处理的算法复杂，要求dsp必须具有强大快速的运算能力。因此, d

19、sp有别与普通的单片机，它采用了多组总线技术实现并行运行机制， 从而极大的提高了运行速度，也提供了非常灵活的指令系统。近些年来, 各种集成化单片dsp的性能不断得以改进，相应的软件和开发工具日 臻完善，价格迅速下降，使得 dsp在控制领域的应用备受关注。在本 论文里面我们主要用的是 tms320lf240这一芯片，就这一芯片做以下 的介绍：tms320lf240是ti公司在tms320c2xx 的基础上推出的一种专 用定点dsp芯片，该器件利用了 ti的可重用dsp核心技术，显示出 ti的特殊能力一一通过在单一芯片上集成一个 dsp内核和各种外设器 件，从而制造出面向各种工程应用的 dsp方案

20、。作为第一个数字电机控制器的专用 dsp, tms320c240和 tms320f240确立了单片数字电机控制器的标准，可支持电机的转向、 指令的产生、控制算法的处理、数据的交流和系统控制监控等功能。可 广泛应用于厂房自动化系统、工业化电机驱动和功率转换、供热、通风和空调(havc)系统。其主要特性如下:采用tms320c2xx cpu内核：有32位中央逻辑运算单元 (calu );内含32位累加器(acc); 16位x16位并行乘法器；8个 16位辅助寄存器；具有50ns(20mips)指令周期； 含544字节16位在片数据/程序双向ram; 带有 16k 字节 flash eeprom :

21、 双向10位串行数模转换器的采样速率可达 166khz ; 具有28个独立可编程、复用i/o脚； 有串行外设接口(spi)和sci接口； 自带强大的事件管理器；(1) 12路比较/pwm通道，其中9路为独立(2) 3个16位通用定时器，共有6种模式。(3) 3个具有死区功能的全比较单元。(4) 4个捕获单元。其中两个具有直接连接正交编码器脉冲的能 力。带有实时中断的看门狗电路；支持硬件jtag硬件仿真。tms320f240采用哈佛结构，流水线 操作，大大提高了指令执行速度。优化的 cpu结构，更加快了指令执 行速度。tms320f240的指令系统是与其它数字信号处理器一脉相承 的，它提供了丰富

22、的“乘累加”指令；这使电机控制中的数字滤波，如iir、fir等，实现方便快速.2.3 最小系统及外围扩展电路本系统中，dsp最下系统扩展电路设计如图所示。主要引脚的接法如下：与时钟源模块相关的引脚。我们使用dsp的内部振荡器，此时引脚/oscbyp接高电平。而使用内部振荡器，引脚 xtal1/clkin和xtal2 分别接外部晶振的一端。时钟源模块采用锁相环（pll）技术，对外部时 钟频率进行备频。得到非常稳定的内部时钟。与存储器扩展相关的引脚。存储器扩展主要是 tms320f240内部存储 容量有限，同时也考虑到调试过程中可以方便将程序下载到片外高速 sram中，不用频繁的写片内epprom

23、。存储器扩展采用的是高速静态 ram芯片cy7c199 ,它的存储容量为 32k bytes,地址总线为15位， 数据总线为8位。在本系统中，使用了两片 cy7c199 ,组成32k words 的高速存储器。cy7c199的数据存取周期是lons,而tms320f240的 cpu周期是50ns,因此，用于产生等待信号的ready引脚无需连接到存 储器，直接经电阻接到高电平。系统复位引脚。电源复位使用/porfsft弓i脚，将其接在阻容电路中， 引脚上产生由低到高变化时系统复位。/ rs在作为输入时作用和 /porfsft是相同的，因此将其直接拉高。图中vccp编程电压接为高， 用于调试和烧写

24、flash,因此看门狗复位功能可以禁止。在调试完成后，37vccp接地，以防止干扰对程序及看门狗的意外操作。71,06vccr2r3r4910d21215to1718d0d1d3d4d5d6d7d8d10 19id11 2013142213 22d14 23d15 24d9d10d11d12d13d14d15d dv dd dv dd dv dd dv dd dv dd dv dd dv dac cvd dv dd dv dd dv da0a1a2a3a4a5a6a7a8a9tms320f240a10a11a12a13a14a15j?110 a00113 a03114 a04115 a0511

25、8 a08119 a09120 a10121 a11122 a12123 a13124 a14125 a15a03 4111 a01112 a02a01 2a02-3a00 1116 a06117 a07a08 9a04 5/ (a05 6-a0910a1026a1125/cs 204053-54-555236-pdpint85nm1xint1xint2/ioxint3/iomp/mcreadyrs 3541vccr5rsporesetpsdsisbrr/wstrewer/w1311291306-32/rd 22/wr 27vcc1工23adcin286747576777879vrefhivr

26、efloadcin2adcin3adcin4adcin5adcin6adcin7scitxd/iscitxd/i、44 txdo 43 rxdspisimo/spisomi/4548spiclk/l9o-51spiste/o_jase1adcin0/paadcin1/paadcin9/paadcin8/pacap4/iopc0 73 phase2 uphase3 心phas% ；70 phase5tmrdir/pe t1pwm/t1cpm/f108phase6 输由wma00 1 卜 a01 2 a02t a03 4 a04t a05 6 a067 a0t8 a08t a0910 a1026

27、卜 a1125 a14 a1323a1421/cs 20j 888382818089adcin10adcin11adcin12adcin13adcin14adcin15/rd 22/wr 27r66364663134333032,3639adcsoc/pc0clkout/pc1xf/pc2bio/pc3tditdotmstcktrstemuoemo1/offssvsss ss ssvcv v v v v wd evr eses ssvrv v vpwm7/cmp7/pb0pwm8/cmp8/pb4-pwm9/cmp9/pb2tms320f240最小系统及其扩展电路100ha1 (cap3)10

28、1 hb1 (cap?)102 hc1 (cap1)cap1/qep1/pcap2/qep2/pcap3/iopcvccppmtmodoscbypx2 -x1/clkin5042565758vccr7a14i/o0a12i/o1a7i/o2a6i/o3a5i/o4a4i/o5a3i/o6a2i/o7a1a0a13a8a9a11a10csoewrcy7c199a14i/o0a12i/o1a7i/o2a6i/o3a5i/o4a4i/o5a3i/o6a2i/o7a1a0a13a811 dqf12131516 di19-00711 d08 -tt d09 tt的15 d11 16-d1217敬1819

29、a9a11a10csoewrcy7c199crystc3c4与jtag (joint test action group )接口相关的引脚。程序的下载是通过jtag接口完成的。这个接口经过转换电路(仿真器)与pc机的并titlesizedate:file:行口相连。除了电源，地之外，dsp的jtag接口还有7个引脚。其中， emvo, emv1 需要拉高，其他弓 i 脚 tdi, tdo , tms , tck, /trst 直接与仿真器相连。dsp工作方式选择引脚（mp和/mc）。该引脚是决定 dsp是工作在 微处理器模式还是微计算机模式。若为低电平，选择内部程序存储器； 若为高电平，选择外

30、部程序存储器。与a/d转换模块相关的引脚。（1） adc0-adc15为16个模拟输入通 道。其中，adc0-adc7属于第一个 a/d转换器；adc8-adc15属于第 二个 a/d 转换器。adc0, adc1, adc8, adc9 与 i/o 复用。 vrefhi 和vreflo为模拟基准电压引脚（3） vcca和vssa ,模拟电源引脚。 vcca和vssa ,分别接到5v直流电源和模拟地上。与外部中断有关的引脚，tms320f240的事件管理器提供了外部中断 pdpint来实现对系统的保护。过流保护首先通过电流检测电路检测电 流，转化为dsp需要的5v电压adcin2,然后通过比较

31、器lm393设定 允许最大电流值，当母线电流超过设定值时，输出低电平的故障信号 aprotfct ,接 dsp 的 pdpint 弓|脚。2.4 扭矩传感器它是用来测量驾驶员作用在方向盘上面的力矩大小和方向。在这里 采用的是电位式传感器，它输出两个彼此独立的主副信号，控制单元用 副信号来检查主信号是否正确。利用扭杆连接的输入、输出轴间的相对 位移，使点位表产生位移。如图所示：.输出电压(v)i主档熄席!1栏 605240360。晶整形电路输出脉冲信号我们知道，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈 值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触 发器是一种特殊的门电路

32、，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个 阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电 平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值 电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化 的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为 回差电压，普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的 电压传输特性曲线则是滞回的，我们称之为回差特性。当传输的信号受 到干扰而发生畸变时，可利用施密特触发器的回差特性，将受到干扰的 信号整形成较好的矩形脉冲。如整形电路输出脉冲信号 所示，我们在每个机械转中得到共计 6个 上升沿或下降沿，它们

33、正好对应着 6个换向时刻。通过将dsp设置为双 沿触发捕捉中断功能，可以获得正确的换相时刻。通过将 dsp的捕捉口cap1cap3设置为i/o 口，并检测该口的电平状态，来得到具体的捕 捉中断。2.9 电流保护电路的设计设计保护电路，我们要用到hncr025a这一芯片。在以下部分里， 我们会对其做简要的介绍。(1) hncr025a 简介hnc025a电流传感器是南京中旭电子科技有限公司中一种量程很 小的传感器，所能测量的额定电流为 5、6、8、12、25a。原边管脚的不 同接法可确定额定测量电流为多少。hncr025a是利用霍尔效应和平衡 原理的一种多量程电流传感器，能够测量直流、交流以及各

34、种脉冲电流， 同时在电气上是高度绝缘的。(2)工作原理用磁检测器检测磁芯中次极电流所产生的磁场初级电流所产生的程 度，使之在零磁通状态下工作。因此有等式：np .ip=ns .isip初级电流np初级匝数ns次极电流is次极匝数由于要进行矢量控制，必须检测电机三相的绕组电流，从而实现驱 动电机和补偿电机电流环的控制。电机的三相电流是通过开关管逆变而 来的，故实际上检测时只需要测量电机逆变桥前端的直流母线电流就可 以反映电机电流，如图6所示。用霍尔直流电流传感器hncr025a检测 母线电流，再采用电阻和ad260放大器放大。rc低通滤波与 tms320f240内a/d转换引脚相连。7cc电流检

35、测电路过流保护首先通过电流检测电路检测电流，转化为dsp需要的0 5v电压adcin2 。然后通过比较器lm393设定允许最大电流值。当母线电流超过设定值时，输出的低电平控制信号 aprotcect接gal逻辑控制电路的输入引脚ccmp1。当系统出现过流的时候，gal逻辑电 路快速封锁pwm的输出。为了对输出给 gal的保护信号aprotect的可靠输出和有效保护，系统要求保护信号延长一段时间，在比较器的 输出加延迟电路。信号延迟电路由电阻、电容和二极管组成。电流保护电路如图7所示:1 out2 out力 adcen2 z. limit 3pot2610klm393vccu14c332.2 u

36、s-盥1 1 z 2r52wk电流保护电路2.10 功率驱动电路设计驱动电路将控制器的输出信号进行功率放大后，向逆变器电路中各 功率开关管送去使其能饱和导通和可靠关断的驱动信号。驱动电路的工 作方式直接影响着开关管的一些参数和特性，从而影响着整个电机控制 系统的正常工作。本电路即选用专用的集成驱动芯ir2130 ,其主要指标 如下： 最大偏置电压：600v ; 输出的门极驱动电压范围：1020v; 输出电流o+/-: 200ma/420ma ; 导通关断时间：675&425ns ; 死区时间典型值：2.5由。ir2130 是一种高电压、高速度的功率mosfets igbt驱动器，工 作电压为1

37、020v,分别有三个独立的高端和低端输出通道。逻辑输入 与cmos lsttl输出兼容，最小可以达到2.5v逻辑电压。外围电路 中的参考地运行放大器通过外部的电流检测电位器来提供全桥电路电流 的模拟反馈值，如果超出设定或调整的参考电流值，ir2130驱动器的内 部电流保护电路就启动关断输出通道，实现电流保护的作用。ir2130驱动器反映高脉冲电流缓冲器的状态，传输延迟和高频放大器相匹配， 浮动通道能够用来驱动 n沟道功率mosfet和igbt,最高电压可达到 600v,工作频率从几十赫兹到上百千赫兹。它自带死区，内部设计有过 流、过压和欠压等完善的保护功能，一旦发生故障，将自动关断全部六路输出

38、信道，芯片内部自举技术的巧妙运用使其节约了多路辅助触发电源，大大降低了电路设计的复杂度，提高了系统的可靠性。1fv ljvkm 4tissixlhol1&t2vilj&tjho：ik213o 金功率驱动电路如功率驱动电路所示：ir2130芯片可同时控制六个大功率管的导通和关断顺序，通过输出ho1, 2, 3分别控制三相全桥驱动电路的上半桥 q7、q9、q11的导通关断，而ir2130 的输出lo1 , 2, 3分别控制三 相全桥驱动电路的下半桥 q8、q10、q12的导通关断，从而达到控制电 机转速和正反转的目的。在功率驱动电路中，ir2130 使用时还应注意如下事项：(1)为满足自举电容充电

39、及电容负载接通与断开的需要，通常在ir2130的vcc与vss端并接一个容量为自举电容10倍以上的电容，我们选了 220 f的电解电容。(2)由于ir2130内部的六个驱动器输出阻抗较低，直接用它来驱 动功率mosfet器件会引起该器件的快速开通和关断，这可能造成功率 器件漏源极之间的振荡。这样，一则会引起射频干扰；二则有可能造成 功率器件因承受过高的dv/dt而被击穿。解决的办法是在功率管的栅极与ir2130的输出之间串联一个阻值为 30 q的无感电阻。(3)在ir2130用于电机调速时，由于负载电感较大，当逆变器中 的某个功率管关断时，负载电流会通过逆变器中与此功率管并联的二极 管续流。若

40、在此时与该二极管同一桥臂的另一个功率管导通，则在该续 流二极管反向恢复关断的时间内，将有一宽度很窄而幅度很大的短路电 流，会产生射频干扰，并引起两个功率管的漏极两端的振荡，导致过高 的dv/dt 而损坏功率管。解决的办法同样是在功率管的栅极与 ir2130的输出之间并联一个合适的无感电阻。2.11 电源电路的设计7805=：tex03 -l-c4-47ir.text 10a01-47u itexbloooopf最后介绍一下本系统所用的电源设计。12v电压电源是车载电源。控制系统需要5v的供电电压，7805完成12v到5v的转换。由icl7660产生所需的电压。icl7660是美国哈里斯公司生产

41、的变极性 dgdc变换器。通过该dc/dc变换器可以将正电压输入变为负电压输出，即 vi与vo的极性相反。这种变换器利用振荡器和多路模拟开关实现电压极性的转换，因而静态电流小、转换效率高。另外，icl7660还具有如下特点：1 .工作电压范围宽（+1.5v至10.5v）;2 .可将cmos或ttl的+5v电压转换成-5v;3 .空载时没有内部压降，转换效率达 99.7% ;4 .可采用串联方式实现倍压输出。第三章 软件设计软件设计是整个系统的关键部分之一，软件是实现控制策略的核心之一。在本系统中，我们采用的微处理器是 tms320f240 ,对它的软件编程包括主电路的电流的检测，电机转速的计算

42、，pwm信号的产生和输出，换相电路的设计等。整个程序包括对 dsp程序空间，数据空间，外 部i/o空间，a/d转换模块等。dsp320f240pwm 信号的产生可以有多 种方式，全比较单元，单比较单元和通用定时器都可以输出pwm信号,它们的功能完全类似，可以独立的提供 pwm波的输出。3.1主程序流程图采集转矩信号判断助力方向pwm电动机驱 动常规主力控制main () disable( );/禁止总中断initial ();系统初始化a/dinitial();/a/d初始化子程序enable();开总中断adsoc();启动a/d转换while (1)if (i=0x10) break；如果

43、已发生中断，则停止等待(发生中 断后，i=0x10)等待中断发生t1con=t1con&0x0ffff;停止定时器1,即间接停止 a/d转换while (1)*3.2 a/d转换的初始化启动a/d转换子程序(通过启动定时器1的方式间接启动)void adsoc()t1con=t1con|0x40; 启动定时器 1a/d中断服务子程序void interrupt adint()asm( clrc sxm)；抑制符号位扩展j=result0;取得 result0 的地址for(i=0;i6; 把a/d转换的结果右移六位后存入规定的数组cesi=adsulti; 检验每个a/d转换的结果adctrl

44、2=adctrl2|0x4200 ;/ 复位 seq1 ,且清除 int flagseq1标志写1清0enable ();开总中断，因为一进入中断总中断就自动关闭3.3 捕捉单元初始化【保护现场)记录转子位置并计算转子速度检测捕捉端口电平获得换相控制字*确定正反转并换相恢复捕捉功能(恢复现场退出为使捕获单元能正常工作，需要对以下寄存器进行设置：初始化捕获 fifo状态寄存器(capfifox),并将相应的状态位清零；设置通用定时器 的一种操作模式；如有必要，则应设置相关通用定时器的比较寄存器和周 期寄存器;设置相应的捕获控制寄存器(capconx)等。int cap initial。capfifoa=0x00; 初始化捕捉单元1的fifo堆栈状态capfifob=0x00; 初始化捕捉单元4、5、6的fifo堆栈状态t2pr=0x0ffff;设置定时器2的周期寄存器为oxfffft2cnt=0x0000;/t2 计数器清 0t2con=0x170c;通用定时器2为连续增计数模式、128分频，且选用内部时钟源wsgr=0x0000; 禁止所有等待状态 清除全部中断标志，写1清0capconb=0x038ff;/设置捕捉单元1、2、3为检测上升下降沿，且选择通用定时器2为它们的选择位asm( clrc intm );开总中断imr=0x08;允许中断优先