电动汽车控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)

电动汽车控制系统设计毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

30一 40倍；并且增加了休眠功能及低功率、非挥发的 CMOS工艺，一般耗电在 1～ 2． 5mA，典型功耗情况， WDT关闭时为 100hA，其功耗远低于 M51单片机，更适用于电池供电的应用设备。 12 (3)工业级产品。 具有大电流输出可直接驱动 SSR和继电器，内有看门狗定时器，防止程序跑飞，从而提高了产品的抗干扰能力。 工作电压范围宽 (2． 76． ov)，电源抗干扰性强。 I／ O口功能强、驱动能力大。 AVR的 I／ O口是真正的 I／ O口，能正确反映 I／ O口输入／输出的真实情况。 I／ O口有输入／输出，三态高阻输入，也可设定内部拉高电阻作输入端的功能，便于作各种应用特性所需 (多功能 I／ O口 )。 (4)程序下载方便。 AVR程序写入可以并行写入 (用万用编程器 )，也可用串行 ISP(通过 PC机 RS232H或打印 E1)在线编程擦写。 也就是说不需要将 IC芯片拆下拿到万用编程器上擦写，可直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，方便产品升级。 (5)具有模拟比较器、脉宽调制器、模数转换功能。 AVR内带模拟比较器， I／ O口可作 A／ D转换用，可组成廉价的 A／ D转换器。 使得工业控 制中的模拟信号处理更为简单方便。 (6)强大的通讯功能。 内置了同步串行接 HSH、通用串行接 HUART、两线串行总线接 HTWI(12C)，使网络控制、数据传送更为方便。 (7)超级保密功能，应用程序可采用多重保护锁功能。 不可破解的位加密锁 Lock bit技术， Flash保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到保密位，可多次烧写的 Flash且具有多重密码保护锁死 (LOCK)功能，因此可快速完成产品商品化，并可多次更改程序 (产品升级 )而不必浪费 IC芯片或电路板，大大提高产品质量及竞争力。 由上述内容可知， ATmega64的处理速度快且功耗低，内部自带的 EPROM能够满足车辆运行曲线参数的存储， FOE]的推挽设计使抗干扰能力更加增强，在线仿真功能使得程序开发更加简单，两 USARTD满足系统的需要 (232和 485)，内部各种增强功能的设计使得控制器外设更加简单。 因此，本系统选用 ATmega64作为主控制芯片。 3． 3开关电源模块、 近年来，随着电源技术的飞速发展，开关稳压电源朝着高频化，集成化的方向发展，开关电源已经得到广泛的应用。 高频开关稳压电源与线性电源相比，具有如下优点 1)效率高； 2)体积小、重量轻； 3)稳 压范围广；4)性能灵活、驱动能力强； 5)可靠性高，当开关损坏时，也不会有危及负载的高低压出现。 而传统的开关电源普遍采用电压型 PWM技术。 电流型 PWM是近年兴起的新技术，与电压型 PWM相比，电流型 PWM开关电源具有更好的电压和负载调整率，系统的稳定性和动态特性得以明显改善，特别是其内在的限流能力和并联均流能力可以使控制电路简单可靠。 目前，小功率开关电源正从电压控制模式向电流控制模式方向转化。 UC3842是高性能固定频率电流模式控制器专为离线和直流至直流变换器应用而设计，为设计人员提供只需要最少外部元件就能获 得成本效益高 13 的解决方案。 此集成电路具有可微调的振荡器、能进行精确的占空比控制、温度补偿的参考、高增益误差放大器。 电流取样比较器和大电流图腾柱式输出，是驱动功率 MOSFET的理想器件。 本文以 UC3842为核心控制部件，设计了 DC60 V输入、 DCl2V输出的单端反激式开关稳压电源。 开关电源控制电路是一个电压、电流双闭环 PI控制系统。 主要的功能模块包括：启动电路、反馈电路、保护电路、整流电路。 系统电源电路原理图如图 3． 3所示。 在电路设计中，利用 UC3842控制芯片内部的误差放大器、由 R R2构成的电压反 馈电路，和 R C1共同构成电压闭环 PI调节器，利用芯片内部的比较器与由 R5电流检测和 R C2滤波电路构成的电流反馈电路构成电流闭环。 外接的定时电阻 R（ T）和定时电容 C（ T），决定系统的工作频率，f=1． 8／ R（ T） C（ T）。 系统中取 R（ T）为 7． 5KΩ，取 C，为 0． 01uf。 系统的工作频率 f=24KHz。 采用 LM7905变换芯片产生 5V电源，给运放工作提供负电源。 3． 4电流检测模块 在功率变换器中，经常要对流过主功率开关器件的电流进行检测，其目的主要有两个： 1)对功率变换器进行过流保护； 2)作为功率 变换器控制器的电流反馈检测量。 通常的做法是在功率变换器的直流母线上安装电流霍尔或电流互感器以提供电流反馈检测量。 由于流过主开关器件的电流通 14 常都较大，所采用的霍尔器件或电流互感器的额定参数也必须很大，不仅成本高、体积大、安装不方便，且不便于实现功率变换器的高功率密度。 文中介绍一种用半导体器件构成的电流检测电路，可以直接布置在功率变换器的控制器的印制板上，不仅成本低廉，体积小，安装方便，而且性能良好，还可以同功率变换器固化在一起形成专用集成电路 (ASIC)。 3． 4． 1 MOSFET电流检测原理 MOSFET的通态电阻具有正的温度系数，约为 0． 4％一 0． 8％，有利于采用多 MOSFET管并联。 多只元件并联工作时， MOSFET间可以自动均流。 当MOSFET功率开关流过通态电流时，由于通态导通电阻的存在，在其导通沟道上有一定的压降，又因器件的导通沟道电阻基本稳定，该压降与器件的通态电流成正比。 所以，检测出主开关器件的通态压降也就是检测流过器件的电流大小。 即： （ ） 式（ ）中， V（ DSN） —— OS开关的漏源通态压降； R（ D） —— 沟道等效电阻； Id—— 漏极电流。 3． 4． 2他励直流电机电流检测方法 他励直流电机控制器要采集的电流信号是电枢电流信号和励磁电流信号，电枢电流只有一相，励磁电流要采集的信号有两相，如图 3． 1硬件结构框图所示，电枢电流采集流过下桥 MOSFET的电流，励磁采集流过 H桥下桥MOSFET的电流。 因为原理都是一样的，故只分析采集电枢电流的电路。 由于电机所需功率比较大，所以每一项都是多个 MOSFET管并联【 他励电机电枢电流检测电路 如图 3． 4所示。 15 电路工作原理： Vlow驱动下桥 MOSFET管，当 Vlow为低电平时， D2右端也被钳位为低电平， U1的正向输入端即为低电平， U1的负向输入端为固定电平，此时 U1输出为低电平， U2输出也为低电平，经过 U3，正反输入端都为 0，所以 U3输出为 0。 MCU电流采样点 V04为 O。 当 Vlow为高电平时， D2右端电压为高电平，此时 U1输出为高阻态， Vol的电压为 MOSFET电流在内阻上的压降加上 D1的管压降，因为加上了 D1的管压降，所以检测的电流不准，故我们采用了 U2来去除管压降，此时 U2输出为高阻态， V02的电压为二极管管压降。 V03=K*(V01． V02)； K=(R9／R8)为电压 放大倍数； V03经过 C1和 R10组成的滤波电路可得电压 V04，此时 V04的电压即能准确 Ql上的管压降，将 V04的电压送入 MCU进行处理。 开关管管压降和电流检测电路相关点的波形分析如图 3． 5所示。 16 T1和 T3是导通时刻， T2是 MOSFET关断时刻， Vl是导通时 D3的管压降，V2是运放的零飘电压。 3． 5驱动电路的设计 驱动电路是电力电子主电路与控制电路之间的接口，是实现主电路中的电力电子器件按照预定设想运行的重要环节。 采用性能良好的驱动电路，可以使电力电子器件工作在较为理想的开关状态，缩短开关时间，减 小开关损耗。 此外，对器件或整个装置的一些保护措施也往往设在驱动电路中，或通过驱动电路实现，因此驱动电路对装置的运行效率、可靠性和安全性都有重要的影响。 功率 MOSFET为电压型驱动功率器件，常见的 MOSFET栅极集成驱动器为 IR公司生产的 IR21XX系列高压浮动 MOS栅极驱动集成电路，该集成电路将驱动一个高压侧和一个低压侧 MOSFET所需的绝大部分功能集成 17 在一个封装内，它们依据自举原理工作，驱动高压侧和低压侧两个元件时，不需要独立的驱动电源，因而使电路得到简化，而且开关速度快，可以得到理想的驱动波形。 在设计功 率主电路的驱动电路中，要综合考虑减小开关损耗、驱动的一致性、抑制感生电压等问题，因此驱动电路对系统的可靠性有重要的影响。 在系统设计中，选用 IR2110作为驱动芯片。 图 3． 6为单桥臂的驱动电路的原理图。 在 MOSFET栅极串联一个限流电阻 Rl，降低 MOSFET的开关速度，减小电压电流的变化率，降低 EMI，且对动态均流有显著的作用，但增大了 MOSFET的开关损耗，经过反复实验，取 R1的电阻值为 15Ω；电阻 R2是防静电电阻，以免由于静电烧损功率管；采用 15V的 TvS防止驱动电压过高，损坏功率管。 3． 6电压检测 电路 在驱动控制系统中使用的功率器件是 IRFB4310，其耐压值为 100V，当电压过高时，功率器件会因过压而损坏，所以电压信号的检测是很重要的一个信号量。 电压检测电路如图 3． 7所示。 我们需要测量蓄电池电压值，在信号的采样点的选择上，我可以选择钥匙开关的接口点 KEY作为蓄电池电压的采样点，为了配合系统的故障检测功能的实现，选择 B+点作为蓄电池电压 18 采样点。 在驱动系统上电后，系统先通过二极管和 PTC功率热敏电阻给功率电路中的滤波电容充电，延时 lS后，通过检测 B+点的电压，电压过低，可以判断功率电路出现故障，发出故 障报警信号；电压过高，发出报警信号。 如果系统正常，吸合主接触器，系统进入运行状态，但也存在主接触器不能可靠吸合在运行的过程中断开的故障情况，此时 B+点的电压将下降，系统应及时停止运行。 当功。