如何設(shè)計(jì)汽車(chē)點(diǎn)火控制

　　點(diǎn)火系統(tǒng)
　　汽車(chē)行業(yè)使用的點(diǎn)火系統(tǒng)控制，通常為16或32位微控制器，內(nèi)含ASIC電路，用來(lái)執(zhí)行點(diǎn)火控制。例如Cypress的PSoC系列，其提供一個(gè)微控制器與可編程邏輯來(lái)控制與管理汽車(chē)內(nèi)部的各項(xiàng)功能與特色。當(dāng)駕駛員使用點(diǎn)火鑰匙發(fā)動(dòng)汽車(chē)時(shí)，輸入信號(hào)就傳送到微控制器，然后發(fā)動(dòng)三相無(wú)刷汽車(chē)馬達(dá)。微控制器還會(huì)通過(guò)CAN收發(fā)器接收駕駛員發(fā)出的汽車(chē)轉(zhuǎn)向角度、監(jiān)控轉(zhuǎn)矩傳感器、以及車(chē)輛輸入信號(hào)，驅(qū)使車(chē)輛行走。PSoC 微控制器把驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)在可編程邏輯中，并以駕駛員要求的速度，驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷汽車(chē)馬達(dá)。馬達(dá)速度會(huì)通過(guò)駕駛員輸入的加速剎車(chē)傳感器進(jìn)行控制 (速度會(huì)隨時(shí)間改變)。

　　微控制器使用內(nèi)部或外部串行EEPROM(I2C/SPI)來(lái)儲(chǔ)存距離等數(shù)據(jù)。微控制器的RTC則提供精準(zhǔn)的時(shí)間數(shù)據(jù)，顯示在屏幕上供駕駛員參考。溫度監(jiān)控是由內(nèi)建RTD或熱敏電阻等溫度檢測(cè)組件來(lái)完成的。

　　還有其他功能，例如使用障礙傳感器在停車(chē)時(shí)獲得車(chē)輛周?chē)畔?，由燃油傳感器提供有關(guān)引擎中剩余燃油的信息，監(jiān)控電池輸入并在液晶屏幕上顯示其狀態(tài)，以及繼電驅(qū)動(dòng)器電路用來(lái)切換剎車(chē)燈/前大燈以及轉(zhuǎn)向燈。

　　電源子系統(tǒng)包含一個(gè)可充式鉛酸/鋰電池，作為電源之用。子系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了電池充電器。電池輸入經(jīng)過(guò)降壓轉(zhuǎn)換成直流電壓，供微控制器與其他電路使用。駕駛員可利用點(diǎn)火鑰匙發(fā)動(dòng)與關(guān)閉汽車(chē)內(nèi)置變壓器。電源子系統(tǒng)還實(shí)現(xiàn)了許多保護(hù)機(jī)制，例如過(guò)壓、過(guò)熱、以及發(fā)動(dòng)失敗狀況。還可為手機(jī)等外部設(shè)備提供充電功能。

　　實(shí)施點(diǎn)火控制系統(tǒng)

　　PSoC 結(jié)合了32位微控制器、可編程邏輯、高性能模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能、以及常用的固定功能外圍組件。其ARM Cortex-M3微處理器核提供高達(dá)256KB的閃存、64KB的SRAM、以及2KB的內(nèi)置EEPROM。

　　點(diǎn)火控制系統(tǒng)使用6個(gè)板上N-Channel MOSFET和門(mén)驅(qū)動(dòng)電路，用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相無(wú)刷馬達(dá)。包括一個(gè)內(nèi)部PWM、時(shí)鐘、多任務(wù)器、以及比較器，負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)與控制三相無(wú)刷馬達(dá)。16位PWM用來(lái)驅(qū)動(dòng)控制馬達(dá)用的FET型閘極驅(qū)動(dòng)電路(PWM的占空系數(shù)會(huì)隨著系統(tǒng)與驅(qū)動(dòng)器要求的速度調(diào)整) 。

　　內(nèi)部PGA、比較器以及內(nèi)含取樣保持(S/H)功能的12位1MSPS SAR ADC，通過(guò)改變PWM的占空系數(shù)來(lái)控制馬達(dá)速度。還可用作測(cè)量傳感器輸入，例如電池監(jiān)控和低成本溫度檢測(cè)，或是使用熱敏電阻或RTD等溫度檢測(cè)組件; 建置一個(gè)障礙傳感器和燃油傳感器。由于這些功能已整合到MCU，因此不需要外部放大器或比較器。

　　另外，點(diǎn)火子系統(tǒng)中的MCU還能直接驅(qū)動(dòng)喇叭、剎車(chē)燈/前燈、方向燈等組件使用的繼電器，還能直接驅(qū)動(dòng)液晶屏幕，以顯示溫度讀數(shù)、電池狀態(tài)、行車(chē)速度、距離、以及錯(cuò)誤/警告信息。PSoC工作電壓為1.71至5.5伏特，容易連接外部外圍組件，以支持其他應(yīng)用。

　　在使用可充式鉛酸/鋰電池作為電源時(shí)，PSoC這類(lèi)微控制器會(huì)利用內(nèi)建降壓器來(lái)調(diào)整輸入電壓，最低能支持1.71伏的工作電壓，通過(guò)超低功耗工作模式來(lái)達(dá)到更長(zhǎng)的電池壽命。

　　使用PSoC Creator IDE 工具，用戶可在同一開(kāi)發(fā)環(huán)境中設(shè)計(jì)所有接口與邏輯功能。PSoC Creator為馬達(dá)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)提供了一個(gè)現(xiàn)成的組件模塊庫(kù)，例如PWM、CLK、MUX以及比較器等組件。其他組件還包括直接驅(qū)動(dòng)式字符與字段LCD、CAN協(xié)議接口、實(shí)時(shí)量測(cè)用的RTC組件以及內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘(不需外部時(shí)鐘/震蕩器電路)。

　　用戶還能充分運(yùn)用整個(gè)工具資源，包括整合編譯程序工具鏈、實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)解決方案、以及量產(chǎn)編程器。使用PSoC Creator，可運(yùn)用階層式原理圖設(shè)計(jì)，開(kāi)發(fā)與分享各種由使用者自行定義的客戶化外圍組件。也可以自動(dòng)執(zhí)行特定組件的布局布線，并整合簡(jiǎn)單的電路邏輯(通常位于分立的多任務(wù)器內(nèi))。

　　點(diǎn)火控制系統(tǒng)中的過(guò)流保護(hù)，用來(lái)關(guān)閉負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)PWM的馬達(dá)，從而停止馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)。PSoC擁有通過(guò)比較器觸發(fā)PWM Kill信號(hào)的功能，在偵測(cè)到過(guò)流狀況時(shí)，能快速且可靠地終止馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。這個(gè)模塊的輸入來(lái)自總線電流，而截止參考值是馬達(dá)消耗電流的最大值?？偩€電流輸入會(huì)傳送給比較器，然后再由DAC調(diào)整與設(shè)定截止參考值。若總線電流低于參考門(mén)限，比較器的輸出就會(huì)設(shè)定在高位，并輸出連結(jié)到PWM “KILL”信號(hào)的輸入。當(dāng)這個(gè) “KILL”輸入處于高位時(shí)，PWM輸出就會(huì)關(guān)閉，以防止馬達(dá)損壞。使用PSoC Creator實(shí)現(xiàn)這個(gè)完整模塊，點(diǎn)火控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)人員不必撰寫(xiě)任何額外的固件。

　　無(wú)感馬達(dá)控制

　　無(wú)感馬達(dá)控制系統(tǒng)不需要霍爾傳感器，它采用反電動(dòng)勢(shì)通過(guò)正零交越點(diǎn)的偵測(cè)技巧來(lái)控制馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)線圈都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電壓，稱(chēng)為反電動(dòng)勢(shì)(Back EMF)，和供應(yīng)至線圈的主電壓方向相反。反電動(dòng)勢(shì)的極向和用來(lái)對(duì)線圈激勵(lì)的電壓方向相反，和馬達(dá)速度成正比。