微處理器在電動車無刷電機控制器上的應用
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一個最基本的電動車用無刷電機控制器所需要實現(xiàn)的功能包括除了轉把調速外，還應該包括欠壓保護，過流保護，剎車斷電等。另外近年來還有一些實用且流行的功能如定速巡航、ABS剎車再生制動、1:1助力等等。從上面的原理框圖可以很清楚地看出，整個系統(tǒng)只用了一個PSoC芯片便實現(xiàn)了上述的所有控制功能。圖3為本文設計的無刷控制器半成品實物圖。
圖3：電動車無刷電機控制器半成品實物外形圖。
除了上述功能外，本系統(tǒng)借助PSoC芯片強大而靈活的配置資源，還具有普通控制器所不具備的以下優(yōu)點：
1. 超靜音：啟動及全程行駛過程中噪聲極低，大大超越了傳統(tǒng)的無刷控制器，減小電機振動，大大延長電機的壽命；
2. 低發(fā)熱：采用國際先進的同步整流技術，大幅度降低控制器的熱損耗，提高了整車的能量使用效率，延長了續(xù)駛里程；
3. 多重限流保護：既做到平均值限流，又做到峰值限流。峰值限流在每個PWM周期中都對電流波形進行檢測，防止超過MOSFET的最大允許電流，在任何情況下不會燒毀；
4. 平均值：限流使控制器能夠在各種不同的電機上保持相同的限流值，而且輕、重負載，甚至堵轉情況下限流值都不變。這樣大大便于生產調試和整車廠檢驗；
5. 防飛車功能：解決了無刷控制器由于轉把或線路故障引起的飛車現(xiàn)象，提高了系統(tǒng)的安全性；
6. 堵轉保護功能：電機堵轉3秒以上控制器自動保護，防止燒毀電機；
7. 短路保護功能：電機三根相線輸出端任意兩端短路或三端全短路，控制器不會燒毀。
以上功能均不增加硬件成本，采用PSoC可編程片上系將外圍器件減到最少，大部分功能由芯片內部來完成，大大降低了硬件成本，并且減少了故障點。本系統(tǒng)中所用SoC芯片引腳及功能如圖4所示。
圖4.：CY8C24423在本系統(tǒng)中的引腳定義說明圖。
而芯片內部模塊結構如圖5所示。
圖5：本系統(tǒng)所用PSoC內部模塊說明圖。
由圖5可以看出，本系統(tǒng)共采用了7種類型的PSoC內部模塊，其中模擬模塊包括AD轉換器ADCINC_1、可編程放大器PGA_1、比較器CMPPRG_1、四路模擬開關AMUX4_1、數(shù)模轉換器DAC6_1。數(shù)字模塊包括AD轉換器ADCINC_1、8位帶死區(qū)的PWM模塊PWMDB8_1、8位定時器模塊Timer8_1。這樣很好地利用了CY8C24423的內部資源，也節(jié)省了很多原本要在芯片外部使用的外設芯片。
本系統(tǒng)的控制軟件流程如圖6所示。
圖6：控制軟件基本流程。
由于PSoC的開發(fā)系統(tǒng)PSoC Designer支持C語言編程，配有功能強大的C語言編譯器，所以主程序采用C語言編寫，這樣簡單、直觀、可移植性好。
本文小結
通過本文介紹的電動車無刷電機控制器系統(tǒng)，可以略略窺見PSoC芯片的強大的可配置功能，在芯片內部配置連接就好像在設計一款新的芯片一樣。整個系統(tǒng)用的元器件極少，比其他的無刷控制器方案具有巨大的成本優(yōu)勢。
PSoC方便、快捷的設計界面，面向對象的設計開發(fā)系統(tǒng)，混合信號陣列的模塊化及動態(tài)可配置功能使其在嵌入式系統(tǒng)應用中擁有更為靈活的設計方式，使設計人員能夠隨意創(chuàng)建新的系統(tǒng)功能。利用PSoC可以快速、便捷地完成相應程序的開發(fā)工作，縮短產品的研發(fā)周期，降低開發(fā)成本和生產成本。通過片上系統(tǒng)的可編程混合信號陣列的集成應用及動態(tài)配置，極大提高了工作效率，使開發(fā)成本降低了1/2、PCB的板級空間縮減了l/3、生產成本降低了1/5。
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