支持CAN總線的電動車熱心腸！助力逆變電源設(shè)計

啟用CAN控制器的功能，主要借助四個特殊功能寄存器(SPR)實現(xiàn)，CPU對CAN控制器的控制及其訪問都通過它們完成，接口結(jié)構(gòu)如圖2所示。這四個特殊功能寄存器分別為：(1)地址寄存器(CANADR)，CPU通過CANADR讀/寫CAN控制器的驗收碼寄存器;(2)數(shù)據(jù)寄存器(CANDAT)，CANDAT對應(yīng)由CANADR指向的CAN控制器內(nèi)部寄存器;(3)控制寄存器(CANCON)，它具有兩個功能，讀CANCON意味著訪問CAN控制器的中斷寄存器，寫CANCON意味著訪問命令寄存器;(4)狀態(tài)寄存器(CANSTA)，具有兩個功能，讀CANSTA是訪問CAN控制器的狀態(tài)寄存器，寫CANSTA是為后續(xù)的DMA傳輸設(shè)置內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲器RAM的地址。此外，DMA邏輯允許CAN控制器與CPU在片主RAM之間的高速數(shù)據(jù)交換。

在芯片初始化階段，CPU通過向CANCON和CANSTA寫入內(nèi)容，完成CAN控制器的功能初始化。在實際通訊過程中，CPU則利用四個寄存器使CAN控制器接收和發(fā)送數(shù)據(jù)信息。 2 逆變電源系統(tǒng)硬件構(gòu)成

電動車用輔助三相逆變電源從結(jié)構(gòu)上可以分為三個部分：(1)DC/DC多路電源--自動適應(yīng)直流輸入端的大范圍電壓浮動，為系統(tǒng)的其它電路提供彼此隔離且電壓穩(wěn)定的低壓電源；(2)主控制板--檢測各路輸出的電壓、電流，根據(jù)運行情況智能調(diào)整逆變電路的輸出，通過CAN總線參與整車數(shù)據(jù)通訊;(3)主功率逆變電路--由高度集成的三相逆變模塊IPM組成，完成主電路的逆變功能。

系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，其中未標(biāo)出給系統(tǒng)各器件供電的DC/DC多路電源。

DC/DC多路電源采用開關(guān)電源的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，配合具有不同變比的多抽頭高頻變壓器，對外輸出5V、12V、20V等多路隔離直流電。同時考慮到電動車電池組電壓的波動范圍相對較大(充滿時為400V，使用過程中可能降低到280V)，在設(shè)計中選擇了適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)，取得較好的輸入電壓適應(yīng)能力。

控制板是整個系統(tǒng)的核心，采用了P8xC592單片機(jī)系列中無片內(nèi)ROM的P80C592、脈寬調(diào)制專用芯片SA8282、CAN總線收發(fā)器82C250以及主電路電壓、電流數(shù)據(jù)采樣模塊等。

控制板通過SA8282專用芯片向三相逆變模塊IPM提供6路PWM信號。SA8282芯片由MITEL公司開發(fā)生產(chǎn)，其特點是控制簡單、頻率精度高、運行可靠性高，它支持標(biāo)準(zhǔn)的8位MOTEL復(fù)用數(shù)據(jù)總線，可以方便地和單片機(jī)交換數(shù)據(jù)。單片機(jī)只需對芯片內(nèi)部的5個數(shù)據(jù)寄存器賦值，就可以完成對PWM波形輸出的初始化和實時控制。SA8282芯片為標(biāo)準(zhǔn)28腳雙列直插式封裝，管腳RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB輸出三相可獨立控制的TTL驅(qū)動信號，可對應(yīng)驅(qū)動三相逆變橋上的六路IGBT。

將SA8282專用芯片與IPM連接后，P80C892只需要在啟動時對其進(jìn)行初始化，三相輸出達(dá)到預(yù)定值后，SA8282即可以獨立驅(qū)動IPM模塊。只有在調(diào)整PWM輸出時，P80C592才需要對SA8282進(jìn)行控制。同時，SA8282芯片的SET TRIP管腳能夠響應(yīng)IPM發(fā)出的故障信號，迅速關(guān)斷所有PWM波形輸出，對逆變電路進(jìn)行快速保護(hù)，并通過TRIP狀態(tài)輸出管腳通知P80C592單片機(jī)，確保系統(tǒng)安全。

分布于主電路直流輸入端和三相輸出端的數(shù)據(jù)采集模塊可對各路電壓、電流進(jìn)行采樣，經(jīng)P80C592進(jìn)行A/D變換后保存到數(shù)據(jù)存儲器中，便于CPU判斷系統(tǒng)輸入/輸出是否正常，并進(jìn)行相應(yīng)操作。

CAN總線收發(fā)器82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，最初為汽車高速通信設(shè)計，具有許多針對車輛應(yīng)用設(shè)計的結(jié)構(gòu)。其特點包括：有效減小汽車環(huán)境瞬間干擾對信號的影響，具有保護(hù)總線能力;防護(hù)電池與地之間發(fā)生短路；支持低電流待機(jī)方式等，因此十分適合電動車輔助逆變電源的需要。將82C250與P80C592的CAN接口輸入、輸出端相連，便構(gòu)成了輔助逆變電源對外通訊的接口，如圖4所示。

3 逆變電源系統(tǒng)軟件設(shè)計

輔助三相逆變電源的控制軟件通過8051匯編語言編制，在完成其控制功能外，力求程序的合理與簡化，以適應(yīng)電動汽車對系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的要求，控制流程如圖5所示。

系統(tǒng)上電運行后，單片機(jī)P80C952首先對SA8282芯片的初始化寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)初始化，然后根據(jù)負(fù)載電機(jī)的特點執(zhí)行軟啟動程序。當(dāng)三相輸出電壓達(dá)到預(yù)定值時，三相逆變電源即進(jìn)入穩(wěn)定運行狀態(tài)。此后控制程序?qū)⒀h(huán)檢測各線路的電壓、電流情況，根據(jù)情況修改SA8282控制寄存器參數(shù)，調(diào)整PWM輸出，從而改變?nèi)噍敵觥＠?，電動車運行一段時間后，電池組電壓下降，導(dǎo)致逆變電源的三相輸出電壓低于設(shè)定值，P80C592檢測到該現(xiàn)象后，通過SA8282提高電壓輸出幅值，確保電源輸出的穩(wěn)定。

同時，控制程序還將定期檢測數(shù)據(jù)存儲器中的控制參數(shù)。若整車控制系統(tǒng)通過CAN通訊修改了逆變電源的運行參數(shù)，P80C592將根據(jù)新的運行參數(shù)調(diào)整輸出。

控制程序中的三個中斷程序分別為：數(shù)據(jù)采樣程序、CAN總線通訊程序和故障處理程序。

數(shù)據(jù)采樣程序通過芯片內(nèi)部計數(shù)器定時觸發(fā)，對逆變電源的輸入、輸出線路進(jìn)行數(shù)據(jù)采樣，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換后存入數(shù)據(jù)存儲器，交給CPU進(jìn)行運行狀況判斷。

CAN總線通訊程序包含若干子程序，其基本程序結(jié)構(gòu)如圖6所示。當(dāng)通訊程序觸發(fā)后，P80C592的CAN控制器根據(jù)命令字執(zhí)行相關(guān)任務(wù)。當(dāng)上位機(jī)請求數(shù)據(jù)時，將逆變電源的各項運行參數(shù)傳輸給整車系統(tǒng);當(dāng)上位機(jī)查詢節(jié)點狀態(tài)時，將當(dāng)前CAN節(jié)點狀態(tài)等數(shù)據(jù)發(fā)送出去;當(dāng)上位機(jī)要求修改運行參數(shù)時，將接收的控制參數(shù)存入數(shù)據(jù)存儲器。

故障處理程序具有最高的中斷優(yōu)先權(quán)，即將P80C592的外部中斷0(INT0)管腳與SA8282芯片的TRIP管腳相連。當(dāng)逆變電路發(fā)生故障時，IPM會發(fā)出故障信號給SA8282芯片，由后者在第一時間關(guān)斷PWM輸出，并向P80C592發(fā)出中斷信號，觸發(fā)故障處理程序。故障處理程序首先將SA8282關(guān)閉；然后通過CAN總線通知上位機(jī)有故障發(fā)生，并將故障代碼和當(dāng)前系統(tǒng)運行參數(shù)寫入報文同時發(fā)送;最后控制單片機(jī)將整個系統(tǒng)關(guān)閉，實現(xiàn)安全關(guān)機(jī)。

CAN通信網(wǎng)絡(luò)的引入為電動車的全局優(yōu)化控制提供了條件，車輛的每個子系統(tǒng)都因此成為整車控制中的智能節(jié)點。采用集成CAN控制器的P8xC592單片機(jī)作為控制核心，結(jié)合SA8282專用PWM波形發(fā)生芯片設(shè)計出的電動車用輔助三相逆變電源，不僅安全穩(wěn)定性高，還能夠充分參與整車的數(shù)據(jù)交換和控制。對于采用不同CAN總線協(xié)議的電動車輛，只需適當(dāng)修改控制程序中有關(guān)CAN通訊的部分程序段，就可以順利接入整車系統(tǒng)，使該逆變電源具有更強(qiáng)的通用性。