一种基于TMS320F2812的电动汽车电驱动系统

第25卷第3期2008年3月

机　　电　　工　　程

MECHANICAL&ELECTRICALENGINEERINGMAGAZINE

Vol.25No.3

Mar.2008

一种基于TMS320F2812的电动汽车电驱动系统

张希明,陈立铭,倪光正

(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027)

摘　要:详细介绍了一种基于DSPTMS320F2812的电动汽车电驱动系统的设计方案。该方案中的硬件

主要包括逆变器及其驱动电路,传感器、保护信号及接口电路,信号处理电路3,并结合驱动电路,提出了一种简单易行的限流保护技术。在软件方面,,研究了不同PWM控制对转矩的变化。实验表明,采用该方案,,。关键词:电动汽车电驱动系统;数字信号处理器;中图分类号:U469.72;TP276::1001-4551(2008)03-0061-03

isedonTMS320F2812inEVapplication

ZXi2ming,CHENLi2ming,NIGuang2zheng

(CollegeofElectricalEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)

Abstract:ThedesignmethodofadrivesystemwasintroducedbasedonDSPTMS320F2812inelectricvehicle(EV)applica2tion.Thehardwaremainlyincludedinverteranditsdrivecircuit,interfacesofsensors,signalprocessingcircuit,andasimplecurrentlimitingprotectionwaspresented.Andtheproblemofcurrentsamplingwasstressedinthesoftware.Theinfluenceofdif2ferentPWMcontrolfortorquewasstudied.TheresearchshowsthatEVrunswithsafetyandrealiability,andthedesigneffective2lyreducescosts.

Keywords:drivesystemofelectricvehicle;digitalsignalprocessor(DSP);currentlimitingprotection;currentsampling

0　前　言

电动汽车作为一种新型环保节能交通工具,日益受到人们的重视。驱动系统的主要功能是使电能转变为机械能,并通过传动系统将能量传递到车轮驱动车辆行驶,它对于合理使用有限的电池储能,提高汽车性能等有重要影响。评价电动汽车的驱动系统实质上主要就是对不同类型的电动机及其控制方式进行比较和分析。目前电动汽车驱动方式中令人瞩目的发展方向是研制大转矩电机,将电机直接安装在汽车的车轮上。这种轮式驱动方式对比于传统驱动方式,取消了离合器、变速器、差速器等机构,既消除了传动中的机械磨损与功率损耗,又减少了车辆体积和重量,因此在高性能的电动汽车中得到了应用。

本研究主要介绍轮式驱动控制系统及其保护电路。基于电动车电机的典型机械特性曲线,如图1所示。即在低速时为恒转矩特性,在高速时则为恒功率特性。因此,本研究样车采用轮毂式三相永磁无刷直流电机

,它具有高转速、高功率因数、体积小、转子结构

收稿日期:2007-09-19

简单、运行稳定性好等优点。基于上述考虑,本研究构

造一个基于TI公司数字信号处理器TMS320F2812的永磁无刷直流电机的电驱动系统。

图1　理想的应用于EV的电动机的驱动特性

1　电驱动系统的基本结构

基于TMS320F2812的电动汽车驱动系统,如图2所示。主要由3个模块组成:逆变器及驱动电路,传感器、保护信号及接口电路,信号处理电路。其中数字信号处理器TMS320F2812是整个电动汽车电驱动系统的核心。

尽管电驱动系统非常复杂,但TMS320F2812是TI公司最新推出的32位定点DSP控制器,是目前数字

作者简介:张希明(1984-)男,浙江玉环人,主要从事电动车技术与应用方面的研究。

62 机　　电　　工　　程第25卷

　　系统中功率器件选用IRFP260N,其中DSP的6

路全比较PWM输出经过高速光耦6N137隔离后接至驱动集成模块IR2103,如图5所示。IR2103能保证上、下桥臂不能同时导通,即T1与T2不能同时导通,有效地防止了电源短路,但不能有效地保护电机和功率器件,所以需要设计过流保护

。

图2　轮式电动汽车电驱动系统的基本结构

控制器领域中最先进的处理器之一,采样频率高达

150MHz,大大提高了控制精度和芯片处理能力中优化过的事件管理器包括PWM计时器、捕捉译码器接口等,吞吐量可达16.7/,制环路的同步采样。预处理电路、逆变器驱动电路以及保护电路,就可以构建一个基于TMS320F2812的电动汽车电驱动系统。

图5　光耦隔离电路

2.2　保护电路设计

2　电驱动系统的硬件设计

2.1　逆变器及驱动电路设计

本样车驱动电源来自于车载电池组。逆变器主回路的拓扑结构与PWM调制方式有关。永磁无刷直流电动机的控制方法常采用三相六状态120°导通方式。对应于每个导通状态PWM作用管子数目的不同,把PWM调制方式分成“双斩”和“单斩”方式。综合各种考虑,本研究选择单斩PWM_ON方式,如图3所示。相对于双斩方式,这一设计方案中开关损耗减少一半,每个功率管的开关损耗相同,减小了功率开关应力,提高了系

[1,2]

统的可靠性,且相电流和电磁转矩远大于双斩方式。与此相应的驱动电路的拓扑结构,如图4

所示。

电驱动系统工作在非常复杂的电磁环境,不但存

在电磁干扰、温度变化等因素,而且功率器件必须承受启动瞬流和负载切断、电源故障引起瞬间过压等,因此为了提高系统可靠性,必须在功率组件中加入保护电路,以免组件产生故障,避免对电子系统造成高代价的

[3,4]

损害。

电驱动信号的保护信号主要包括散热片过热,驱动电源欠压、短路、电机的过流等。这里主要介绍过流保护。由于IR2103没有自带过流保护功能,需要自行设计。基于本系统的特点,笔者设计了一种简单易行的限流保护,即通过霍尔电流传感器对逆变器直流端采样,再经过一个固定电压比较器,在正常情况下,比较器输出为高电平,当DSP检测到比较器输出为低电平时,就关闭PWM输出,将电流限定在最大设定值上,而在DSP的GPIO端就形成一个无固定频率的PWM波。其他各种保护信号经与门后接至DSP的PDPINTA端,若发生故障,直接控制继电器,切断主电源,并启动声、光报警。

3　电驱动系统的软件设计

该系统软件功能的整体描述,如图6所示,控制软件分为2部分:主程序和中断服务子程序。主程序在完成初始化后进入循环,等待中断发生。本研究使用了DSP的T1周期中断,其中断服务子程序要完成电机定子电流采样,并改变速度调节参数。本系统的功能模块主要包括A/D采样、整车速度调节、防滑控制和电子差速控制等相关环节。这里重点介绍A/D采样的设计。其核心问题就是在一个PWM周期中何时

[5,6]

对电流进行采样。

显然,何时对电流采样与所选的PWM控制方式

第3期张希明,等:一种基于TMS320F2812的电动汽车电驱动系统

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图6　软件控制算法

有关,由于本系统采用的是PWM_ON方式,即单极性

PWM控制,在PWM周期的“关”期间,开关管T1和开关管T5D图4所示,,所以不能在PWM。另外在PWM周期的“开”期间,电流上升不稳定,也不宜采样。结合DSP2812的强大功能,通过软件的合理设置,就可以简单准确地用霍尔电流传感器检测到相电流的大小,如图7所示。DSP的通用定时器T1设定为连续加减计数方式,每10个T1周期中断进行一次电流采样,再采用一个简单的平均滤波法,每50个电流采样值取平均值后作为最后的电流值。其中A/D中断的程序框图,如图8所示

。

,限流效果显著,没有出现因过流造成MOSFET260N管烧坏的情况。按设计方案实施的该驱动系统可以随意调速、正/反转,性能稳定。在轮式驱动EV应用中加上10N m负载后的电机线电压波形,如图10所示。总之,样车的实测结果表明,本研究实现的这一实效、低成本的控制技术具有一定的现实 …… 此处隐藏：2766字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……