基于英飞凌Tc1797芯片的电机过程控制系统设计.pdf

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1、■匿譬固l基于英飞凌Tc万方数据1797芯片的电机控制系统设计处理嚣内存资源基于英飞凌Tcl797芯片的蝴制系统设计A，D温度情况I／0DMA翅I道40。+，国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心赵奕磊8“7上海汽车集团股份有限公司技术中心王东萃电机控制系统能否满足电动汽车的要求，是新能源汽车研发中的重要问题。本文介绍了基于英飞凌Tcl797芯片的电机控制系统设计方法。为电动汽车中电机控制系统的设计提供了可行、可靠的方案。—h于全球环境污染的日益恶化，■L

2、石油资源危机的若隐若现，汽车行业开始大规模向新能源领域进军，以电机为主要或辅助驱动源

3、是当前流行的研究主题。设计出满足汽车要求的电机控制系统是一项关键技术，本文以汽车级芯片英飞凌Tcl797为主控芯片，以永磁同步电机为原型。开发电机控制系统。英飞凌芯片介绍传统的电机控制系统设计多集中在工业级，而汽车级控制器相对于工业级控制器要求工作温度范围更宽，一般工业级控制芯片的工作温度范围是一40。C～850C。而汽车级芯片工作温度范围是一40℃～125℃。所以当应用到汽车这样复杂的环境中时，一些传统的控制芯片难以保证其工作的可靠性。32位高性能CPU集成—体的数字处理功能全温度范围内的180Mhz_'E作频率4MByte带ECC的嵌入式

4、可编程Flash6KByteEEPROM(emulatedby64KBytedataFIashl56KByteon—chiOSRAM4KBytedatacache6KByteinstructioncache64KbyteDataFlashMemory(DFlash。represents6KbyteEEPROM)49路独立通道—lo℃一125℃219路数字忙I16DMAchannels本文选用英飞凌公司的汽车级处理芯片Tcl797芯片。其具有以下特点(见表1)。控制器设计控制器硬件设计．包括最小系统搭建、外围A／D、D／A、DigitalI／O

5、电路设计、通讯接口设计等。最小系统搭建。指将Tcl797基本系统建立起来。需要完成晶振电路、电源、总线接口设计。电源设计，整车用电器统一采用12V供电，在汽车级的控制器设计过程中，要注意电源的过压和反极性保护。由于Tcl797芯片是采用3．3V和5V供电。所以需要另外设计12V电平转换电路，选用高性能的TLE7368多功能电源芯片，并设置滤波电路和旁路电容以提高系统稳定性。按照需求，设计Tcl797的外设电路。将AID通道分配给电机温度采样、电压采样、电流采样等。并配置I／O功能，可以用于水泵控制、故障输出和急停保护能。在通讯接口设计中，车载

6、ECU采用可靠性高的CAN总线进行ECU间的通讯和诊断。保留JTAG接口，便于软件的刷新与调试。由于电机的工作环境恶劣。所以电机位置传感器通常选择可靠性高的旋转变压器来进行电机位置和速度的检测。旋转变压器的处理解码芯片多选用AnalogDevices公司的旋变解码芯片。按照旋变本身的特性，匹配不同的放大电路，最终将旋变的信号送到处理芯片。本设计中所使用的AD2S1205芯片中．已集成了对旋变信号重要的故障检测．对于LOS、OS、LOT等故障，需将故障上报到Tc797，对其进行监控。选择IGBT时需要注意，其电压规格和电流规格都要满足要求。对于

7、电压，首先要考虑电池的母线电压。一般按照下表的原则来匹配。直麓母线电压IGB'I"电压规格300V(最大约450V)600V600V(最大约900V)200V选择对于电流。按照下列公式进行ce=VfO+r1万方数据P=VceSat．I；P=(125-80)／RthJC；Icalc=、／125R。Cth-ic8丁0。C，、,V2t．rto，-2一V2t．o万、／Rthjc．rt7。、2．rt7‘2．rt本文最终选用IGBTmoduleHybridPACK2(650V／800A)。电机控制电机模型作为电机控制的对象，模型的准确性是电机控制软件开发

8、成功的一个必要条件。目前普遍使用Matlab模型库中的PMSM模型。通过输入电机的各项参数来完成模型搭建。但是Matlab的电机模型忽略了温度、电流对电感的影响。Ld、Lq均设置为常量。为了更准确地建立电机本体模型．本文经过大量的试验，实测电机参数，在原PMSM模型的基础上进行修改，从而得到相对准确的电机模型。本文以在项目中所使用的电机为例．建立以下电机模型。基本参数为：UdC=300V，J=0．027，p=4，Ld、Lq由实际测试的图表组成。本文采用控制性能优越的矢量控制算法。矢量控制算法是指在磁场定向坐标上，将电流矢量分解成为产生磁通的励

9、磁电流分量和产生转矩的转矩电流分量。矢量控制的关键是对电流矢量的幅值和空间位置(频率和相位)的控制。由于车用电机调速范围较广，所以基速以上的部分需要进行弱磁控制。将