TMS320F241在混合動力汽車電機控制設計應用

由于混合動力汽車有兩套驅(qū)動系統(tǒng)，驅(qū)動系統(tǒng)與整車控制單元（VCU）之間的信息交換與協(xié)調(diào)就顯得尤其重要。CAN（Controller Area Network）總線即控制器局域網(wǎng)絡，是一種有效支持分布式控制或?qū)崟r控制的串行通信網(wǎng)絡，屬于現(xiàn)場總線的范疇，具有實時性強、可靠性高、抗干擾性強、結(jié)構(gòu)簡單、操作性好、價格低廉等特點，因此被廣泛用于工業(yè)控制中。

　　TMS320X24X是TI公司專為數(shù)字電機控制而設計的系列芯片。而TMS320F241與同系列的TMS320C240或TMS320F240相比，除了具有后者的基本功能之外，還內(nèi)嵌了CAN模塊，因此很適合混合動力汽車電機驅(qū)動系統(tǒng)的控制。

　　1 TMS320F241的主要特點

　　與TMS320X240相比，TMS320F241除了多出一個CAN模塊之外，還具有以下不同之處：

　　•TMS320X240具有雙10位A/D轉(zhuǎn)換器，16個輸入通道，轉(zhuǎn)換時間為6μs；而TMS320F241則只有一個10位A/D轉(zhuǎn)換器，8個輸入通道，轉(zhuǎn)換時間為1μs。

　　•TMS320X240的事件管理器中有3個定時/計數(shù)器、4個捕獲單元和9路PWM輸出（6個Full PWM和3個Simple PWM）；而TMS320F241的事件管理器中只有2個定時/計數(shù)器、3個捕獲單元和6路PWM輸出（6個Full PWM），計數(shù)器的計數(shù)方式也少了單上升沿和單上升/下降沿兩種模式。
　
　　TMS320F241具有8K片內(nèi)Flash，沒有擴展RAM接口，調(diào)試起來不是很方便。但可以用同系列的TMS320F243EVM板進行調(diào)試，程序幾乎不同修改就能移植到TMS320F241芯片內(nèi)運行。

　　2 無刷直流電機控制系統(tǒng)方案

　　圖1為電機系統(tǒng)控制框圖，采用轉(zhuǎn)換和電流雙閉環(huán)控制。

　　轉(zhuǎn)子位置由霍爾元件檢測，是3個相差120度（電角度）、脈寬為180度（電角度）的重疊信號。由轉(zhuǎn)子位置可得出轉(zhuǎn)速，進而得到電流的計算值；而由電流傳感器可以檢測到實際的電流，根據(jù)電流給定值與實際值兩者的差值調(diào)節(jié)PWM信號的占空比，并根據(jù)當前轉(zhuǎn)子位置觸發(fā)相應的功率開關(guān)器件，從而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。

　　逆變器采用IPM智能功率模塊，它內(nèi)含功率開關(guān)器件和驅(qū)動電路以及過程電壓、過電流等檢測電路，其中的開關(guān)器件為IGBT。

　　電機控制策略中各功能模塊（包括ASR、ACR、PWM、換流邏輯和轉(zhuǎn)速計算）都由TMS320F241芯片實現(xiàn)。

　　3 TMS320F241的外圍設計

　　圖2是TMS320F241芯片的主要外圍接線圖。有關(guān)說明如下：

　　XTAL1和XTAL2之間接5MHz的晶振，提供系統(tǒng)時鐘。

　　3個捕獲單元的引腳CAP1、CAP2、CAP3連接到霍爾元件的輸出，轉(zhuǎn)子的位置信號存儲到捕獲單元的緩沖器，經(jīng)過計算可以得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速。

　　A/D轉(zhuǎn)換器的8位輸入通道中，用了5個通道，輸入量分別是直流母線電流Idc、電壓Vdc以及電機三相電流Iu、Iv、Iw；另外3個通道經(jīng)過電阻接地。

　　6路PWM輸出接到逆變器六個開關(guān)器件的控制端，其中U+、V+、W+接上橋臂，U-、V-W-接下橋臂。這6路PWM信號控制著開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，從而決定了電流的流經(jīng)路徑。

　　TMS320F241的CAN模塊引腳CANRX和CANTX通過光藕器件6N137連接到收發(fā)器82C250，而收發(fā)器82C250再通過兩個引腳 CANH和CANL與CAN總線相連，從而實現(xiàn)了TMS320F241與CAN總線間的通訊。其通訊介質(zhì)采用雙絞線，如果通訊距離在40m之內(nèi)，最高傳輸速率可達1Mbps。