基于ＰＳｏｃ的電動(dòng)車控制器設(shè)計(jì)(下)

　　和正常運(yùn)行時(shí)一樣，剎車過程中也需要根據(jù)當(dāng)前HALL傳感器的位置進(jìn)行換相，從而使得剎車過程平穩(wěn)有效。通過分析可知道，為了產(chǎn)生反向電流，剎車過程中的換相控制和正常運(yùn)行過程中的換相的開關(guān)管導(dǎo)通控制是互補(bǔ)的。以雙側(cè)斬波為例，圖5是逆變器上個(gè)橋臂的開關(guān)管，表2是正常運(yùn)行時(shí)候和剎車時(shí)候的換相表的對比。

能量再生

　　電動(dòng)自行車的能量回收的基本工作原理是通過電機(jī)的自感電動(dòng)勢、反電動(dòng)勢，將存儲(chǔ)在電樞中的磁場能量以及車體的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成電能并保存到蓄電池。

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圖5  逆變器的開關(guān)管

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圖6  V2開通時(shí)刻電流方向

圖7  V2關(guān)閉時(shí)刻電流方向

　　假設(shè)剎車時(shí)候采用單管單側(cè)的PWM斬波，圖6、7對應(yīng)某個(gè)60°電角度區(qū)間的能量再生過程。此時(shí)只有G相對應(yīng)的下橋臂功率管V2在PWM的驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作， 其它所有功率管關(guān)閉。 當(dāng)V2導(dǎo)通時(shí)， 電流方向?qū)��?yīng)著圖6中虛線所示，此時(shí)電機(jī)的G相和R相的電感線圈蓄能。當(dāng)G相下橋臂關(guān)斷，此時(shí)由于線圈電流必須維持相同方向逐漸衰減，因此電流經(jīng)右上角V5上所并聯(lián)的續(xù)流二極管流向蓄電池，如圖7所示，此時(shí)電感線圈釋放能量，并向蓄電池和電容充電。實(shí)際上，這個(gè)能量回收的基本工作電路就是一個(gè)典型的升壓電路。

　　輔助電子剎車和能量回收是一個(gè)緊密相關(guān)的控制，在設(shè)計(jì)時(shí)候應(yīng)同時(shí)考慮剎車效果和能量回收。在忽略制動(dòng)效率和制動(dòng)電壓抬高的影響，可根據(jù)蓄電池最大充電電流和額定電壓來確定最大制動(dòng)功率。可以適當(dāng)限制制動(dòng)功率，因?yàn)樵O(shè)計(jì)時(shí)只能在保證蓄電池的安全的前提下才盡可能的提高剎車效果和能量回收效率。實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)采用滯環(huán)控制，程序?qū)崟r(shí)采樣充電電流，并根據(jù)充電電流來調(diào)整PWM占空比，從而調(diào)整制動(dòng)功率并保證蓄電池的安全。

中斷服務(wù)程序及主循環(huán)

　　在PSoC架構(gòu)中，每個(gè)數(shù)字模塊和每個(gè)模擬比較總線都有獨(dú)立的中斷源，GPIO的電平變化也有相應(yīng)的中斷源。在本設(shè)計(jì)中，共使用三種中斷源，即過流比較器中斷，HALL傳感器信號中斷和PWM周期定時(shí)中斷。過流保護(hù)由于實(shí)時(shí)性要求很高，并且不是規(guī)律發(fā)生的事件，可安排用中斷服務(wù)程序進(jìn)行處理。如前所述，當(dāng)負(fù)載發(fā)生過流時(shí)將通過硬件直接關(guān)閉PWM輸出，同時(shí)，將產(chǎn)生中斷通知程序進(jìn)行相應(yīng)的處理。而HALL傳感器信號中斷的主要工作是在HALL信號發(fā)生變化時(shí)對HALL信號進(jìn)行采集判斷，并濾除電機(jī)工作中造成的強(qiáng)烈干擾，同時(shí)也要對諸如HALL失效，狀態(tài)錯(cuò)誤等情況進(jìn)行處理。PWM模塊在每個(gè)周期開始都會(huì)產(chǎn)生中斷信號，一般在電動(dòng)自行車控制器中，PWM載波頻率為15~20KHz左右。PWM中斷是程序設(shè)計(jì)中的最主要部分，大部分重要的控制諸如電機(jī)換相，電流檢測，電池電壓檢測，剎車信號檢測等都在此處實(shí)現(xiàn)。同時(shí)它也是系統(tǒng)計(jì)時(shí)的基礎(chǔ)，所有其它長時(shí)間的定時(shí)都是基于PWM中斷，因此，PWM中斷服務(wù)程序也要負(fù)責(zé)維護(hù)所有的時(shí)鐘標(biāo)志的更新工作。

　　主程序包括：上電初始化、剎車過程控制、巡航、調(diào)速、電池欠壓處理、堵轉(zhuǎn)處理等。實(shí)際設(shè)計(jì)中， 由于程序任務(wù)較多，如何保證電機(jī)的及時(shí)換相的前提下滿足控制的實(shí)時(shí)性要求是設(shè)計(jì)中最需要考慮的核心問題。考慮到換相程序非常短小，可安排在PWM中斷服務(wù)程序中完成。

PSoC的模擬和數(shù)字的高度集成為電動(dòng)自行車控制器的發(fā)展提供一個(gè)良好的平臺(tái)。采用PSoC器件開發(fā)的電動(dòng)自行車控制器具有集成度高，程序設(shè)計(jì)靈活方便，并且具有非常好的保密性。（作者：■ 蔣南 黃建明 Cypress公司上海辦事處）

參考文獻(xiàn)：
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4. Cypress Semiconductor, PSoC Mixed Signal Array Technical Reference Manual (TRM), Version 2.10