车载转换器与马达控制MCU应用指南

触到转子数据，而且必须始终从外部轴角数字转换器中获得（如图3所示）。这样不仅相对较慢，而且可能引发错误，而这些错误可能会对整个系统的功能安全产生负面影响。

　　图3：配备外部整合轴角数字转换器的马达控制。

　　拥有了最新的MB91580 32位微控制器系列后，富士通半导体在这方面独树一帜。在一个144讯框中，32位微控制器拥有150DMIPS的运算能力、可达1MB的闪存和128KB随机内存，以及多个I/O端口和定时器结构，能够产生所有马达控制信号和充足的通讯接口，如CAN、LIN和Flex Ray（见图4）。轴角数字转换器的整合形成了极简的系统架构。每100纳秒可从专用缓存器中读出旋转器位置、正余弦值和角速度 ，并随时到达MCU。

　　图4：片上可用资源示意图

　　开发马达控制器常常用到一种基于模型的方法：强大的新软件工具一般与浮点数一起运作。为了将以这种方式开发的算法转移到传统的微控制器，浮点数必须转化为整数。MB91580中的整合浮点单位增强了运算能力，减少了从模型转换到应用本身的工作量。

　　分解器诊断增加了功能安全

　　MCU比较容易识别马达故障。例如，相电流可能没有对应的预期值，或可能无法达到预期速度。在这些情况下，MCU可以设置特定的系统状态而不影响车辆的安全性。

　　但是，如何监测分解器和诊断故障呢？MB91580可透过合成诊断和像接地短路这样的故障表现，来监测分解器发出或传入的所有信号，这样便可以快速准确地发现缆线的破损和中断，甚至是分解器绕组内的短路情况。一旦这种故障产生，MCU可以立即收到内部中断信号，因而迅速做出反应，并有针对性地处理具体情况。所有这些都是在内部运作，将延迟时间最短化，这与带外部轴角数字转换器的系统不同，在这类系统中故障信号必须透过一个连接到MCU的缓慢接口进行传输。

　　由于MB91580系列专为机动车应用设计，它会提供其他一些功能来增强执行的安全性。例如，透过ECC（纠错码）来监测所有的闪存和随机内存。内存保护单元可识别和防止对受限内存区域未经授权的存取。整合CRC（循环冗余校验）发电器（CRC16&CRC32）和内部总线上的奇偶校验位可增强安全性。

　　混合动力汽车和电动汽车中的应用

　　适合整合马达控制MCU的应用包括用于电力驱动马达的转换器。转换器结构图显示如图5。

　　图5：转换器结构图。

　　出于功能安全的诸多因素，马达控制MCU（主控）是由一个二级小型微控制器（从属）支持。两个微控制器一直保持联络，一旦发现不正常的情况，从属MCU可以启动系统重置或切断马达电源。主控MCU产生马达通讯信号，测量和监控相电流，发出旋变信号，并透过正弦/余弦反馈信息来确定旋转器的位置和角速度。马达控制运算使用所有用于转子转速和扭矩的相关数据。

　　转换器透过内部网络（CAN或Flex Ray）与电池管理系统通讯，以确保提供所需的能源。

　　节能对混合动力汽车和电动汽车至关重要，任何需要持续能源供应的系统，例如液压助力转向系统，都会长期将过度压力施加于储能系统。液压系统持续执行以透过伺服泵设立所需的压力。

　　纯电动助力转向（EPS）系统只有在使用中才需要能源。原则上，该设计与动力总成转换器的设计相似。有主控和从属MCU，而电源组件主要是在稳压方面有所不同（如图6所示）。永磁同步电动机也用于该应用，而分解器如之前描述的那样执行。

　　图6：主-从MCU设计图。

　　然而，主控MCU仍须评估转向输入设备（倾角传感器）和扭矩传感器，以随时提供正确的转向辅助。EPS控制需要诸如执行速度这样的数据，它透过内部网络来提供（例如CAN总线）。这些信息有利于运算所需的额外转向扭矩，以及将其传送到转向柱上的马达。

　　这样做的目的是为了大幅地减少驱动器负责的负载，并提供转向运动的动态支持。例如，相较在高速公路上高速行驶的情况，当车辆几乎处于停滞状态时，转向运动则需要更多的支持。EPS是为了增加驱动器的舒适性和安全性。对于电子稳定控制装置而言，完全可以透过转向干预来主动调节车辆的稳定性。可以设想，EPS成为驱动辅助系统的一部份，使得无需驱动输入便可自动停车。

　　市场上的混合动力汽车越来越多，其中不少都配有简单的启停系统，预计在未来几年中，全混合动力汽车和插电式混合动力汽车（PHEV）的数量会大幅增加。无内燃机的全电动汽车需要安全、经济、高容量的储能系统。技术开发也一直在向前推进，尽管其速度不如许多人所希望的那样。等发展到一定程度时，混合动力汽车会大幅地使用以燃油和电力为形式的能源。

高效的软件运算、强大的微控制器和高效