现代电动车辆中电控技术的应用

2 逆变电源系统硬件构成

电动车用辅助三相逆变电源从结构上可以分为三个部分：（1）DC/DC多路电源——自动适应直流输入端的大范围电压浮动，为系统的其它电路提供彼此隔离且电压稳定的低压电源；（2）主控制板——检测各路输出的电压、电流，根据运行情况智能调整逆变电路的输出，通过CAN总线参与整车数据通讯；（3）主功率逆变电路——由高度集成的三相逆变模块IPM组成，完成主电路的逆变功能。

系统基本结构图如图3所示，其中未标出给系统各器件供电的DC/DC多路电源。

DC/DC多路电源采用开关电源的标准设计，配合具有不同变的多抽头高频变压器，对外输出5V、12V、20V等多路隔离直流电。同时考虑到电动车电池组电压的波动范围相对较大（充满时为400V，使用过程中可能降低到280V），在设计中选择了适当的电路结构，取得较好的输入电压适应能力。

控制板是整个系统的核心，采用P8xC592单片机系统中无片内ROM的P80C592、脉宽调制专用芯片SA8282、CAN总线收发器82C250以及主电路电压、电流数据采集模块等。

控制板通过SA8282专用芯片向三相逆变模块IPM提供6路PWM信号。SA8282芯片由MITEL公司开发生产，其特点是控制简单、频率精度高、运行可靠性高，它支持标准8位MOTEL复用数据总线，可以方便地和单片机交换数据。单片机只需对芯片内部的5个数据寄存器赋值，就可以完成对PWM波形输出的初始化和实时控制。SA8282芯片为标准28脚双列直插式封装，管脚RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB输出三相可独立控制的TTL驱动信号，可对应驱动三相逆变桥上的六路IGBT。



将SA8282专用芯片与IPM连接后，P80C592只需要在启动时对其进行初始化，三相输出达到预定值后，SA8282即可以独立驱动IPM模块。只有在调整PWM输出时，P80C592才需要对SA8282进行控制。同时，SA8282芯片的SET TRIP管脚能够响应IPM发出的故障信号，迅速关断所有PWM波形输出，对逆变电路进行快速保护，并通过TRIP状态输出管理通知P80C592单片机，确保系统安全。

分布于主电路直流输入端和三相输出端的数据采集模块可对各路电压、电流进行采集，经P80C592进行A/D变换后保存到数据存储器中，便于CPU判断系统输入/输出是否正常，并进行相应操作。

CAN总线收发器82C250是CAN控制器和物理总线间的接口，最初为汽车高速通信设计，具许多针对车辆应用设计的结构。其特点包括：有效减小汽车环境瞬间干扰对信号的影响，具有保护总线能力；防护电池与地之间发生短路；支持低电流待机方式等，因此十分适合电动车辅助逆变电源的需要。将82C250与P80C592的CAN接口输入、输出端相连，便构成了辅助逆变电源对外通讯的接口，如图4所示。

3 逆变电源系统软件设计

辅助三相逆变电源的控制软件通过8051汇编语言编制，在完成其控制功能外，力求程序的合理与简化，以适应电动汽车对系统稳定性和可靠性的要求，控制流程如图5所示。

系统上电运行后，单片机P80C952首先对SA8282芯片初始化寄存器进行数据初始化，然后根据负载电机的特点执行软启动程序。当三相输出电压达到预定值时，三相逆变电源即进入稳定运行状态。此后控制程序将循环检测各线路的电压、电流情况，根据情况修改SA8282控制寄存器参数，调整PWM输出，从而改变三相输出。例如，电动车运行一段时间后，电池组电压下降，导致逆变电源的三相输出电压低于设定值，P80C592检测到该现象后，通过SA8282提高电压输出幅值，确保电源输出的稳定。

同时，控制程序还将定期检测数据存储器中的控制参数。若整车控制系统通过CAN通讯修改了逆变电源的运行参数，P80C592将根据新的运行参数调整输出。

控制程序中的三个中断程序分别为：数据采集程序、CAN总线通讯程序和故障处理程序。

数据采集程序通过芯片内部计数器定时触发，对逆变电源的输入、输出线路进行数据采集，经模/数转换后存入数据存储器，交给CPU进行运行状况判断。

CAN总线通讯程序包含若干子程序，其基本程序结构如图6所示。当通讯程序触发后，P80C592的CAN控制器提据命令字执行相关任务。当上位机请求数据时，将逆变电源的各项运行参数传输给整车系统；当上位机查询节点状态时，将当前CAN节点状态等数据发磅出去；当上位机要求修改运行参数时，将接收的数据参数存入数据存储器。



故障处理程序具有最高的中断优先权，即将P80C592的外部中断0（INT0）管脚与SA8282芯片的TRIP管脚相连。当逆变电路发生故障时，IPM会发出故障信号给SA8282芯片，由后者在第一时间关断PWM输出，并向P80C592发出中断信号，触发故障处理程序。故障处理程序首先将SA8282关闭；然后通过CAN总线通知上位机有故障发生，并将故障代码和当前系统运行参数写入报文同时发送；最后控制单片机将整个系统关闭，实现安全关机。

CAN通信网络的引入为电动车的全局优化控制提供了条件，车辆的每个子系统都因此成为整车控制中的智能节点。采用集成CAN控制器的P8xC592单片机作为控制核心，结合SA8282专用PWM波形发生芯片设计出的电动车用辅助三相逆变电源，不仅安全稳定性高，还能够充分参与整车的数据交换和控制。对于采用不同CAN总线协议的电动车辆，只需适当修改控制程序中有关CAN通讯的部分程序段，就可以顺利接入整车系统，使该逆变电源具有更强的通用性。