基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器设计方案

，CAN通讯模块，串口通讯模块，数模输入输出模块。

2.3.1电源模块

整车控制器的供电电源来自燃料电池电动汽车的镍氢蓄电池组，其标定电压＋12V。汽车在运行过程中，镍氢蓄电池组的电压不稳定，波动非常大，高压时可达到＋17V，低压时只有＋9V。电源电压的不稳定将直接导致整车控制器工作不正常。因此，在电源模块的设计过程中，采用了宽输入范围，高输出精度，大功率的DC/DC电源芯片。另外，由于整车控制器里所使用芯片的供电电压包括了＋5V和＋12V两种，所以设计时使用了两款DC/DC芯片：Infineon公司的TLE4270以及NationalSemiconductor公司的LM2940S-12，其分别具有12V-12V和12V-5V的变压稳压作用，并具有短路、过压、过流及温度过载保护等功能。通过使用这两款芯片及其外围的一些辅助电路（主要是滤波电路），使得电源模块供电稳定可靠。

2.3.2CAN通讯模块

由于MC9S12DP256片内集成了五路兼容CAN2.0A/B协议的CAN模块，所以整车控制器的CAN通信模块不需要添加片外的CAN控制器，只需外加CAN收发器。所设计的CAN通讯模块采用了PHILIP公司的TJA1040收发器芯片。该芯片的波特率范围是60kbps～1Mbps，它具有一个温度保护电路，当与发送器连接点的温度超过大约165℃时，会断开与发送器的连接（当总线短路时，更需此温度保护电路）［2］。

为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，主芯片的CANTXD和CANRXD引脚并不是直接与TJA1040的TXD和RXD两引脚相连，而是通过高速光耦HCPL-0630后，与TJA1040相连。这样，当总线上有多个CAN节点时，可实现各CAN节点间的电气隔离。TJA1040与CAN总线的接口部分也采取了一定的安全和抗干扰措施：
　　（1）TJA1040的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护TJA1040免受过流的冲击。
　　（2）CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以滤除总线上的高频干扰，并且有一定的防电磁辐射能力。
　　（3）在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。

2.3.3数模输入输出模块

在燃料电池电动汽车运行过程中，整车控制器经常要发出一些车辆的启动/停止、镍氢蓄电池组的闭合/断开等信号，即数字量的输出。为保证信号稳定可靠，整车控制器置有四路数字量输出，并且都大于50mA。设计时采用了继电器方式的开关量输出，该方式是目前最常用的一种输出方式。所采用的继电器芯片是Infineon公司的BTS824R，其特点如下［3］：
　　（1）宽电压范围输入，兼容CMOS和TTL电平。
　　（2）加强型电磁兼容设计。
　　（3）自带短路保护，过载保护，ESD保护。
　　（4）自带过温切断保护。

整车控制器在发出开和关信号的同时，也在接收相应的数字信号。在主芯片MC9S12DP256和外面信号之间采用高速光耦HCPL-0630连接的方式实现电平转换以及信号隔离。

3整车控制器可靠性设计及测试

整车控制器在功能完善的基础上，可靠性是其质量好坏的主要技术指标。在燃料电池电动汽车整车控制器的工作环境中，电机、变频器和镍氢蓄电池组传输的母线电流变化较大（特别是当变频器进行高频调制时），产生的空间电磁干扰很强；另外，其工作空间的温度变化范围广、振动强度大。以上种种不利因素对整车控制器可能造成的干扰后果主要表现在下述几个方面：
　　（1）数据采集误差加大。
　　（2）控制状态失灵。
　　（3）数据受干扰发生变化。
　　（4）程序运行失常。

为保证整车控制器运行正常，此次的可靠性设计采用了元器件级可靠性设计和系统级可靠性设计相结合的方法，具体表现在：芯片的温度范围控制、部件的冗余设计、系统的电磁兼容性设计等。

3.1芯片的温度范围

在整车控制器的设计中，绝大多数芯片温度范围是汽车级（-40℃～+125℃），其他极少数芯片因为价格原因选择工业级（-40℃～+85℃）。

3.2冗余设计

冗余设计是指通过在系统结构上增加冗余资源来减小故障造成的影响，或将故障隔离并校正错误，使得系统即使发生了故障或差错，其功能仍不受影响的技术［4］。本冗余设计采用增加功能电路的数量来实现，整体冗余量达50%以上，如表1所示。

　　
3.3电磁兼容性设计

由于整车控制器应用环境比较恶劣，干扰严重，存在多种噪声和耦合方式，所以电磁兼容性设计在所有可靠性设计中占有很重要的地位。设计中采取了滤波技术、去耦电路、屏蔽技术、隔离技术和接地技术等抗干扰技术［5］［6］，具体如下：
　　（1）选用集成度高的元器件。可以降低电路板元器件的数目，使电路板布局简单，减少焊盘和连线，因而可以大大减少受干扰的概率，增加电路板的抗干扰能力。
　　（2）加粗电源线和地线，数据线、地址线及控制线尽量短，以减少对地电容。
　　（3）数字电路和模拟电路分区布置，并加入滤波和去耦电路。
　　（4）采用四层电路板的设计。相对于两层板而言，有独立的地平面和电源平面，并且信号线和地线间距可以很紧密，因此能有效减小共模阻抗和感性耦合。
　　（5）采用敷铜技术。既减小回路面积（因而减小了辐射），又可以减小导线之间的串扰。