作者：Thomas Hafner

汽車微控製器軟件營銷經理

Günter A. Hank

32位汽車微控製器產(chan) 品營銷經理

英飛淩科技

長期以來，諸如永磁同步電機(PMSM)和感應電機等三相交流電機，被廣泛地應用於(yu) 工業(ye) 控製係統。在汽車應用領域，這些電機還是相對時新的裝置，目前正被逐漸用作傳(chuan) 統內(nei) 燃機的補充品或替代品。PMSM采用的繞組為(wei) 三相正弦分布繞組和機械位移繞組。三相正弦波和時間位移電流可以產(chan) 生旋轉磁場。這一旋轉磁場使電機轉動，通過(逆變器中的)MOSFET切換電機繞組的電流而產(chan) 生。磁場定向控製(FOC)算法為(wei) 電機電流控製生成PWM模式。轉子的位置和電流持續不斷地被檢測。基於(yu) 高性能微控製器的高效FOC係統，為(wei) 電動汽車和混合動力汽車驅動提供安全高效的解決(jue) 方案創造了條件(圖1)。

圖1：運行於(yu) FOC模式的32位TriCore微控製器。

AUDO MAX產(chan) 品係列的PWM生成方式

英飛淩的32位AUDO MAX係列微控製器內(nei) 裝一枚主內(nei) 核(TriCore CPU，淺綠色)和一枚快速協處理器(被稱為(wei) PCP，深綠色)。這種非對稱架構能夠利用PCP高效處理外圍設備，而無需中斷在TriCore CPU上運行主算法的處理進程。PCP負責處理關(guan) 鍵的實時中斷負荷，因此可減輕CPU的負擔。

有兩(liang) 種方案可以生成驅動逆變器的PWM。GPTA可生成非常複雜的PWM模式，例如非對稱死區時間生成或定製模式。外設模塊CCU6是一個(ge) 低端方案，可用於(yu) 生成中心對齊和邊緣對齊的PWM模式。相比GPTA而言，CCU6可以以較低的軟件開銷直接支持PWM信號生成，同時，無需配置多個(ge) 定時器單元。

CCU6和GPTA這兩(liang) 個(ge) 模塊都具備觸發功能，能夠讓PWM信號和A/D電流測量實現無延遲的等時同步(參見箭頭“觸發事件”)。作為(wei) 一個(ge) 附加的安全特性，每個(ge) GPTA模塊都配有“緊急模式停止信號”，可用於(yu) 設置安全開關(guan) 。針對TriCore AUDO MAX微控製器係列的所有成員，提供了一個(ge) 基於(yu) PRO-SIL的安全平台，它包含硬件(安全看門狗CIC61508)和軟件(SafeTcore驅動程序)，可滿足ASIL認證的B級至D級要求。

通過模數轉換器(ADC)測量電流

圖1所給示例對電機的兩(liang) 個(ge) 相電流進行了測量，並采用了一個(ge) 模數轉換器對其進行轉換。基於(yu) 逐次逼近寄存器(SAR)，該模數轉換器具備很高的精度(12位分辨率)，並且轉換時間小於(yu) 1微秒。由兩(liang) 個(ge) 已知的相電流可以計算出第三個(ge) 相電流。針對更高的安全要求，建議對電機的第三個(ge) 相電流進行額外的測量。針對這一應用，帶有第三個(ge) 模數轉換模塊的微控製器可供選擇。

連接旋轉變壓器和編碼器

旋轉變壓器將PMSM轉子的角位移轉換為(wei) 一個(ge) 電氣值。一般情況下，可利用一個(ge) 附加的正切函數電路從(cong) 兩(liang) 個(ge) 信號(正弦/餘(yu) 弦)導出轉子的角度值。旋轉變壓器電路的信號輸出至SPI總線，也可由微控製器直接讀取旋轉變壓器的正弦和餘(yu) 弦信號。還有一種可選的方式是讀取編碼器信號，在運行於(yu) 微控製器GPT12的編碼器接口中對其進行調理，再反饋到控製算法。

AUTOSAR之外重複利用汽車電子軟件

近年來，汽車電子軟件和通信已通過OSEK、AUTOSAR、FlexRay等規範而標準化。除標準化軟件成分以外，汽車電子係統還使用了可在多種應用中被重複利用的控製算法。如今，電機控製由分布在汽車車身、底盤和動力總成係統各處的電子控製單元(ECU)來完成。

MC-ISAR eMotor驅動程序提取了三相電機應用中電流控製的一般特性，設計用於(yu) 支持多種位置信息采集模式和逆變器控製裝置。

三相電機控製

英飛淩AUDO MAX係列非常適用於(yu) 電機的控製。TriCore架構和MC-ISAR eMotor驅動程序可采用高級控製策略控製多台三相電機，包括無刷直流電機(BLDC)塊交換(block commutation，BC)及永磁同步電機(PMSM)磁場定向控製(FOC)。

單一微控製器甚至還能同時支持BLDC和PMSM電機控製。相比於(yu) 其他類型的電機而言，采用FOC控製的PMSM電機能效更高、磨損更小，並且可以實現精確控製和定位。特別是，這種電機支持線性轉矩控製，為(wei) 將其用於(yu) 混合電動汽車動力總成係統奠定了基礎。

圖2顯示了MC-ISAR eMotor驅動程序的電流控製環路，右側(ce) 為(wei) 複雜設備驅動(CDD)。這個(ge) 時間關(guan) 鍵型電流控製環路在中斷上下文中進行處理，處理時間不超過50微秒。左側(ce) 是附加的用於(yu) 位置和轉速控製的軟件成分(SWC)，由應用程序提供。

圖2：電機控製中的電流控製環。

位置檢測和電流檢測模式

為(wei) 符合精確定位的要求，MC-ISAR eMotor通過采用霍爾傳(chuan) 感器外加增量編碼器和旋轉變壓器，實現了典型高分辨率檢測模式。此外，還可將無傳(chuan) 感器FOC用於(yu) 故障安全模式。對於(yu) 成本敏感的應用，AUDO MAX係列支持直接旋轉變壓器模式，該模式通過軟件和分立元器件實現，避免了配備外置旋轉變壓器IC的需要，這能使每個(ge) 控製單元在成本上降低2美元左右。與(yu) 此同時，MC-ISAR eMotor可以支持兩(liang) 相或直流母線電流測量模式(圖3)。

圖3：MC-ISAR eMotor操作模式。

MC-ISAR eMotor軟件劃分

此軟件可劃分為(wei) 兩(liang) 個(ge) 組成部分：不依賴於(yu) 硬件和依賴於(yu) 硬件的成分。不依賴於(yu) 硬件的模塊用於(yu) EmoControl、位置信息采集PA和FOC(圖4)。因此，EmoControl是通過FOC控製方向和電流的主要模塊。送入電機的電流決(jue) 定了轉矩。MC-ISAR eMotor驅動向應用程序反饋電機位置和轉速信息。位置信息采集PA模塊負責從(cong) 旋轉變壓器和編碼器信號中提取角度信息。具備Park-Clarke變換和空間矢量調製(SVM)的FOC，是通過檢測給定電流和位置來設置新電流的主要部分。

圖4：磁場定向控製(FOC)模塊框圖。

硬件相關(guan) 的模塊，包括重複使用的AUTOSAR MCAL驅動(ADC、SPI、DIO)，或PWM信號生成(EmoPwm驅動CCU6)和編碼器接口EmoIcu(通過GPT12讀取編碼信號)的專(zhuan) 用模塊。客戶編寫(xie) 的位置和轉速控製代碼，可以按標準軟件成分(SW-C)添加，就像AUTOSAR所提供的一樣。

MC-ISAR eMotor安全考慮

為(wei) 支持符合安全要求的應用，從(cong) 一開始設計軟件成分時就考慮安全要求非常重要。在ECU的開發階段應明確應用的特定需求，並且，這些需求將隨應用的不同而不同。此外，為(wei) 支持安全應用，還應考慮現成電機驅動的某些安全因素。MC-ISAR eMotor采用符合ISO26262的軟件開發流程開發而成，並可支持安全相關(guan) 係統中的三相電流測量。

英飛淩eMotor主要優(you) 勢概述

英飛淩AUDO MAX係列和MC-ISAR eMotor驅動，可並行控製多達4台PMSM或BLDC電機，同時還能滿足應用任務控製所需的性能。MC-ISAR eMotor和標準AUTOSAR MCAL驅動由同一配置工具整合，因此，用戶可在同一界麵中為(wei) AUTOSAR MCAL和MC-ISAR eMotor驅動配置微控製器資源，為(wei) 無縫配置不同軟件模塊創造了條件。汽車ECU開發人員可專(zhuan) 注於(yu) 電機的應用相關(guan) 控製，而無需改編電機的控製算法。為(wei) 降低係統成本，AUDO MAX係列還支持直接旋轉變壓器模式，免除了加裝旋轉變壓器IC的需要。AUDO MAX係列和MC-ISAR eMotor驅動被設計用於(yu) 支持安全應用。#p#分頁標題#e#