基于英飞凌XC866 MCU的大功率载货电动车控制系统设计与实现

论文摘要

当前,人类文明处于“工业”文明期,在世界能源危机、气候问题、环境污染、生态破坏等问题凸显的情况下,绿色能源的开发是未来发展的必然趋势,经济的可持续性发展和新能源技术的创新和应用已经成为全球的共识。在电动自行车电机控制尤其是大功率电动车的控制中,能准确实时地进行电流控制是控制器的关键所在。本系统采用德国英飞凌XC866MCU,该系列微控制器专门针对工业控制与汽车电子而设计,频率达27MHz,具有专为电机控制设计的CCU6单元,可输出6路独立的带死区保护的16位PWM,芯片耐温范围最低可达-40℃,最高为125℃。ADC的转换速度快同时具有同步PWM比较匹配的自动触发转换方式,可同时并行进行4路ADC转换提高了系统处理速度和精度,因此,采用XC866方案在每个PWM周期内都能实现准确的电机电流控制。根据BLDC电机的特性,本系统在整体方案中采用先进的换相电流补偿处理算法,从而有效提高了电机运行效率,并降低了电机的转矩脉动和启动噪声。软硬件相结合的电流处理和保护在过流保护和MOSFET保护方面,采用软硬件相结合的电流处理和保护方式,除了运用XC866片上特有的CTRAP硬件故障保护功能之外,在软件算法上还采用了先进的峰值电流PID算法控制和相电流保护算法,以防止实际工作电流超过MOSFET额定值而造成MOSFET管永久性损坏,显著提高了控制器的性能和可靠性。通过对大功率载货电动车控制系统的设计,本课题达到了以下应用效果：1.达到有效提高载货电动车工作功率,具有启动和续航电流限制高,过流状态下,随过流时间的延长可减小电流限制值,能效比高2.通过短路保护和过温度保护措施达到防止堵转和爬坡等大功率工作状态下控制器短期电流大,发热量大、热量难以散失而造成的控制器损坏；3.通过电瓶欠电压保护,达到防止大电流下低压亏电损坏电瓶的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 电动车发展概述
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作
• 2 无刷直流电机的结构和工作原理
• 2.1 无刷直流电机的结构
• 2.2 无刷直流电机的工作原理
• 2.2.1 霍尔位置检测器
• 2.2.2 无刷直流电动机的驱动和绕组连接方式
• 2.2.3 霍尔无刷直流电机工作原理
• 3 基于英飞凌XC866 MCU的控制系统设计与实现
• 3.1 英飞凌XC866 MCU简介
• 3.1.1 英飞凌XC866 MCU系统框架
• 3.1.2 XC866引脚配置
• 3.2 硬件系统设计与实现
• 3.2.1 硬件系统设计思路
• 3.2.2 控制系统架构
• 3.2.3 电源电路
• 3.2.4 欠压检测电路
• 3.2.5 过流保护电路
• 3.2.6 转把采样电路
• 3.2.7 霍尔检测电路
• 3.2.8 高低电平刹车电路
• 3.2.9 驱动电路及其工作过程
• 3.2.10 功率变换电路的设计
• 3.2.11 电动机换相
• 3.2.12 其他辅助功能电路
• 4 软件系统设计与实现
• 4.1 软件系统设计
• 4.2 部分模块程序实现
• 4.2.1 系统初始化
• 4.2.2 电压测量函数
• 4.2.3 电机测速和3秒堵转监测
• 4.2.4 平均电流检测限流函数
• 4.2.5 欠压检测函数
• 4.2.6 电机和霍尔6种相序转化函数
• 5 调试
• 5.1 硬件调试
• 5.2 软硬联调
• 6 结论
• 参考文献
• 附录 系统软件代码
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文