TMS320F241在混合動力汽車電機控制設計應用

由于混合動力汽車有兩套驅動系統，驅動系統與整車控制單元（VCU）之間的信息交換與協調就顯得尤其重要。CAN（Controller Area Network）總線即控制器局域網絡，是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通信網絡，屬于現場總線的范疇，具有實時性強、可靠性高、抗干擾性強、結構簡單、操作性好、價格低廉等特點，因此被廣泛用于工業控制中。

　　TMS320X24X是TI公司專為數字電機控制而設計的系列芯片。而TMS320F241與同系列的TMS320C240或TMS320F240相比，除了具有后者的基本功能之外，還內嵌了CAN模塊，因此很適合混合動力汽車電機驅動系統的控制。

　　1 TMS320F241的主要特點

　　與TMS320X240相比，TMS320F241除了多出一個CAN模塊之外，還具有以下不同之處：

　　•TMS320X240具有雙10位A/D轉換器，16個輸入通道，轉換時間為6μs；而TMS320F241則只有一個10位A/D轉換器，8個輸入通道，轉換時間為1μs。

　　•TMS320X240的事件管理器中有3個定時/計數器、4個捕獲單元和9路PWM輸出（6個Full PWM和3個Simple PWM）；而TMS320F241的事件管理器中只有2個定時/計數器、3個捕獲單元和6路PWM輸出（6個Full PWM），計數器的計數方式也少了單上升沿和單上升/下降沿兩種模式。
　
　　TMS320F241具有8K片內Flash，沒有擴展RAM接口，調試起來不是很方便。但可以用同系列的TMS320F243EVM板進行調試，程序幾乎不同修改就能移植到TMS320F241芯片內運行。

　　2 無刷直流電機控制系統方案

　　圖1為電機系統控制框圖，采用轉換和電流雙閉環控制。

　　轉子位置由霍爾元件檢測，是3個相差120度（電角度）、脈寬為180度（電角度）的重疊信號。由轉子位置可得出轉速，進而得到電流的計算值；而由電流傳感器可以檢測到實際的電流，根據電流給定值與實際值兩者的差值調節PWM信號的占空比，并根據當前轉子位置觸發相應的功率開關器件，從而達到控制電機轉速的目的。

　　逆變器采用IPM智能功率模塊，它內含功率開關器件和驅動電路以及過程電壓、過電流等檢測電路，其中的開關器件為IGBT。

　　電機控制策略中各功能模塊（包括ASR、ACR、PWM、換流邏輯和轉速計算）都由TMS320F241芯片實現。

　　3 TMS320F241的外圍設計

　　圖2是TMS320F241芯片的主要外圍接線圖。有關說明如下：

　　XTAL1和XTAL2之間接5MHz的晶振，提供系統時鐘。

　　3個捕獲單元的引腳CAP1、CAP2、CAP3連接到霍爾元件的輸出，轉子的位置信號存儲到捕獲單元的緩沖器，經過計算可以得到轉子轉速。

　　A/D轉換器的8位輸入通道中，用了5個通道，輸入量分別是直流母線電流Idc、電壓Vdc以及電機三相電流Iu、Iv、Iw；另外3個通道經過電阻接地。

　　6路PWM輸出接到逆變器六個開關器件的控制端，其中U+、V+、W+接上橋臂，U-、V-W-接下橋臂。這6路PWM信號控制著開關器件的開通與關斷，從而決定了電流的流經路徑。

　　TMS320F241的CAN模塊引腳CANRX和CANTX通過光藕器件6N137連接到收發器82C250，而收發器82C250再通過兩個引腳 CANH和CANL與CAN總線相連，從而實現了TMS320F241與CAN總線間的通訊。其通訊介質采用雙絞線，如果通訊距離在40m之內，最高傳輸速率可達1Mbps。