采用PIC16F877單片機的汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統控制

3.5 電動(dòng)機驅動(dòng)控制電路的設計

電動(dòng)機驅動(dòng)控制電路必須能夠高精度、快速地調整電動(dòng)機的轉速和輸出轉矩，從而滿(mǎn)足EPS系統實(shí)時(shí)性和可靠性的要求。本項目中后向通道的核心控制采用脈寬調制(PWM)控制H橋電路。直流電機PWM控制方式有多種，根據電機工作的實(shí)際需要和系統的整體要求，本項目采用受限單極可逆PWM控制模式，主要優(yōu)點(diǎn)在于可以避免開(kāi)關(guān)管同臂導通，運行可靠性高、不需附加延時(shí)電路、開(kāi)關(guān)頻率相對較高，特別適用于大功率、大轉動(dòng)慣量、可靠性要求較高的直流電機控制的場(chǎng)合。

3.5.1 電機驅動(dòng)電路

電動(dòng)機的驅動(dòng)電路主要包括FET橋式電路、FET基極驅動(dòng)電路、電機驅動(dòng)線(xiàn)路上的電流傳感器和繼電器構成。

FET橋式電路主要由四個(gè)大功率MOSFET功率管組成，要求功率管具有良好的開(kāi)關(guān)特性、能承受較大的驅動(dòng)電流、且具有較長(cháng)的使用壽命，根據電機的功率參數及功率管的極限參數和電特性，我們采用四個(gè)相同的N溝道IRFP250功率管來(lái)構成H橋電路。

FET 基極驅動(dòng)電路選用MOSFET專(zhuān)用柵極集成電路IR2109作為核心模塊，該芯片是一種單通道、柵極驅動(dòng)、高壓高速功率器件，采用高度集成的電平轉換技術(shù)，大大簡(jiǎn)化了邏輯電路對功率器件的控制要求，上管采用外部自舉電容上電，使驅動(dòng)電源數目大大減少，控制了電路板的體積，降低了成本，提高了系統可靠性。

驅動(dòng)電路如圖3-2所示，兩個(gè)IR2109的IN端為驅動(dòng)H橋同臂上下兩個(gè)功率管的信號脈沖輸入端，分別通過(guò)具有高速性能的6N137光電耦合器接至PIC16F877單片機的兩個(gè)PWM脈沖輸出端口;兩個(gè)SD端分別與單片機的一個(gè)I/O口相連，控制電機停車(chē)操作;每個(gè)芯片的HO和LO端分別與同橋臂的功率管相連，控制電機轉速;VB端通過(guò)自舉二極管UF1005與+12V 電源相連，為了阻斷特殊電路中所承受的全部電壓，此處選用具有超快恢復特性的二極管UF1005。

圖3-2 電機驅動(dòng)電路

3.5.2 電機電流采樣電路

系統進(jìn)行電流采樣有兩方面用途，一是為電動(dòng)機提供保護;二是通過(guò)電流傳感器反饋電樞電流的信號，以便對電樞電流進(jìn)行閉環(huán)控制。標準電阻是一種常用的電流傳感器，由于其簡(jiǎn)單可靠、阻值穩定、精度高、頻響好、輸出電壓直接比例于所流過(guò)的電流，在 PWM 系統中應用相當廣泛。標準電阻一般采用錳銅或硅錳銅制成。在采樣電路中，選用AD626把采樣信號放大10的n倍送至單片機相應端口，具體電路如圖 3-3。

圖3-3 電機電流采樣電路

3.6 繼電器控制電路

如下圖3-4所示，CPU控制信號經(jīng)CPU端口PSP0輸出后，開(kāi)關(guān)管 Q1導通并驅動(dòng)功率三極管 Q12，使繼電器通電并閉合節點(diǎn)，繼電器節點(diǎn)閉合后可給電機、離合器供電。CPU輸出的高低電平信號分別控制繼電器的合開(kāi)操作。

圖3-4 繼電器控制電路設計

4 結論

本文在對EPS系統的原理和助力控制過(guò)程的分析基礎上，對 EPS 控制系統的硬件電路進(jìn)行了研究設計，提出了采用受限單極性可逆PWM控制模式控制直流電機;探索了在汽車(chē)電動(dòng)助力轉向系統中,低壓、低速、大電流永磁式無(wú)刷直流電機的控制方法。采用精密電阻進(jìn)行電機電流采樣的方法，實(shí)現了對直流電機輸出扭矩的閉環(huán)控制。在完成了硬件電路設計和軟件編程后，按照預定的助力特性曲線(xiàn)，對EPS系統進(jìn)行了臺架試驗，試驗結果表明：電子控制單元信號采集的實(shí)時(shí)性較高，對電機閉環(huán)控制的跟隨性較好，整個(gè)系統具有良好的電動(dòng)助力特性，硬件部分的抗干擾能力和可靠性都很高。