江可揚(yáng)，彭　溪（武漢船用電力裝置研究所，武漢 430064）

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一種電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)陪試板的硬件設(shè)計(jì)

江可揚(yáng)，彭溪
（武漢船用電力裝置研究所，武漢 430064）

摘要：在電動(dòng)汽車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中，現(xiàn)有的多數(shù)陪試板在接口、功能等方面不能滿足測(cè)試要求。本文介紹了一種陪試板的設(shè)計(jì)方案。這種陪試板有多種通訊端口，設(shè)計(jì)有多路IO口，可提供溫度，電壓，電流等多種模擬量的測(cè)試，同時(shí)可以監(jiān)控IGBT運(yùn)行。本文介紹了陪試板的模塊組成、接口設(shè)計(jì)，電路硬件設(shè)計(jì)等。此設(shè)計(jì)可為多種驅(qū)動(dòng)板調(diào)試提供解決方案。

關(guān)鍵字：電力驅(qū)動(dòng)模擬量測(cè)試RC正弦產(chǎn)生電路

0　引言

隨著油價(jià)持續(xù)走高以及環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重，以電能為主要?jiǎng)恿υ吹碾妱?dòng)車日益成為人們的關(guān)注對(duì)象。電動(dòng)車的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，其接口要求比較特殊，而且需要多種模擬量的輸入等，一個(gè)典型的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如圖1。本文介紹了一種可以滿足驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)測(cè)試要求的陪試板。

1　接口要求

電動(dòng)車電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)具有豐富的接口資源，所以陪試板的接口設(shè)計(jì)也要滿足要求，主要要求如下：

陪試板需提供多路模擬量信號(hào)：給驅(qū)動(dòng)電路提供電壓電流采樣信號(hào)和電機(jī)溫度信號(hào)等；

圖1　典型電動(dòng)車驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

陪試板需提供多路光纖傳輸?shù)腜WM脈沖，同時(shí)，提供多路的光纖反饋通道，對(duì)各個(gè)功率器件的故障信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)硬件和軟件的動(dòng)作快速保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備；

陪試板需提供多路IO輸入輸出通道，用于給驅(qū)動(dòng)電路提供檔位開(kāi)關(guān)信號(hào)、油門深度、腳剎信號(hào)和緊急狀態(tài)下的停機(jī)等模擬信號(hào)。

陪試板需提供多種通訊通道；RS485用于上傳實(shí)時(shí)狀態(tài)信息和故障狀態(tài)到PLC，同時(shí)從PLC下載控制指令，CAN將控制指令和發(fā)送電機(jī)參數(shù)，將電機(jī)轉(zhuǎn)速、電機(jī)電流、旋轉(zhuǎn)方向傳送至ECU，并接收其它ECU傳遞的信息，RS232與顯示屏互聯(lián)，為技術(shù)人員提供現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和狀態(tài)觀測(cè)界面。

陪試板需從驅(qū)動(dòng)電路板接收IGBT的G，E兩路，監(jiān)控IGBT。

2　電路設(shè)計(jì)

2.1電源

電源板將外部輸入的+24 VDC 經(jīng)FKC15W、TEN 30、TPS75733等DC/DC芯片分別變換為各功能模塊所需的+15 VD、-15 VD、+15 VA、-15 VA、+5 VD、3.3 VD、3.3VA電源。本設(shè)計(jì)采用以下方式提高電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量

a）設(shè)計(jì)中采用濾波電容濾除線路上的差模干擾，采用傳輸線對(duì)地電容和共模扼流圈濾除線路上的共模干擾。

b）浪涌是一種上升速度快、持續(xù)時(shí)間短的尖峰脈沖，它會(huì)導(dǎo)致電子產(chǎn)品損壞，使電子產(chǎn)品中的半導(dǎo)體器件（包括二極管、晶體管、可控硅和集成電路等）被燒毀或擊穿。本設(shè)計(jì)中采用混合型浪涌抑制結(jié)構(gòu)，金屬氧化物壓敏電阻和瞬變電壓抑制器（TVS管）混合使用。多級(jí)的金屬氧化物壓敏電阻可以提供大過(guò)流容量，提高浪涌電流的導(dǎo)通能力，Tvs管反應(yīng)快并具鉗位電壓低的特性，可提供最低的平穩(wěn)鉗位電壓。

2.2通訊

陪試板上DSP控制CAN通訊、RS485通訊電路，通過(guò)端子連接到驅(qū)動(dòng)板，進(jìn)行通訊端口調(diào)試。RS232與顯示屏互聯(lián)，方便現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試。

圖2　+24V電源輸入電路

圖3　通訊

2.3模擬采樣信號(hào)

直流母線電壓信號(hào)經(jīng)考慮還是由高壓源提供。因?yàn)槿绻膳阍嚢迳袭a(chǎn)生會(huì)存在輸出電壓不穩(wěn)定，高壓產(chǎn)生電磁干擾等問(wèn)題。

電流電壓信號(hào)由RC正弦信號(hào)產(chǎn)生電路提供（圖3），電路左側(cè)為選頻電路，接下來(lái)為放大電路，通過(guò)滑動(dòng)變阻器可控制輸出信號(hào)幅值，以滿足不同測(cè)試要求。

圖3　RC正弦信號(hào)產(chǎn)生電路

直流電壓電流信號(hào)可由陪試板上提供的5V電源串聯(lián)撥碼開(kāi)關(guān)直接控制提供。

溫度信號(hào)，可根據(jù)不同的鉑電阻溫度傳感器配置電阻，使用撥碼開(kāi)關(guān)選擇接入電路電阻。也可以使用由CPLD控制的數(shù)字電位器，如AD5272來(lái)提供精準(zhǔn)可變電阻。使用數(shù)字電位器可以使電阻變換更方便，精確，缺點(diǎn)是對(duì)CPLD引腳資源會(huì)大量占用。

2.4IO輸入輸出口

陪試板接收驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)，連接LED燈，同時(shí)通過(guò)TLP293連接CPLD，LED燈可方便觀察輸出信號(hào)是否正常。陪試板發(fā)出信號(hào)則由CPLD和5V電源提供。

2.5IGBT

陪試將IGBT的柵極和發(fā)射極信號(hào)接入，串接電阻電容，然后濾波、放大輸入CPLD方便監(jiān)控。

2.6電流監(jiān)控

圖4　ACS764

使用ACS764芯片（圖4），外電源進(jìn)入調(diào)試板通過(guò)芯片，再輸入進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，ACS764使用9 位I2C串行總線，量程為3A，用DSP提供時(shí)鐘和數(shù)據(jù)讀取。此芯片的使用可以方便監(jiān)控驅(qū)動(dòng)電路電流。

3　結(jié)論

該設(shè)計(jì)方案各調(diào)試端口功能明確，使用方便，在調(diào)試中可替代冗繁的測(cè)試設(shè)備。在今后的設(shè)計(jì)中會(huì)形成調(diào)試小機(jī)箱，攜帶方便，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試等會(huì)提供極大的幫助。這個(gè)設(shè)計(jì)方案也彌補(bǔ)了現(xiàn)有測(cè)試板的空缺，會(huì)使調(diào)試進(jìn)程更加順利。

參考文獻(xiàn)：

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［4］王治國(guó).一種電力推進(jìn)變頻器控制器的硬件設(shè)計(jì).2014.9.

Hardware Design of test board for electric driving system

Jiang Keyang，Peng Xi
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Abstract:Current test board of driving system in electrical vehicle can’t meet requirements in aspect of the and function.This paper introduces the design plan of a new test board.The test board has multiple communication interface and digital I/O pots，which can provide a variety of analog signal such as temperature，voltage and current.It can monitor IGBT.This paper introduces the module composition，interface design，the circuit hardware and so on.The design of test board provides solutions for many driving system board.

Keywords:electric driving； analog signal testament； RC sinusoidal signal generating circuit

中圖分類號(hào)：TP31

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1003-4862（2016）06-0029-03

收稿日期：2015-12-23

作者簡(jiǎn)介：江可揚(yáng)（1990-），男，助理工程師。研究方向：電力電子與電力傳動(dòng)。