一種電力驅(qū)動系統(tǒng)陪試板的硬件設(shè)計

江可揚，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)動系統(tǒng)陪試板的硬件設(shè)計

江可揚，彭溪
（武漢船用電力裝置研究所，武漢 430064）

摘要：在電動汽車驅(qū)動系統(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試要求。本文介紹了一種陪試板的設(shè)計方案。這種陪試板有多種通訊端口，設(shè)計有多路IO口，可提供溫度，電壓，電流等多種模擬量的測試，同時可以監(jiān)控IGBT運行。本文介紹了陪試板的模塊組成、接口設(shè)計，電路硬件設(shè)計等。此設(shè)計可為多種驅(qū)動板調(diào)試提供解決方案。

關(guān)鍵字：電力驅(qū)動模擬量測試RC正弦產(chǎn)生電路

0　引言

隨著油價持續(xù)走高以及環(huán)境問題的嚴重，以電能為主要動力源的電動車日益成為人們的關(guān)注對象。電動車的驅(qū)動系統(tǒng)，其接口要求比較特殊，而且需要多種模擬量的輸入等，一個典型的電力驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計如圖1。本文介紹了一種可以滿足驅(qū)動系統(tǒng)測試要求的陪試板。

1　接口要求

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

陪試板需提供多路模擬量信號：給驅(qū)動電路提供電壓電流采樣信號和電機溫度信號等；

圖1　典型電動車驅(qū)動系統(tǒng)

陪試板需提供多路光纖傳輸?shù)腜WM脈沖，同時，提供多路的光纖反饋通道，對各個功率器件的故障信號進行實時采集，通過硬件和軟件的動作快速保護系統(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)動電路提供檔位開關(guān)信號、油門深度、腳剎信號和緊急狀態(tài)下的停機等模擬信號。

陪試板需提供多種通訊通道；RS485用于上傳實時狀態(tài)信息和故障狀態(tài)到PLC，同時從PLC下載控制指令，CAN將控制指令和發(fā)送電機參數(shù)，將電機轉(zhuǎn)速、電機電流、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)場調(diào)試和狀態(tài)觀測界面。

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

2　電路設(shè)計

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)計采用以下方式提高電源的穩(wěn)定性和質(zhì)量

a）設(shè)計中采用濾波電容濾除線路上的差模干擾，采用傳輸線對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)時間短的尖峰脈沖，它會導(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。多級的金屬氧化物壓敏電阻可以提供大過流容量，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，通過端子連接到驅(qū)動板，進行通訊端口調(diào)試。RS232與顯示屏互聯(lián)，方便現(xiàn)場調(diào)試。

圖2　+24V電源輸入電路

圖3　通訊

2.3模擬采樣信號

直流母線電壓信號經(jīng)考慮還是由高壓源提供。因為如果由陪試板上產(chǎn)生會存在輸出電壓不穩(wěn)定，高壓產(chǎn)生電磁干擾等問題。

電流電壓信號由RC正弦信號產(chǎn)生電路提供（圖3），電路左側(cè)為選頻電路，接下來為放大電路，通過滑動變阻器可控制輸出信號幅值，以滿足不同測試要求。

圖3　RC正弦信號產(chǎn)生電路

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

溫度信號，可根據(jù)不同的鉑電阻溫度傳感器配置電阻，使用撥碼開關(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，缺點是對CPLD引腳資源會大量占用。

2.4IO輸入輸出口

陪試板接收驅(qū)動電路的輸出信號，連接LED燈，同時通過TLP293連接CPLD，LED燈可方便觀察輸出信號是否正常。陪試板發(fā)出信號則由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），外電源進入調(diào)試板通過芯片，再輸入進驅(qū)動系統(tǒng)，ACS764使用9 位I2C串行總線，量程為3A，用DSP提供時鐘和數(shù)據(jù)讀取。此芯片的使用可以方便監(jiān)控驅(qū)動電路電流。

3　結(jié)論

該設(shè)計方案各調(diào)試端口功能明確，使用方便，在調(diào)試中可替代冗繁的測試設(shè)備。在今后的設(shè)計中會形成調(diào)試小機箱，攜帶方便，對現(xiàn)場調(diào)試等會提供極大的幫助。這個設(shè)計方案也彌補了現(xiàn)有測試板的空缺，會使調(diào)試進程更加順利。

參考文獻：

［1］康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ)［M］.高等教育出版社.

［2］張衛(wèi)寧.TMS320C28x系列DSP的CPU與外設(shè).清華大學(xué)出版社，2003.

［3］胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1995.

［4］王治國.一種電力推進變頻器控制器的硬件設(shè)計.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：TP31

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1003-4862（2016）06-0029-03

收稿日期：2015-12-23

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