基于CAN總線的電動車電源設計

隨著汽車電子技術的不斷發展，CAN總線的運用也更加廣泛和便捷，特別是應用在電動車上。今天成都盤灃科技有限公司的小編將為大家介紹基于CAN總線的電動車電源設計。

本文介紹的電動車用三相逆變電源屬于車載輔助逆變電源。稱為“輔助電源”是因為它的負載為電動車上的一些輔助交流電機，如汽車轉向助力油泵、剎車氣泵、冷卻水循環中的水泵以及空調系統中的壓縮機等。對該三相逆變電源的工作要求是：正常運行情況時獨立維持輔助電機的穩定運行，能夠根據上位機的指令適當調整工作狀態;在負載發生故障(如電機短路)時迅速關系輸出、安全關機，同時能夠通過CAN總線向上位機和其它節點報告自身故障，引發車輛各系統的相關操作(例如：位于儀表臺上的人機界面顯示系統將立即顯示警告信息，報告車輛故障部位，并提示駕駛員減速;而整車能量管理系統則發出命令關閉輔助逆變電源的輸入，并將接收到的錯誤代碼和當前運行參數進行保存，便于維修人員進行故障診斷。

由此看出，雖然選擇一個通用變頻器進行改裝可以實現車用三相逆變電源的基本功能，但是要做成支持CAN總線各種功能的智能化節點必須從底層進行開發，直接選擇支持CAN總線接口的控制芯片，在控制程序中集成CAN通訊功能，適應整車通訊的要求。

德國Bosch公司為了解決現代車輛中眾多的控制和數據交換問題，開發出一種CAN(Controller Area Network)現場總線通訊結構，廣泛應用在常規燃油汽車上，如BENZ、BMW、PORSCHE.同時，CAN總線也被認為是電動車最佳通訊結構，我國“863計劃”關于電動汽車的說明中已經明確提出，新申報的電動車開發項目必須采用CAN總線通訊模式。

CAN總線結構是一種有效支持分布式控制或實時控制的串行通訊網絡。圖1為一個典型的電動汽車CAN總線結構示意圖，包括整車動力部分的主電機控制器、電池組管理系統、人機界面顯示系統等多個設備，這些子系統之間通過CAN進行數據通訊和命令傳輸。每個節點設備都能夠在脫離CAN總線的情況下獨立完成自身系統的運行，從而滿足車輛運行安全性的需要。同時，CAN總線也不會因為某個設備的脫離而出現系統結構崩潰的現象。

電動車由于儲能設備容量有限，在運行過程中對電能流向管理十分嚴格。精確的電能管理可以延長車輛運行里程，減少電池充電頻率，從而節約運行成本。車載能量管理系統需要隨時監控電池電壓、電機輸出功率以及其它設備的用電情況。同時，電動車電子控制系統的動態信息必須具有實時性，各子系統需要將車輛的公共數據實時共享，如電機轉速、車輪轉換、油門踏板位置等。但不同控制單元的控制周期不同，數據轉換速度、各控制命令優先級也不同，因此需要一種具有優先權競爭模式的數據交換網絡，并且本身具有極高的通信速率。此外，作為一種載人交通工具，電動汽車必須具有極高的運行穩定性，整車通訊系統必須具有很強的容錯能力和快速處理能力。

1逆變電源系統硬件構成

電動車用輔助三相逆變電源從結構上可以分為三個部分：(1)DC/DC多路電源——自動適應直流輸入端的大范圍電壓浮動，為系統的其它電路提供彼此隔離且電壓穩定的低壓電源;(2)主控制板——檢測各路輸出的電壓、電流，根據運行情況智能調整逆變電路的輸出，通過CAN總線參與整車數據通訊;(3)主功率逆變電路——由高度集成的三相逆變模塊IPM組成，完成主電路的逆變功能。

DC/DC多路電源采用開關電源的標準設計，配合具有不同變的多抽頭高頻變壓器，對外輸出5V、12V、20V等多路隔離直流電。同時考慮到電動車電池組電壓的波動范圍相對較大(充滿時為400V，使用過程中可能降低到280V)，在設計中選擇了適當的電路結構，取得較好的輸入電壓適應能力。

控制板是整個系統的核心，采用P8xC592單片機系統中無片內ROM的P80C592、脈寬調制專用芯片SA8282、CAN總線收發器82C250以及主電路電壓、電流數據采集模塊等。

控制板通過SA8282專用芯片向三相逆變模塊IPM提供6路PWM信號。SA8282芯片由MITEL公司開發生產，其特點是控制簡單、頻率精度高、運行可靠性高，它支持標準8位MOTEL復用數據總線，可以方便地和單片機交換數據。單片機只需對芯片內部的5個數據寄存器賦值，就可以完成對 PWM波形輸出的初始化和實時控制。SA8282芯片為標準28腳雙列直插式封裝，管腳RPHT、RPHB、YPHT、YPHB、BPHT、BPHB輸出三相可獨立控制的TTL驅動信號，可對應驅動三相逆變橋上的六路IGBT.

將SA8282專用芯片與IPM連接后，P80C592只需要在啟動時對其進行初始化，三相輸出達到預定值后，SA8282即可以獨立驅動 IPM模塊。只有在調整PWM輸出時，P80C592才需要對SA8282進行控制。同時，SA8282芯片的SET TRIP管腳能夠響應IPM發出的故障信號，迅速關斷所有PWM波形輸出，對逆變電路進行快速保護，并通過TRIP狀態輸出管理通知P80C592單片機，確保系統安全。

分布于主電路直流輸入端和三相輸出端的數據采集模塊可對各路電壓、電流進行采集，經P80C592進行A/D變換后保存到數據存儲器中，便于CPU判斷系統輸入/輸出是否正常，并進行相應操作。

CAN總線收發器82C250是CAN控制器和物理總線間的接口，最初為汽車高速通信設計，具許多針對車輛應用設計的結構。其特點包括：有效減小汽車環境瞬間干擾對信號的影響，具有保護總線能力;防護電池與地之間發生短路;支持低電流待機方式等，因此十分適合電動車輔助逆變電源的需要。將 82C250與P80C592的CAN接口輸入、輸出端相連，便構成了輔助逆變電源對外通訊的接口。

2P8xC592芯片介紹

在電動車用輔助逆變電源的設計中，控制電路不僅要支持CAN總線通訊，還要對負載電壓、電流等模擬量進行檢測，進行各種邏輯判斷，并驅動其它芯片完成三相逆變功能。因此簡單選擇一個單獨的CAN控制器是不夠的，最方便的選擇是使用帶有在片CAN功能的控制器。

P8xC592是由PHILIPS公司開發生產的8位微處理器，主要包括：

?一個80C51中央處理單元(CPU)

?兩路分辨率為8位的脈沖寬度調制輸出

?兩個標準的16位定時/計數器

?具有兩級優先權的15個中斷源

?包括四個捕獲和三個比較寄存器的16位定時器/計數器