直流纯电动车控制器的设计毕业设计说明书Word文档格式.docx
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鉴于电动汽车控制系统的复杂性以及综合考虑各方面的因素，电动汽车的主控制器选用DSP。
在电动汽车控制系统研究设计中，就是完成硬件电路设计，以及控制三相感应式交流电机的转速。
根据所选的DSP芯片TMS320LF2407A的功能，对驱动系统硬件电路进行了系统设计，主要包括电流、电压、温度、速度检测电路以及过电压、欠电压、过电流、温度保护电路等。
关键词低速电动车驱动控制器驱动电路检测电路保护电路AbstractInordertomaintainabeautifulandelegantenvironmentofthegolffield,thevehicleusedthereshouldhavezeropollutionandlownoise.Meanwhile,thegolfvehiclereducestherequestoftheautomobiledynamicqualityandtravelmileage.ElectricVehicle（EV）becomesakindofnew,fast-developingvehicleinthelastyears,whichhasthebestfutureasagreenvehicle,astheproblemsofenergyandenvironmentarebecomingmoreandmoreseriousinthe21stcentury.Inthiscaseuseofpureelectricvehicleasthegolfvehiclesuiteextremely.Thedrivesystemisthecorepartoftheelectricgolfvehicle’spowersystem,whichisalsothemajorworkthathasbeencompletedbythisthesis.ThethesistakestheoverallplandesigntotheseparatelyexcitedDCmotor’sdrivesystem,andcarriesonthesimulationanalysistothisdrivesystembySABERsoftware,sothattoconfirmitcanrealizethemotor’sfunctionssuchasspeedregulation,energyregenerationaswellassoft-switching.Thispaperbrieflyexpoundstheelectriccardevelopmenthistory,background,significance,keytechnologyanddevelopmentstatus.Inviewofelectricvehiclecontrolsystemcomplexityandconsideringallfactors,electricvehiclecontrollerchooseDSP.Inthecontrolsystemofelectricautomobileresearchdesigniscompleted,thehardwarecircuitdesign,aswellasthecontrolofthreephaseinductiontypeACmotorspeed.AccordingtotheselectedDSPchipTMS320LF2407Afunction,todrivethesystemhardwarecircuitofsystemdesign,includingthecurrent,voltage,temperature,speeddetectioncircuitandovervoltage,undervoltage,overcurrent,temperatureprotectioncircuit.Keywords:
electricvehicle,controller,Drivercircuitdetectioncircuit,protectioncircuit.I目录摘要IAbstractII第一章绪论11.1课题的背景与意义11.2国内外电动汽车研究发展现状及发展趋势11.3电动车控制器需解决的关键问题21.3.1电机驱动系统21.3.2功率器件设计31.3.3能量回馈31.4电动汽车控制器3第二章芯片介绍及电动汽车整体结构概述42.1DSP简介42.1.1什么是DSP芯片42.1.2DSP芯片的发展42.1.3DSP芯片的分类42.1.4DSP芯片的结构52.2DSP型号选择52.3电动车整体结构框图及分析8第三章驱动系统的设计103.1驱动电路的选择103.2功率MOSFET管113.3MOSFET驱动电路12第四章电动汽车重要物理量的检测与保护144.1三相电动机电流的检测保护144.1.1基于霍尔电流传感器的电流采样电路144.1.2电流信号处理电路164.1.3电流保护164.2控制器温度的检测与保护174.2.1基于LM35温度传感器的温度采样电路174.2.2温度信号处理电路184.2.3温度保护电路194.3蓄电池电压检测与保护194.3.1基于霍尔电压传感器的电压采样电路194.3.2电压信号处理电路204.3.3电压保护214.4系统保护电路22第五章速度检测及加速踏板部分电路245.1速度检测245.1.1光电编码器简介245.1.2速度测量电路255.1.3速度信号变换电路265.2加速踏板相关电路设计275.2.1电动汽车加速踏板工作原理275.2.2加速踏板信号转换电路27第六章DSP外围电路296.1时钟及复位电路296.1.1时钟电路设计296.1.2复位电路设计306.2电源转换电路30结论32致谢33参考文献34第一章绪论第一章绪论1.1课题的背景与意义随着国家科学技术的加速研发和国民经济的快速增长，国民生活质量不断提升，汽车已经成为人民生活中必不可缺少的代步器材。
传统燃油汽车生产和销售量呈逐年递增的趋势，最近十年，我国新车的生产和销售处于迅速增长阶段。
传统汽车工业的发展加速了对石油的需求，大量化石能源的消耗同时带来严重的环境问题，导致大气污染，温室效应，全球气候变暖，海平面上升，雾霾天气的增加，这些问题严重影响的人民的身心健康和幸福生活以及全球生态系统的安全。
“国十条”的发布对传统汽车尾气的排放做出更严格的限制，汽车行业面临着巨大的节能减排的压力，迫切需要技术转型升级。
从将来的技术发展潮流和汽车行业的发展潮流来看，电动汽车是将来的技术发展潮流。
为了顺应汽车技术发展潮流，全球各国政府，科研机构，工业界纷纷加大对电动汽车的投资金额，加速电动汽车在各国的商业化，各大公司巨头争夺电动汽车的市场份额。
电动气车（ElectricalVehicle）是以主要电池为动力源，整体或者部分由电机推动的汽车，涉及到机械，按照目前的技术水平和汽车推动原理，可以分为混合动力气车、纯电动气车和燃料电池电动气车三种类型：
目前，纯电动汽车的技术日趋成熟完善，但由于面临着充电基础设施建设巨大的资金压力和传统汽车工业的惯性压力以及人民传统汽车消费观念的压力，推行运用方面仍处于展示运行进程。
现阶段纯电动汽车主要在微型、慢速、特殊用途上不断应用。
1.2国内外电动汽车研究发展现状及发展趋势美利坚合众国在新能原汽车工业方面做了一些顶层级的安排。
曾经投资24亿美元来支持PHEV，美利坚合众国在比较久的时间里研发过纯电动汽车、燃料电池汽车。
美国的联邦策略是做插电式混合动力汽车，研发重点强调电动汽车所使用的电池的研究。
美国有15亿美元来扶助美国有关大学、研发单位、企业在电动电池方面展开研发。
提议2016年要推广120万辆PHEV的指标，同样通过了相关的补贴，包括税收的政策。
这里面也包含了一些有关PHEV的非财税和非经济性的帮扶政策。
它有特殊的路权以及使用方面的支持。
欧洲来看，对纯电动汽车的研发也是十分的看重。
欧洲联盟要发行80亿欧元贷款来帮扶汽车制造商来研发清洁与环保汽车，德国提出2020年普及120万辆BEV和PHEV的指标，敲定了15亿欧元的创新计划和6亿欧元的电动汽车推行普及计划。
英国也公布了将来5年的电动汽车研究日程，居民选择买纯电动汽车和插电式混合动力汽车，政府发放相应的补贴。
日本将近有20年一直走在新能源汽车的世界前排，包含他的新能源汽车的技术。
日本当局2009年提出了“低碳革命”的规划，将研发电动汽车作为其“低碳革命”的计划核心。
其他省也规划了245亿日元来研发下一代汽车电池，也增加了对电动汽车，包括HEV、清洁柴油车以及其他方面的环保汽车的投入。
中国，从十五、十一五、十二五，三个五年计划，创立三纵三横的研究框架，重点以三种整车为带头，加快到三块重要的零部件，关键系统方面的研发。
这是十一五的规划，十一五中，提出了更加注重研发平台的建设，包含测试、信息、政策、检测等等。
国家十二五计划更加注重了“纯电驱动”技术研发规划，坚持过度和转型并行。
过渡应该是关于传统汽车工业节能减排。
转型是汽车驱动系统电气化的转型。
“三步走”是总体上的年度发展规划，包含产业化的过程。
第一步是在大中都市的公共服务领域，包含公交车、物流车、环卫车，这些是很容易去普及电动汽车这样的领域。
第二步是在小型的混合动力汽车，小型乘用车。
第三步是PHEV和燃料电池车。
目前新能源汽车领域应该有四大趋向，一是底盘的电气化，更多电气化元素会在各类型的汽车上出现；
二是轻型化，采取铝合金、镁合金的质料在结构件上使用，每一个企业都要思量未来质料的变化会带来整个汽车工业生产技术各个方面的变化；
三是车辆的智能化，将来汽车会向智能化发展，终极目标是自动驾驶，智能技术在车上使用，会不断地给我们加强辅助驾驶的功能；
第四是交通网联化，未来电动汽车的价值不仅是交通工具，它还是一个电力储存系统，可以纳入到整个智能电网中，作为整个智能电网中的一个结点。
可以有利于电网的削峰平谷。
在一些自然灾害的情况下，电网发生故障，每家都有车，电动汽车储存的二三十度电，还可以用上十几天。
将来电动汽车的价值会比传统汽车的价值会实用，更高。
纯电动车控制器在电动汽车未来发展趋势发挥着重要的作用。
1.3电动车控制器需解决的关键问题电动车控制器驱动系统电池是采取的48V铅酸蓄电池组，以微芯公司的TMS320LF2407A芯片为控制芯片，采取并联的MOSFET为功率模块。
目标是研发出价钱较低，性能稳定的纯电动汽车，下面是纯电动汽车在驱动控制中需解决的关键部分。
1.3.1电机驱动系统短途微型纯电动汽车对行驶速度没有太高的要求，但需要要求性能可靠，安全稳定。
纯电动汽车采用他励直流电机作为驱动部分，它具有动态性能好，控制容易的特点。
本设计采取的是电动汽车专属的他励直流电机，其电枢电压和励磁电压可以互相独立控制。
其转速。
转矩特性是线性相关的，运转速度随转矩的增大而减小，可以在不相同的转速下得到最好的功率曲线。
采用半桥斩波对他励直流电动机电枢进行控制，采用全桥斩波电路对电动机励磁电路进行控制。
1.3.2功率器件设计为了很好的控制成本，功率器件选择了价格低廉的MOSFET管。
选择功率管时第一要考虑极限耐受电流。
现在一个MOSFET耐受的电流极限有限，很难承受高达150A的大电流，这就需要用到开关管的并联技术。
并联时，因为每个原件管压降和动态参数的差异，会导致元件电流分配不均匀而导致损坏开关管。
因此必需采纳静态均流和动态均流措施。
1.3.3能量回馈将车辆的行驶中的部分动能转化为电能并返回电池是电动气车具有的基本特征之一。
除了减少机械、液压制动方式的机械磨擦外和提高能源利用效率，电池存贮电量成为电动汽车普遍推广的瓶颈下，这一功能具有普遍意义。
在现实的电动气车组件中，在驱动系统能量返回时，除了思量驱动模块自身特征而外，还要思量蓄电池组的物理化学特征，采取适合的控制战略，在不破坏电池物理化学特征的条件下，尽最大可能多的反馈能量。
1.4电动汽车控制器控制器是电动气车的焦点，它的发展决定着电动气车行业的发展水平。
新能源气车中，动力电池控制和电机驱动是两大核心部分，同样是进军新能源气车行业的切入点。
电动气车控制器功能越来越强大，结构越来越完善。
常用的控制器有单片机、DSP等。
但是对电动汽车的控制，需要处理大量信号以及复杂的数据，简单的单片机已不能满足要求。
因此，本论文采用功能更加完善，处理功能更强的DSP芯片。
随着科技的进步，DSP芯片的不断升级。
集成芯片数量更加多，开发工具和软件也越来越多，使用也更加方便。
与此同时，本文所介绍的动汽车控制系统就是以DSP为核心来说明，从而使得DSP器件技术操作简单，价格也能够为广大用户接受；
42第二章芯片介绍及电动汽车整体结构概述第二章芯片介绍及电动汽车整体结构概述2.1DSP简介2.1.1什么是DSP芯片DSP芯片，是一种具有特殊结构的微处理器，专指数字信号处理器。
DSP芯片的里面采纳哈佛结构从而使程序和数据分隔开，提供特殊的DSP指令，普遍采用流水线操作，具有专门的硬件乘法模块，对种种数字信号处理算法能快速的实现。
DSP芯片具有以下几个特点，来实现不同数字信号的处理要求：
（1）能同时访问指令和数据，由于程序和数据空间分开。
（2）一次乘法和一次加法可在一个指令周期内同时运行。
（3）具有低开销或无开销循环及跳转的硬件。
（4）支持片内快度RAM，一般通过单独的数据总线可同时访问其中两个模块。
（5）多个硬件地址产生器可在单周期内同时操作。
（6）支持快速的中断处理和硬件I/O接口。
（7）采用流水线操作方式，使指令译码、预取和执行等操作能够重叠执行。
（8）可以并行执行多个操作。
DSP芯片的其他相同功能与市场上微处理器相比，功能相对较薄弱些。
2.1.2DSP芯片的发展在模拟信号变换为数字信号后，数字信号处理器就是高速实时的对该数字信号进行处置的专一用途处理器，它是实现数字信号处理的强大工具，具有计算速率快、功耗低、体积小等优势。
最近几年，跟着新材料和半导体不断进步，芯片的处理能力不断增强，使得信号处理的研究不再需要过多考虑硬件，重点放在算法和软件模块上。
DSP的这些卓越性能目前被普遍应用于信号处理、数字通信、图像处理、工业控制等范围。
一九七八年AMI公司发布了世界上第一个单片DSP芯片S2811。
DSP芯片的一个里程碑是随后美国Intel公司发布的商用可编程期间2920。
自一九八零年以来，DSP芯片不仅得到快速的发展，DSP完成一次MAC操作的运算速率大大提高，现在只需40ns，从而提高了处理能力。
芯片内部的存储器和存储容量都不断增加，内部乘法运算器件个数也大大减少，从而DSP芯片的应用越来越广泛。
现在DSP芯片的引脚数量可以达到二百个以上，而一九八零年引脚最多才有六十四个，使芯片结构灵活性得到大幅度提高。
此外，DSP芯片的发展，也使DSP系统的体积、成本、损耗和轻重都有很大程度的降低。
2.1.3DSP芯片的分类DSP的芯片可以按照不同的方式进行分类。
1.按数据格式分。
根据DSP芯片工作的数据格式不同来分类的。
定点DSP芯片是指数据以定点格式工作的DSP芯片。
浮点DSP芯片是指以浮点格式工作的芯片。
不同的浮点DSP芯片可采用不同的浮点格式，有的DSP芯片则采用IEEE的标准浮点格式，有的DSP芯片采用自定义的浮点格式。
2.按基础特性分。
根据DSP芯片的指令类型和工作时钟不同来分类的。
例如静态DSP芯片是指DSP芯片在某时钟频率范围内的任何频率均能正常工作，DSP性能没有下降，只有计算速度变化3.按用途分。
DSP芯片的种类还可以根据不同用途来分，有通用性DSP芯片以及能完成特定运算如数字滤波，FFT等的专用型DSP芯片。
2.1.4DSP芯片的结构1.哈佛结构。
指的是在存储空间中单独划分出数据和程序存储空间，是两个相互独立的存储器。
相对应的是两个存储器系统中分别设置了数据总线和程序总线，从而提高了数据的存取速度。
2.专用的硬件乘法器。
DSP处理器的性能越高，乘法速度越快。
采用了专用的乘法器，可在一个指令周期内完成乘法运算。
3.流水线操作。
流水线与哈佛结构相关，DSP芯片广泛采用流水线以减少指令执行的时间，一次性处理多条指令，提高处理能力。
4.快速的指令周期。
经过采用各种技术的DSP芯片的指令周期，可以大大缩短，现在一般只需200ns。
2.2DSP型号选择纯电动汽车控制系统对微处理器有如下要求:
1.A/D转换功能。
需要接收电压信号、加速踏板信号、电流信号等模拟量输入，并进行A/D转换。
2.数据处理能力及响应速度。
本系统需要具有足够内存空间和高速响应性能的微处理器，才能对多种参数进行实时处理。
TMS320LF2407A是基于TMS320CZXX型16位定点数字信号处理器的新型DSP控制器。
它除了满足电动汽车以上两个功能外，还有以下的特点：
（1）基于TMS320的内核，与TMS320LF240x系列DSP的兼容性提高；
（2）采用高性能静态CMOS技术，不仅提高了控制器的实时控制能力，执行速度达到40MIPS（40百万条指令/秒），而且使得供电电压降为3.3V，减小了控制器的功耗；
（3）片内有高达2.5K字RAM，其中包含2K字的单端口RAM（SARAM）和544字的双端口RAM（DARAM）；
32K字16位的flash程序存储器；
（4）两个事件管理器模块EVA和EVB。
每个事件管理器均包括如下模块:
8个16位脉宽调制（PWM）通道，两个16位通用定时器，防止击穿故障的可编程PWM死去控制，3个对外部事件进行定时捕捉的捕捉单元，其中2可直接与光电编码器输出脉冲相连接；
（5）可分别扩展可扩展64K的数据，程序以及I/O存储空间；
（6）局域网控制模块；
（7）即无需使用插入式电缆连接器件的全部引脚，便可通过JTAG口对器件进行仿真。
根据以上介绍，本文中纯电动汽车控制系统的核心部分选用DSP芯片LF2407A，其功引脚图和能框图分别如图2-1和图2-2所示。
图2-1TMS320LF2407A引脚图图2-2LF2407A的功能框图2.3电动车整体结构框图及分析由上图可知，电动汽车采用的控制芯片为TMS320LF2407A，而要使电动汽车正常工作，不仅需要设计芯片自身的外部供应电路，还要设计很多的参量检测及保护的电路，比如灯光、转向、电动车窗等。
而本文只设计了电动汽车一小部分的电路作为样本。
根据上面方框图的要求，需要设计以下电路:
1．电动汽车电流检测电路及过电流保护电路；
2．电动汽车控制器温度检测及温度保护电路；
3．电源电压检测及过压、欠压保护电路；
4．DSP芯片LF2407A及其外围电路；
5．电动汽车速度检测电路；
6．加速踏板给定信号转换电路；
第三章驱动系统的设计第三章驱动系统的设计驱动系统是整个电动汽车控制器的关键模块，驱动功能的好坏对电动气车的功能有着至关重要的用。
本章对驱动系统的结构与组成部分的设计方法与思绪。
3.1驱动电路的选择电机采用的是他励直流电动机，驱动主电路分为电枢电路和励磁电路。
由于要实现电动机的正反转运行，励磁电路采用全桥斩波电路，电枢电路采用半桥斩波电路。
励磁电路如图3-1。
U为48V蓄电池组，T1-T4为全控性开关管,D1-D4为稳压二极管，当T1和T4管导通，T2和T3管关闭时，电流的方向为U+--T1—负载—T4—U-,负载承受正相电压。
当T2管与T3管导通,T1管与T4管关闭时,电流的方向为U+—T3—负载一T2—U-,负载遭受负电压。
因此经过操纵MOSFET的通断就能够对负载电压正向与反向的转换。
由于电枢电流较大，电动汽车并不需要快速实现换向,需通过改变励磁电流方向的方向来实现换向。
图3-1励磁电路因为电动气车驱动电机的他励直流电机电枢电流可高达150A以上，，单个MOSFET管不能有那么大的开断容量，需要多个MOSFET管并联均流的方法，鉴于成本和工艺的的考虑，他励直流电动机电枢驱动电路采用单桥斩波电路。
如3-2（a）所表示的图中,采取了一个开关管管对电枢电路操纵,通过调节T1管脉宽调制技术信号的占空比即可变化电枢电压。
当T1管开通时,电流的方向为V+—电枢一T1一V-,此时电机电动机使用;
当T1管关闭时,因为电枢电感的剩余电压的作用,电枢电流流过续流二极管m继续续流,假如续流在T1再次开通前截止,虽然此刻电东机仍有速度,反电动势仍然在,但此刻没有电路使电流相反,该电路在某些情况下无法实现电机电枢电流的反向。
只电机的运转速度高于电动机理想空载运转速度，相反电动势高于电源电动势时，会出现经过二极管D2、由电枢侧流向电源侧的反方向的电流，由电枢侧流向电源侧的反向电流很明显这种制动性能是不可以的，此时，这种电路没有办法法对电机的制动过程进行操纵，结果，图3-2（
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