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使用 C2000 實(shí)時(shí) MCU 開發(fā)經(jīng)濟(jì)高效的 EV 電機(jī)電源控制設(shè)計(jì)

2076798 2022-11-24 | pdf | 441.88KB | 次下載 | 免費(fèi)

資料介紹

對現(xiàn)代電動(dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 的電力電子技術(shù)的快速增長的技術(shù)需求越來越多地向設(shè)計(jì)人員提出了一項(xiàng)幾乎無法克服的任務(wù)。動(dòng)力總成和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的更高能效和功率密度需要更復(fù)雜的控制電子設(shè)備，這些電子設(shè)備需要采用在高開關(guān)頻率下運(yùn)行的高效氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 技術(shù)。除了功能安全之外，聯(lián)網(wǎng)車輛還可以在 IT 級別的安全要求下運(yùn)行，并應(yīng)用系統(tǒng)干預(yù)，例如無線固件 (FOTA) 更新。對現(xiàn)代電動(dòng)汽車 (EV) 和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車 (HEV) 的電力電子技術(shù)的快速增長的技術(shù)需求越來越多地向設(shè)計(jì)人員提出了一項(xiàng)幾乎無法克服的任務(wù)。動(dòng)力總成和能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的更高能效和功率密度需要更復(fù)雜的控制電子設(shè)備，這些電子設(shè)備需要采用在高開關(guān)頻率下運(yùn)行的高效氮化鎵 (GaN) 和碳化硅 (SiC) 技術(shù)。除了功能安全之外，聯(lián)網(wǎng)車輛還可以在 IT 級別的安全要求下運(yùn)行，并應(yīng)用系統(tǒng)干預(yù)，例如無線固件 (FOTA) 更新。面對緊張的開發(fā)預(yù)算和具有競爭力的最終產(chǎn)品定價(jià)，電力電子設(shè)計(jì)人員最終不得不尋找簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，包括部署更多集成控制解決方案。面對緊張的開發(fā)預(yù)算和具有競爭力的最終產(chǎn)品定價(jià)，電力電子設(shè)計(jì)人員最終不得不尋找簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法，包括部署更多集成控制解決方案。為幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文討論了德州儀器 (TI) 為幫助應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，本文討論了德州儀器 (TI) C2000 系列C2000 系列符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 的一些優(yōu)勢，這些微控制器適用于 EV 和 HEV 中的驅(qū)動(dòng)控制和電源轉(zhuǎn)換器。在對 F28003x 控制器系列進(jìn)行簡要的功能和接口概述后，本文深入介紹了牽引逆變器中磁場定向控制 (FOC) 的實(shí)施以及車載充電器中的遲滯電流控制。符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 的一些優(yōu)勢，這些微控制器適用于 EV 和 HEV 中的驅(qū)動(dòng)控制和電源轉(zhuǎn)換器。在對 F28003x 控制器系列進(jìn)行簡要的功能和接口概述后，本文深入介紹了牽引逆變器中磁場定向控制 (FOC) 的實(shí)施以及車載充電器中的遲滯電流控制。提高受控驅(qū)動(dòng)器和電源轉(zhuǎn)換器的效率提高受控驅(qū)動(dòng)器和電源轉(zhuǎn)換器的效率當(dāng)今 EV 和 HEV 的卓越性能在很大程度上歸功于驅(qū)動(dòng)器和電源轉(zhuǎn)換器中的電子控制。這些子系統(tǒng)中使用的實(shí)時(shí) MCU 采用復(fù)雜的控制算法和精確的電機(jī)模型，響應(yīng)速度極快，控制延遲僅為幾微秒 (μs)。如果實(shí)時(shí)閉環(huán)控制太慢并且錯(cuò)過了其定義的時(shí)間窗口，控制環(huán)穩(wěn)定性、精度和效率就會(huì)降低。當(dāng)今 EV 和 HEV 的卓越性能在很大程度上歸功于驅(qū)動(dòng)器和電源轉(zhuǎn)換器中的電子控制。這些子系統(tǒng)中使用的實(shí)時(shí) MCU 采用復(fù)雜的控制算法和精確的電機(jī)模型，響應(yīng)速度極快，控制延遲僅為幾微秒 (μs)。如果實(shí)時(shí)閉環(huán)控制太慢并且錯(cuò)過了其定義的時(shí)間窗口，控制環(huán)穩(wěn)定性、精度和效率就會(huì)降低。為了能夠使用標(biāo)準(zhǔn)庫中的比例積分微分 (PID) 控制器，矢量控制器將三相定子電流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為二維電流空間矢量，以控制磁通密度和轉(zhuǎn)子扭矩。快速電流環(huán)路（圖 1 中的藍(lán)色箭頭）應(yīng)實(shí)現(xiàn)小于 1 μs 的控制延遲。為了能夠使用標(biāo)準(zhǔn)庫中的比例積分微分 (PID) 控制器，矢量控制器將三相定子電流系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為二維電流空間矢量，以控制磁通密度和轉(zhuǎn)子扭矩。快速電流環(huán)路（圖 1 中的藍(lán)色箭頭）應(yīng)實(shí)現(xiàn)小于 1 μs 的控制延遲。圖 1：為了穩(wěn)定控制，實(shí)時(shí) MCU 必須在不到 1 μs 的時(shí)間內(nèi)完成每個(gè)循環(huán)通道（藍(lán)色箭頭）的所有算術(shù)運(yùn)算。（圖片來源：德州儀器）圖 1：為了穩(wěn)定控制，實(shí)時(shí) MCU 必須在不到 1 μs 的時(shí)間內(nèi)完成每個(gè)循環(huán)通道（藍(lán)色箭頭）的所有算術(shù)運(yùn)算。（圖片來源：德州儀器）結(jié)合 FOC 等快速矢量控制和高效內(nèi)部永磁同步磁阻電機(jī) (IPM-SynRM)，與經(jīng)典直流電機(jī)（即永磁同步電機(jī)、或永磁同步電機(jī)）。設(shè)計(jì)人員可以使用 C2000 系列實(shí)時(shí) MCU 和結(jié)合 FOC 等快速矢量控制和高效內(nèi)部永磁同步磁阻電機(jī) (IPM-SynRM)，與經(jīng)典直流電機(jī)（即永磁同步電機(jī)、或永磁同步電機(jī)）。設(shè)計(jì)人員可以使用 C2000 系列實(shí)時(shí) MCU 和