Page 205 - 机械自动化设计与制造研究

第六章 汽车电机驱动系统设计与技术

（二）核心控制模块的硬件电路设计
1. 微处理器设计
微处理器是电机驱动系统核心控制模块的“头脑”所在，其性能直接决定
了控制模块的算力。现阶段，业内以 T1 公司生产的 C2000 系列芯片最为多用，
但其造价成本相对高昂。因此，出于经济性考虑，可选用恩智浦公司生产的

S9KEAZ128AMLK 芯片，其特性参数为：（1）微处理器满足的数据长度为 32 位，
电路总线的运行频率为 48MHz；（2）内核为 Arm Cortex M0+，配备有 32×32 数
位的乘法器；（3）GPIO 端口的最多开通数量为 71 个；（4）携带有 UART 模块

与 CAN 模块，前者为 3 个，后者为 1 个；（5）配备有 16 通道的高精度数模转
换器。在此型号芯片的电路系统中，主要由“电感 + 电容”的滤波电路实现电能
供应，可有效降低异常电源电压下芯片所受的波动影响。同时，此芯片内部还布
置有 POR 电路（内部复位电路），可实现异常状态下芯片微处理器的快速复位，
继而提升芯片电路结构的可靠性。

2. 互锁电路设计
本部分所选互锁电路为电动汽车电机专用的 PWM 电路，并能满足死区时间
的设计需求。具体来讲，电路型号为 T1 公司生产的 SN74L 系列芯片电路，其开

启时间与关闭时间均在 10ns 以内，可满足快速率、高精度的桥臂开关互锁需求。
在此基础上应注意的是，死区时间设置过长或过短，都会对电机驱动系统的运行
稳定性产生较大影响。若死区时间过长，则会降低电路内电流输出的流畅性；若
死区时间过短，则可能发生上下两端桥臂同时动作的情况，进而引发功率板的过
热烧毁故障。所以，还在互锁电路设计中引入了 PWMnH、PWMnL 两个控制信号，

以此防止上下两端桥臂 MOS 的同时启动。
（三）功率驱动模块的硬件电路设计
在功率驱动模块的硬件电路设计中，可将 MOS 管作为功率开关的主体元件，

既能实现电动汽车电机驱动系统开发成本的有效降低，也可满足隔离机制的建立
需求，避免高压信号与低压信号之间发生干扰问题。基于此，选用博通公司生产
的 MOS 专用 ACPL-335J 芯片作为驱动模块，其最大驱动电流为 2.5A，且具备过
电流保护、低电压保护、故障自动响应等功能，可达到理想化的硬件电路设计效果。
在此基础上，将 TS12A12511DCNR 单刀开关与芯片电路的 R6、R8 两点进行串联，

可形成闭合完整的光耦驱动电路，从而使芯片光耦输入的工作电流始终高于阈值

193
193