基于單片機的EPS驅動電路設計

    2 EPS控制系統硬件電路設計

    2.1 微控制器的選擇

    MOTOROLA公司的MC9S12系列單片機是基于16位HCS12 CPU及0.5μm制造工藝的高速、高性能5.0V FLASH微控制器，是根據當前汽車的要求設計出來的一個系列。它使用了鎖相環技術或內部倍頻技術，使內部總線速度大大高于時鐘產生器的頻率，在同樣速度下所使用的時鐘頻率較同類單片機低很多，因而高頻噪聲低，抗干擾能力強，更適合于汽車內部惡劣的環境。設計方案采用MC9S12DP256單片機，其主頻高達25 MHz，同時片上還集成了許多標準模塊，包括2個異步串行通信口SCI，3個同步串行通信口SPI，8通道輸人捕捉/輸出比較定時器、2個10位8通道A/D轉換模塊、1個8通道脈寬調制模塊、49個獨立數字I/0口（其中20個具有外部中斷及喚醒功能）、兼容CAN2.OA/B協議的5個CAN模塊以及一個內部IC總線模塊；片內擁有256 KB的Flash EEPROM，12KB的RAM及4KB的EEPROM，資源十分豐富。

    2.2 硬件電路總體框架

    電動助力轉向系統的硬件電路主要包括以下模塊：MC9S12DP256微控制器、電源電路、信號處理電路、直流電機功率驅動模塊、故障診斷模塊與顯示模塊、車速傳感器、扭矩傳感器、發動機點火信號、電流及電流傳感器等接人處理電路，另外還有電磁離合器等，EPS系統的硬件邏輯框架如圖2所示。

　　2.3 電機控制電路設計

    直流電動機是EPS系統的執行元件，電機的控制電路在系統設計中有著特殊的地位。在本系統中采用脈寬調制（PWM）控制H橋電路實施對直流電動機的控制，由4個功率MOSFET組成，如圖3所示。采用PWM伺服控制方式，MOSFET功率管的驅動電路簡單，工作頻率高，可工作在上百千赫的開關狀態下。系統采用4個International Reetifier公司生產的IRF3205型MOSFET功率管組成H橋路的4個臂。IRF3205具有8 mΩ導通電阻、功耗小、耐壓達55V、最大直流電流110A、滿足EPS系統對MOSFET功率管低壓（正常工作不超過15V）大電流（額定電流30 A）的要求。

    2.3.1 H橋上側橋臂MOSFET功率管驅動電路設計

    上側橋臂的MOSFET功率管驅動電路如圖4所示，其中Qa/Qb為上側橋臂的功率MOSFET a管或b管，vdble為倍壓電源電路提供的電源電壓。當MOSFET的控制信號a（b）為高電平時，Q1和Q2導通，電源通過Q2，D1以及R5與C1的并聯電路向Qa充電，直至Qa完全導通，Q3截止。當Qa導通時，忽略Qa的漏極和源極之間的電壓降，則Qa的源極電壓等于蓄電池電源電壓。此時，Qa的柵-源極電壓降VGS=（ Vdble-VCE-VF-Vbat），其中VCE為2N2907的集一射極飽和導通電壓，其典型值為0.4V，VF為D1的正向導通壓降，其典型值為0.34V，Vbat為蓄電池電壓。為保證器件可靠導通，降低器件的直流導通損耗，VGS不低于l0V。因此需設計高效的倍壓電源電路，以保證Vdble的值足夠大，滿足功率MOSFET的驅動要求。如果蓄電池電壓為12V時，Vdble≥12V＋0.34V＋0.4V＋10V=22.74V。