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基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器硬件研制

作者:时间:2012-05-10来源:网络收藏
  2.3 VCU硬件电路设计

  是一个多输入、多输出、数模电路共存的复杂系统,其各个功能电路相对独立。因此,按照模块化思想设计了硬件系统的各个模块,主要包括:最小应用系统模块,电源模块,CAN通讯模块,串口通讯模块,数模输入输出模块。

基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器硬件研制

  2.3.1 电源模块

  的供电电源来自的镍氢蓄电池组,其标定电压+12V。汽车在运行过程中,镍氢蓄电池组的电压不稳定,波动非常大,高压时可达到+17V,低压时只有+9V。电源电压的不稳定将直接导致工作不正常。因此,在电源模块的设计过程中,采用了宽输入范围,高输出精度,大功率的DC/DC电源芯片。另外,由于整车控制器里所使用芯片的供电电压包括了+5V和+12V两种,所以设计时使用了两款DC/DC芯片:Infineon公司的TLE4270以及National Semiconductor 公司的LM2940S-12,其分别具有12V-12V和12V-5V的变压稳压作用,并具有短路、过压、过流及温度过载保护等功能。通过使用这两款芯片及其外围的一些辅助电路(主要是滤波电路),使得电源模块供电稳定可靠。

  2.3.2 CAN通讯模块

  由于MC9S12DP256片内集成了五路兼容CAN2.0A/B协议的CAN模块,所以整车控制器的CAN通信模块不需要添加片外的CAN 控制器,只需外加CAN收发器。所设计的CAN通讯模块采用了PHILIP公司的TJA1040收发器芯片。该芯片的波特率范围是60kbps~1Mbps,它具有一个温度保护电路,当与发送器连接点的温度超过大约165℃时,会断开与发送器的连接(当总线短路时,更需此温度保护电路)[2]。

  为了增强CAN总线节点的抗干扰能力,主芯片的CANTXD和CANRXD引脚并不是直接与TJA1040的TXD和RXD两引脚相连,而是通过高速光耦HCPL-0630后,与TJA1040相连。这样,当总线上有多个CAN节点时,可实现各CAN节点间的电气隔离。TJA1040与CAN总线的接口部分也采取了一定的安全和抗干扰措施:

  (1)TJA1040的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连,电阻可起到一定的限流作用,保护TJA1040免受过流的冲击。

  (2)CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容,可以滤除总线上的高频干扰,并且有一定的防电磁辐射能力。

  (3)在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管,当CAN总线有较高的负电压时,通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。

  2.3.3 数模输入输出模块

  在运行过程中,整车控制器经常要发出一些车辆的启动/停止、镍氢蓄电池组的闭合/断开等信号,即数字量的输出。为保证信号稳定可靠,整车控制器置有四路数字量输出,并且都大于50mA。设计时采用了继电器方式的开关量输出,该方式是目前最常用的一种输出方式。所采用的继电器芯片是Infineon公司的BTS824R,其特点如下[3]:

  (1)宽电压范围输入,兼容CMOS和TTL电平。

  (2)加强型电磁兼容设计。

  (3)自带短路保护,过载保护,ESD保护。

  (4)自带过温切断保护。

  整车控制器在发出开和关信号的同时,也在接收相应的数字信号。在主芯片MC9S12DP256和外面信号之间采用高速光耦HCPL-0630连接的方式实现电平转换以及信号隔离。



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