一种电力驱动系统陪试板的硬件设计

江可扬，彭　溪（武汉船用电力装置研究所，武汉 430064）



一种电力驱动系统陪试板的硬件设计

江可扬，彭溪
（武汉船用电力装置研究所，武汉 430064）

摘要：在电动汽车驱动系统中，现有的多数陪试板在接口、功能等方面不能满足测试要求。本文介绍了一种陪试板的设计方案。这种陪试板有多种通讯端口，设计有多路IO口，可提供温度，电压，电流等多种模拟量的测试，同时可以监控IGBT运行。本文介绍了陪试板的模块组成、接口设计，电路硬件设计等。此设计可为多种驱动板调试提供解决方案。

关键字：电力驱动模拟量测试RC正弦产生电路

0　引言

随着油价持续走高以及环境问题的严重，以电能为主要动力源的电动车日益成为人们的关注对象。电动车的驱动系统，其接口要求比较特殊，而且需要多种模拟量的输入等，一个典型的电力驱动系统的设计如图1。本文介绍了一种可以满足驱动系统测试要求的陪试板。

1　接口要求

电动车电力驱动系统具有丰富的接口资源，所以陪试板的接口设计也要满足要求，主要要求如下：

陪试板需提供多路模拟量信号：给驱动电路提供电压电流采样信号和电机温度信号等；

图1　典型电动车驱动系统

陪试板需提供多路光纤传输的PWM脉冲，同时，提供多路的光纤反馈通道，对各个功率器件的故障信号进行实时采集，通过硬件和软件的动作快速保护系统内部设备；

陪试板需提供多路IO输入输出通道，用于给驱动电路提供档位开关信号、油门深度、脚刹信号和紧急状态下的停机等模拟信号。

陪试板需提供多种通讯通道；RS485用于上传实时状态信息和故障状态到PLC，同时从PLC下载控制指令，CAN将控制指令和发送电机参数，将电机转速、电机电流、旋转方向传送至ECU，并接收其它ECU传递的信息，RS232与显示屏互联，为技术人员提供现场调试和状态观测界面。

陪试板需从驱动电路板接收IGBT的G，E两路，监控IGBT。

2　电路设计

2.1电源

电源板将外部输入的+24 VDC 经FKC15W、TEN 30、TPS75733等DC/DC芯片分别变换为各功能模块所需的+15 VD、-15 VD、+15 VA、-15 VA、+5 VD、3.3 VD、3.3VA电源。本设计采用以下方式提高电源的稳定性和质量

a）设计中采用滤波电容滤除线路上的差模干扰，采用传输线对地电容和共模扼流圈滤除线路上的共模干扰。

b）浪涌是一种上升速度快、持续时间短的尖峰脉冲，它会导致电子产品损坏，使电子产品中的半导体器件（包括二极管、晶体管、可控硅和集成电路等）被烧毁或击穿。本设计中采用混合型浪涌抑制结构，金属氧化物压敏电阻和瞬变电压抑制器（TVS管）混合使用。多级的金属氧化物压敏电阻可以提供大过流容量，提高浪涌电流的导通能力，Tvs管反应快并具钳位电压低的特性，可提供最低的平稳钳位电压。

2.2通讯

陪试板上DSP控制CAN通讯、RS485通讯电路，通过端子连接到驱动板，进行通讯端口调试。RS232与显示屏互联，方便现场调试。

图2　+24V电源输入电路

图3　通讯

2.3模拟采样信号

直流母线电压信号经考虑还是由高压源提供。因为如果由陪试板上产生会存在输出电压不稳定，高压产生电磁干扰等问题。

电流电压信号由RC正弦信号产生电路提供（图3），电路左侧为选频电路，接下来为放大电路，通过滑动变阻器可控制输出信号幅值，以满足不同测试要求。

图3　RC正弦信号产生电路

直流电压电流信号可由陪试板上提供的5V电源串联拨码开关直接控制提供。

温度信号，可根据不同的铂电阻温度传感器配置电阻，使用拨码开关选择接入电路电阻。也可以使用由CPLD控制的数字电位器，如AD5272来提供精准可变电阻。使用数字电位器可以使电阻变换更方便，精确，缺点是对CPLD引脚资源会大量占用。

2.4IO输入输出口

陪试板接收驱动电路的输出信号，连接LED灯，同时通过TLP293连接CPLD，LED灯可方便观察输出信号是否正常。陪试板发出信号则由CPLD和5V电源提供。

2.5IGBT

陪试将IGBT的栅极和发射极信号接入，串接电阻电容，然后滤波、放大输入CPLD方便监控。

2.6电流监控

图4　ACS764

使用ACS764芯片（图4），外电源进入调试板通过芯片，再输入进驱动系统，ACS764使用9 位I2C串行总线，量程为3A，用DSP提供时钟和数据读取。此芯片的使用可以方便监控驱动电路电流。

3　结论

该设计方案各调试端口功能明确，使用方便，在调试中可替代冗繁的测试设备。在今后的设计中会形成调试小机箱，携带方便，对现场调试等会提供极大的帮助。这个设计方案也弥补了现有测试板的空缺，会使调试进程更加顺利。

参考文献：

［1］康华光，电子技术基础［M］.高等教育出版社.

［2］张卫宁.TMS320C28x系列DSP的CPU与外设.清华大学出版社，2003.

［3］胡汉才.单片机原理及其接口技术［M］.北京：清华大学出版社，1995.

［4］王治国.一种电力推进变频器控制器的硬件设计.2014.9.

Hardware Design of test board for electric driving system

Jiang Keyang，Peng Xi
（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion，Wuhan 430064，China）

Abstract:Current test board of driving system in electrical vehicle can’t meet requirements in aspect of the and function.This paper introduces the design plan of a new test board.The test board has multiple communication interface and digital I/O pots，which can provide a variety of analog signal such as temperature，voltage and current.It can monitor IGBT.This paper introduces the module composition，interface design，the circuit hardware and so on.The design of test board provides solutions for many driving system board.

Keywords:electric driving； analog signal testament； RC sinusoidal signal generating circuit

中图分类号：TP31

文献标识码：A

文章编号：1003-4862（2016）06-0029-03

收稿日期：2015-12-23

作者简介：江可扬（1990-），男，助理工程师。研究方向：电力电子与电力传动。