新能源汽車(chē)MCU常用參數(shù)及測(cè)試要領(lǐng)講解

微控制單元（Microcontroller Unit；MCU） ，又稱單片微型計(jì)算機(jī)（Single Chip Microcomputer ）或者單片機(jī)，是把中央處理器（Central Process Unit；CPU）的頻率與規(guī)格做適當(dāng)縮減，并將內(nèi)存（memory）、計(jì)數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動(dòng)電路都整合在單一芯片上，形成芯片級(jí)的計(jì)算機(jī)，為不同的應(yīng)用場(chǎng)合做不同組合控制。MCU是新能源汽車(chē)特有的核心功率電子單元，通過(guò)接收VCU的車(chē)輛行駛控制指令，控制電動(dòng)機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)車(chē)輛行駛。實(shí)現(xiàn)把動(dòng)力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動(dòng)電機(jī)本體輸出機(jī)械能。同時(shí)，MCU具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲(chǔ)功能。MCU的設(shè)定參數(shù)較多，每個(gè)參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個(gè)別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)(參數(shù)設(shè)定通過(guò)CAN通訊或仿真器進(jìn)行設(shè)定），導(dǎo)致MCU不能正常工作的現(xiàn)象，因此，必須對(duì)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行正確的設(shè)定。

1.控制方式：

即速度控制、轉(zhuǎn)距控制、 PID 控制或其他方式。采取控制方式后，一般要根據(jù)控制精度進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)辨識(shí)。

2.最低運(yùn)行頻率：

即驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，驅(qū)動(dòng)電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí)，其散熱性能很差（風(fēng)冷型），電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電機(jī)燒毀。而且低速時(shí)，其電纜中的電流也會(huì)增大，也會(huì)導(dǎo)致電纜發(fā)熱。

3.最高運(yùn)行頻率：

一般的MCU最大頻率到 60Hz ，有的甚至到 400 Hz ，高頻率將使驅(qū)動(dòng)電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對(duì)普通電機(jī)來(lái)說(shuō)，其軸承不能長(zhǎng)時(shí)間的超額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行，電機(jī)的轉(zhuǎn)子是否能承受這樣的離心力。

4.載波頻率：

載波頻率設(shè)置的越高,其高次諧波分量越大，這和電纜的長(zhǎng)度，電機(jī)發(fā)熱，電纜發(fā)熱，IGBT發(fā)熱等因素是密切相關(guān)的。

5.電機(jī)參數(shù)：

MCU在參數(shù)中設(shè)定電機(jī)的功率、電流、電壓、轉(zhuǎn)速、最大頻率，這些參數(shù)可以從驅(qū)動(dòng)電機(jī)銘牌中直接得到。

6.跳頻：

在某個(gè)頻率點(diǎn)上，有可能會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，特別在整個(gè)裝置比較高時(shí)；在控制壓縮機(jī)時(shí)，要避免壓縮機(jī)的喘振點(diǎn)(空調(diào)壓縮機(jī)）。

7.加減速時(shí)間

加速時(shí)間就是輸出頻率從 0 上升到最大頻率所需時(shí)間，減速時(shí)間是指從最大頻率下降到 0 所需時(shí)間。通常用頻率設(shè)定信號(hào)上升、下降來(lái)確定加減速時(shí)間。在驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速時(shí)須限制頻率設(shè)定的上升率以防止過(guò)電流，減速時(shí)則限制下降率以防止過(guò)電壓。

加速時(shí)間設(shè)定要求：將加速電流限制在MCU過(guò)電流容量以下，不使過(guò)流失速而引起高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)；減速時(shí)間設(shè)定要點(diǎn)是：防止平滑電路電壓過(guò)大，不使再生過(guò)壓失速而使高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)。加減速時(shí)間可根據(jù)負(fù)載計(jì)算出來(lái)，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗(yàn)先設(shè)定較長(zhǎng)加減速時(shí)間，通過(guò)起、停驅(qū)動(dòng)電機(jī)觀察有無(wú)過(guò)電流、過(guò)電壓報(bào)警；然后將加減速設(shè)定時(shí)間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報(bào)警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時(shí)間。

8.轉(zhuǎn)矩提升

又叫轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償，是為補(bǔ)償因電動(dòng)機(jī)定子繞組電阻所引起的低速時(shí)轉(zhuǎn)矩降低，而把低頻率范圍 f/V 增大的方法。設(shè)定為自動(dòng)時(shí)，可使加速時(shí)的電壓自動(dòng)提升以補(bǔ)償起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使驅(qū)動(dòng)電機(jī)加速順利進(jìn)行。根據(jù)負(fù)載特性，尤其是負(fù)載的起動(dòng)特性，通過(guò)試驗(yàn)可選出較佳曲線。對(duì)于變轉(zhuǎn)矩負(fù)載，如選擇不當(dāng)會(huì)出現(xiàn)低速時(shí)的輸出電壓過(guò)高，而浪費(fèi)電能的現(xiàn)象，甚至還會(huì)出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶負(fù)載起動(dòng)時(shí)電流大，而轉(zhuǎn)速上不去的現(xiàn)象。

9.電子熱過(guò)載保護(hù)

本功能為保護(hù)電動(dòng)機(jī)過(guò)熱而設(shè)置，它是MCU內(nèi) CPU 根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)電流值和頻率計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的溫升，從而進(jìn)行過(guò)熱保護(hù)。本功能只適用于 “ 一拖一 ” 場(chǎng)合。

電子熱保護(hù)設(shè)定值 (%)=[ 電動(dòng)機(jī)額定電流 (A)/ MCU額定輸出電流 (A)]×100% 。

10.頻率限制

即MCU輸出頻率的上、下限幅值。頻率限制是為防止誤操作或外接頻率設(shè)定信號(hào)源出故障，而引起輸出頻率的過(guò)高或過(guò)低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實(shí)際情況設(shè)定即可。此功能還可作限速使用，將MCU上限頻率設(shè)定為某一頻率值，這樣就可使最高車(chē)速在一個(gè)固定、較低的工作速度上。

11.轉(zhuǎn)矩限制

可為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制和制動(dòng)轉(zhuǎn)矩限制兩種。它是根據(jù)MCU輸出電壓和電流值，經(jīng)CPU進(jìn)行轉(zhuǎn)矩計(jì)算，其可對(duì)加減速和恒速運(yùn)行時(shí)的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加速和減速控制。假設(shè)加減速時(shí)間小于負(fù)載慣量時(shí)間時(shí)，也能保證驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動(dòng)加速和減速。

驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩限制在最大設(shè)定值內(nèi)，當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大時(shí)，甚至在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí)，也不會(huì)引起高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)。在加速時(shí)間設(shè)定過(guò)短時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會(huì)超過(guò)最大設(shè)定值。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩大對(duì)起動(dòng)有利，以設(shè)置為 80 ～ 100% 較妥。

制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動(dòng)力越大，適合急加減速的場(chǎng)合，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過(guò)大會(huì)出現(xiàn)過(guò)壓報(bào)警現(xiàn)象。如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為 0% ，可使加到主電容器的再生總量接近于 0 ，從而使驅(qū)動(dòng)電機(jī)在減速時(shí)，不使用制動(dòng)電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會(huì)過(guò)壓保護(hù)。但在有的負(fù)載上，如制動(dòng)轉(zhuǎn)矩設(shè)定為 0% 時(shí)，減速時(shí)會(huì)出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成MCU反復(fù)起動(dòng)，電流大幅度波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使MCU報(bào)故障，應(yīng)引起注意。

測(cè)試要領(lǐng)總結(jié)

1．mcu工作電壓及電流

測(cè)試MCU工作電壓是否在工作電壓范圍，電壓過(guò)高會(huì)影響MCU的正常工作甚至燒壞，工作電壓過(guò)低會(huì)影響MCU的外圍電路驅(qū)動(dòng)能力，甚至導(dǎo)致外圍電路不能正常工作。

2． mcu靜態(tài)電流

靜態(tài)電流是衡量MCU性能的主要參數(shù)之一，靜態(tài)電流越小越好，根據(jù)MCU規(guī)格書(shū)測(cè)試靜態(tài)電流是否符合要求，一旦MCU有損壞的話，靜態(tài)電流就會(huì)變大，會(huì)增加產(chǎn)品的靜耗，致使產(chǎn)品整體功耗增加。

3．mcu的振蕩頻率

如MCU為外接晶振型的，需要檢測(cè)其正常工作時(shí)MCU的晶振輸入腳的振蕩頻率是否正確，如果晶振振蕩頻率不符合要求則會(huì)影響產(chǎn)品的定時(shí)及延時(shí)，甚至不能正常工作。

產(chǎn)品的組合功能測(cè)試（MCU在線系統(tǒng)測(cè)試）

1．測(cè)試單片機(jī)軟件功能的完善性。這是針對(duì)所有單片機(jī)系統(tǒng)功能的測(cè)試,測(cè)試軟件是否寫(xiě)的正確完整。

2．上電、掉電測(cè)試。在使用中用戶必然會(huì)遇到上電和掉電的情況,可以進(jìn)行多次開(kāi)關(guān)電源,測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

3．老化測(cè)試。測(cè)試長(zhǎng)時(shí)間工作情況下,單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。必要的話可以放置在高溫,高壓以及強(qiáng)電磁干擾的環(huán)境下測(cè)試。

4、ESD和EFT等測(cè)試。可以使用各種干擾模擬器來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的抗靜電ESD能力;使用突波雜訊模擬器進(jìn)行快速脈沖抗干擾EFT測(cè)試等等。

還可以模擬人為使用中,可能發(fā)生的破壞情況。例如用人體或者衣服織物故意摩擦單片機(jī)系統(tǒng)的接觸端口,由此測(cè)試抗靜電的能力。用大功率電鉆靠近單片機(jī)系統(tǒng)工作,由此測(cè)試抗電磁干擾能力等。

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