图1：运行于FOC模式的32位TriCore微控制器。

　　AUDO MAX产品系列的PWM生成方式

　　英飞凌的32位AUDO MAX系列微控制器内装一枚主内核（TriCore CPU，浅绿色）和一枚快速协处理器（被称为PCP，深绿色）。这种非对称架构能够利用PCP高效处理外围设备，而无需中断在TriCore CPU上运行主算法的处理进程。PCP负责处理关键的实时中断负荷，因此可减轻CPU的负担。

　　有两种方案可以生成驱动逆变器的PWM。GPTA可生成非常复杂的PWM模式，例如非对称死区时间生成或定制模式。外设模块CCU6是一个低端方案，可用于生成中心对齐和边缘对齐的PWM模式。相比GPTA而言，CCU6可以以较低的软件开销直接支持PWM信号生成，同时，无需配置多个定时器单元。

　　CCU6和GPTA这两个模块都具备触发功能，能够让PWM信号和A/D电流测量实现无延迟的等时同步（参见箭头“触发事件”）。作为一个附加的安全特性，每个GPTA模块都配有“紧急模式停止信号”，可用于设置安全开关。针对TriCore AUDO MAX微控制器系列的所有成员，提供了一个基于PRO-SIL的安全平台，它包含硬件（安全看门狗CIC61508）和软件（SafeTcore驱动程序），可满足ASIL认证的B级至D级要求。

　　通过模数转换器（ADC）测量电流

　　图1所给示例对电机的两个相电流进行了测量，并采用了一个模数转换器对其进行转换。基于逐次逼近寄存器（SAR），该模数转换器具备很高的精度（12位分辨率），并且转换时间小于1微秒。由两个已知的相电流可以计算出第三个相电流。针对更高的安全要求，建议对电机的第三个相电流进行额外的测量。针对这一应用，带有第三个模数转换模块的微控制器可供选择。

　　连接旋转变压器和编码器

　　旋转变压器将PMSM转子的角位移转换为一个电气值。一般情况下，可利用一个附加的正切函数电路从两个信号（正弦/余弦）导出转子的角度值。旋转变压器电路的信号输出至SPI总线，也可由微控制器直接读取旋转变压器的正弦和余弦信号。还有一种可选的方式是读取编码器信号，在运行于微控制器GPT12的编码器接口中对其进行调理，再反馈到控制算法。

　　AUTOSAR之外重复利用汽车电子软件

　　近年来，汽车电子软件和通信已通过OSEK、AUTOSAR、FlexRay等规范而标准化。除标准化软件成分以外，汽车电子系统还使用了可在多种应用中被重复利用的控制算法。如今，电机控制由分布在汽车车身、底盘和动力总成系统各处的电子控制单元（ECU）来完成。

　　MC-ISAR eMotor驱动程序提取了三相电机应用中电流控制的一般特性，设计用于支持多种位置信息采集模式和逆变器控制装置。

　　三相电机控制

　　英飞凌AUDO MAX系列非常适用于电机的控制。TriCore架构和MC-ISAR eMotor驱动程序可采用高级控制策略控制多台三相电机，包括无刷直流电机（BLDC）块交换（block commutation，BC）及永磁同步电机（PMSM）磁场定向控制（FOC）。

　　单一微控制器甚至还能同时支持BLDC和PMSM电机控制。相比于其他类型的电机而言，采用FOC控制的PMSM电机能效更高、磨损更小，并且可以实现精确控制和定位。特别是，这种电机支持线性转矩控制，为将其用于混合电动汽车动力总成系统奠定了基础。

　　图2显示了MC-ISAR eMotor驱动程序的电流控制环路，右侧为复杂设备驱动（CDD）。这个时间关键型电流控制环路在中断上下文中进行处理，处理时间不超过50微秒。左侧是附加的用于位置和转速控制的软件成分（SWC），由应用程序提供。

　　图2：电机控制中的电流控制环。

位置检测和电流检测模式

　　为符合精确定位的要求，MC-ISAR eMotor通过采用霍尔传感器外加增量编码器和旋转变压器，实现了典型高分辨率检测模式。此外，还可将无传感器FOC用于故障安全模式。对于成本敏感的应用，AUDO MAX系列支持直接旋转变压器模式，该模式通过软件和分立元器件实现，避免了配备外置旋转变压器IC的需要，这能使每个控制单元在成本上降低2美元左右。与此同时，MC-ISAR eMotor可以支持两相或直流母线电流测量模式（图3）。

　　图3：MC-ISAR eMotor操作模式。

　　MC-ISAR eMotor软件划分

　　此软件可划分为两个组成部分：不依赖于硬件和依赖于硬件的成分。不依赖于硬件的模块用于EmoControl、位置信息采集PA和FOC（图4）。因此，EmoControl是通过FOC控制方向和电流的主要模块。送入电机的电流决定了转矩。MC-ISAR eMotor驱动向应用程序反馈电机位置和转速信息。位置信息采集PA模块负责从旋转变压器和编码器信号中提取角度信息。具备Park-Clarke变换和空间矢量调制（SVM）的FOC，是通过检测给定电流和位置来设置新电流的主要部分。

　　图4：磁场定向控制（FOC）模块框图。

　　硬件相关的模块，包括重复使用的AUTOSAR MCAL驱动（ADC、SPI、DIO），或PWM信号生成（EmoPwm驱动CCU6）和编码器接口EmoIcu（通过GPT12读取编码信号）的专用模块。客户编写的位置和转速控制代码，可以按标准软件成分（SW-C）添加，就像AUTOSAR所提供的一样。

　　MC-ISAR eMotor安全考虑

　　为支持符合安全要求的应用，从一开始设计软件成分时就考虑安全要求非常重要。在ECU的开发阶段应明确应用的特定需求，并且，这些需求将随应用的不同而不同。此外，为支持安全应用，还应考虑现成电机驱动的某些安全因素。MC-ISAR eMotor采用符合ISO26262的软件开发流程开发而成，并可支持安全相关系统中的三相电流测量。

　　英飞凌eMotor主要优势概述

　　英飞凌AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驱动，可并行控制多达4台PMSM或BLDC电机，同时还能满足应用任务控制所需的性能。MC-ISAR eMotor和标准AUTOSAR MCAL驱动由同一配置工具整合，因此，用户可在同一界面中为AUTOSAR MCAL和MC-ISAR eMotor驱动配置微控制器资源，为无缝配置不同软件模块创造了条件。汽车ECU开发人员可专注于电机的应用相关控制，而无需改编电机的控制算法。为降低系统成本，AUDO MAX系列还支持直接旋转变压器模式，免除了加装旋转变压器IC的需要。AUDO MAX系列和MC-ISAR eMotor驱动被设计用于支持安全应用。

　　作者：Thomas Hafner

　　汽车微控制器软件营销经理

　　Günter A. Hank

　　32位汽车微控制器产品营销经理

　　英飞凌科技