新能源汽車MCU常用參數(shù)及測試要領(lǐng)講解

微控制單元（Microcontroller Unit；MCU） ，又稱單片微型計算機(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）、計數(shù)器（Timer）、USB、A/D轉(zhuǎn)換、UART、PLC、DMA等周邊接口，甚至LCD驅(qū)動電路都整合在單一芯片上，形成芯片級的計算機(jī)，為不同的應(yīng)用場合做不同組合控制。MCU是新能源汽車特有的核心功率電子單元，通過接收VCU的車輛行駛控制指令，控制電動機(jī)輸出指定的扭矩和轉(zhuǎn)速，驅(qū)動車輛行駛。實現(xiàn)把動力電池的直流電能轉(zhuǎn)換為所需的高壓交流電、并驅(qū)動電機(jī)本體輸出機(jī)械能。同時，MCU具有電機(jī)系統(tǒng)故障診斷保護(hù)和存儲功能。MCU的設(shè)定參數(shù)較多，每個參數(shù)均有一定的選擇范圍，使用中常常遇到因個別參數(shù)設(shè)置不當(dāng)(參數(shù)設(shè)定通過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)或動態(tài)辨識。

2.最低運(yùn)行頻率：

即驅(qū)動電機(jī)運(yùn)行的最小轉(zhuǎn)速，驅(qū)動電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，其散熱性能很差（風(fēng)冷型），電機(jī)長時間運(yùn)行在低轉(zhuǎn)速下，會導(dǎo)致驅(qū)動電機(jī)燒毀。而且低速時，其電纜中的電流也會增大，也會導(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)動電機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn)，這對普通電機(jī)來說，其軸承不能長時間的超額定轉(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)動電機(jī)銘牌中直接得到。

6.跳頻：

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

7.加減速時間

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

加速時間設(shè)定要求：將加速電流限制在MCU過電流容量以下，不使過流失速而引起高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)；減速時間設(shè)定要點是：防止平滑電路電壓過大，不使再生過壓失速而使高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)。加減速時間可根據(jù)負(fù)載計算出來，但在調(diào)試中常采取按負(fù)載和經(jīng)驗先設(shè)定較長加減速時間，通過起、停驅(qū)動電機(jī)觀察有無過電流、過電壓報警；然后將加減速設(shè)定時間逐漸縮短，以運(yùn)轉(zhuǎn)中不發(fā)生報警為原則，重復(fù)操作幾次，便可確定出最佳加減速時間。

8.轉(zhuǎn)矩提升

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

9.電子熱過載保護(hù)

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

電子熱保護(hù)設(shè)定值 (%)=[ 電動機(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)定信號源出故障，而引起輸出頻率的過高或過低，以防損壞設(shè)備的一種保護(hù)功能。在應(yīng)用中按實際情況設(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，這樣就可使最高車速在一個固定、較低的工作速度上。

11.轉(zhuǎn)矩限制

可為驅(qū)動轉(zhuǎn)矩限制和制動轉(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)矩計算，其可對加減速和恒速運(yùn)行時的沖擊負(fù)載恢復(fù)特性有顯著改善。轉(zhuǎn)矩限制功能可實現(xiàn)自動加速和減速控制。假設(shè)加減速時間小于負(fù)載慣量時間時，也能保證驅(qū)動電機(jī)按照轉(zhuǎn)矩設(shè)定值自動加速和減速。

驅(qū)動轉(zhuǎn)矩功能提供了強(qiáng)大的起動轉(zhuǎn)矩，在穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)矩功能將控制電動機(jī)轉(zhuǎn)差，而將電動機(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，甚至在加速時間設(shè)定過短時，也不會引起高壓系統(tǒng)斷電保護(hù)。在加速時間設(shè)定過短時，電動機(jī)轉(zhuǎn)矩也不會超過最大設(shè)定值。驅(qū)動轉(zhuǎn)矩大對起動有利，以設(shè)置為 80 ～ 100% 較妥。

制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值越小，其制動力越大，適合急加減速的場合，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定數(shù)值設(shè)置過大會出現(xiàn)過壓報警現(xiàn)象。如制動轉(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)動電機(jī)在減速時，不使用制動電阻也能減速至停轉(zhuǎn)而不會過壓保護(hù)。但在有的負(fù)載上，如制動轉(zhuǎn)矩設(shè)定為 0% 時，減速時會出現(xiàn)短暫空轉(zhuǎn)現(xiàn)象，造成MCU反復(fù)起動，電流大幅度波動，嚴(yán)重時會使MCU報故障，應(yīng)引起注意。

測試要領(lǐng)總結(jié)

1．mcu工作電壓及電流

測試MCU工作電壓是否在工作電壓范圍，電壓過高會影響MCU的正常工作甚至燒壞，工作電壓過低會影響MCU的外圍電路驅(qū)動能力，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)格書測試靜態(tài)電流是否符合要求，一旦MCU有損壞的話，靜態(tài)電流就會變大，會增加產(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，需要檢測其正常工作時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影響產(chǎn)品的定時及延時，甚至不能正常工作。

產(chǎn)品的組合功能測試（MCU在線系統(tǒng)測試）

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

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

3．老化測試。測試長時間工作情況下,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)境下測試。

4、ESD和EFT等測試?？梢允褂酶鞣N干擾模擬器來測試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性。例如使用靜電模擬器測試單片機(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,由此測試抗電磁干擾能力等。

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