zhca652-DRV3245-Q1-电动转向设计指南

所有商标均为各自所有者所有的财产。ZHCA652–2016年3月提交文档反馈DRV3245-Q1电动转向设计指南1版权所有©2016，TexasInstrumentsIncorporated应用报告ZHCA652–2016年3月DRV3245-Q1电动转向设计指南摘要本文件介绍了DRV3245-Q1电机驱动解决方案，并说明了如何将该装置在电动转向系统中进行设计，以充分利用其所有的诊断和保护功能。目录1介绍..................................................................................................................................................22电动转向系统(EPS)..........................................................................................................................22.1定义..........................................................................................................................................22.2失效模式...................................................................................................................................32.3系统架构...................................................................................................................................33如何使用DRV3245-Q1设计EPS系统...............................................................................................43.1DRV3245-Q1介绍....................................................................................................................43.2使用DRV3245-Q1的EPS系统的电路系统块图.........................................................................63.3DRV3245-Q1的保护功能.........................................................................................................73.4采用DRV3245-Q1来保护EPS系统的实现................................................................................73.5DRV3245-Q1保护功能介绍...................................................................................................103.6故障与警告操作模式...............................................................................................................18插图目录图1.系统架构..........................................................................................................................................4图2.电池电压vsVGS显示低电源电压栅极驱动器运行..........................................................................5图3.转换速率（VDS）控制，优化EMI和开关损耗的可调范围图示.......................................................5图4.使用DRV3245-Q1的EPS系统的电路系统块图..............................................................................6图5.采用DRV3245-Q1的EPS系统的方块图以及可能出现的系统级故障.............................................9图6.DRV3245-Q1的前置驱动器及一些FET保护模块..........................................................................10图7.VDS、门驱动器、逻辑输入和电机电流波形图................................................................................12图8.导通保护框图.................................................................................................................................13图9.防止极端条件下dV/dt导通事件.....................................................................................................14表格目录表1.利用DRV3245-Q1保护功能来检测EPS系统所存在危险的实现.....................................................8表2.不同故障与警告操作模式概要........................................................................................................19所有商标均为各自所有者所有的财产。ZHCA652–2016年3月提交文档反馈DRV3245-Q1电动转向设计指南2版权所有©2016，TexasInstrumentsIncorporated1介绍汽车市场在不断地成长与发展，在此过程中，它也在不断地为安全为主导因素的应用寻找可靠、紧凑型保护和诊断解决方案，例如电动转向(EPS)系统和电子制动系统(EBS)。电动转向系统和传动系统的市场分析显示，目前市场上对具备众多附加功能的新型电机驱动有着强烈的需求，例如强化的故障诊断和保护功能，该功能需要对系统运行进行持续性的监测。德州仪器的DRV3000产品系列包含有刷和无刷直流电机驱动器两种型号，性能要求独特，专门设计和开发用于支持汽车应用的开发。诊断和保护功能是DRV3000系列的标准特征，包括电源过压检测、电机电流感应放大器和电机过流检测，虽然在汽车应用中空间有限、运行条件严苛，例如高温、低电压启动-停止和冷启动，这些功能仍然可以充分地实现。该设计指南介绍了DRV3245-Q1电机驱动解决方案，并说明了如何将装置在EPS系统中进行设计，以充分利用所有的诊断和保护功能。本指南不构成半导体装置规范的组成部分。关于该装置更详细的功能和规范说明，请参考DRV3245-Q1数据表(SLVSD96)。为帮助用户实现功能性安全目标，请访问，或联系当地的TI代表获取安全模块和安全分析文件。2电动转向系统(EPS)本部分对电动转向系统(EPS)进行了介绍，它是最常用的汽车电机应用之一，还说明了如何使用DRV3245-Q1构建EPS系统。2.1定义在司机转动方向盘时，电动转向系统可以使用电机辅助车辆转向，替代了传统的机械和液压系统。EPS系统的优势包括，减少二氧化碳排放、更高的燃油效率、更快地操作速度以及强化的用户体验。EPS系统的主要组件包括转向柱、一个电子控制转向电机和一个电子传感和控制机构。司机在方向盘界面提供系统的输入信息。扭矩传感器负责检测方向盘的动作（方向、速度和角度），并将相关数据发送至微控制器。在对数据进行处理后，会向电机驱动发送一个信号，协助驾驶员进行转向操作。该电机由DRV3245-Q1装置驱动，它在接收到驾驶员指令后会生成电流辅助扭矩。所有商标均为各自所有者所有的财产。ZHCA652–2016年3月提交文档反馈DRV3245-Q1电动转向设计指南3版权所有©2016，TexasInstrumentsIncorporated2.2失效模式EPS系统失效会造成严重的潜在影响，例如扭矩控制失控和非计划电机扭矩。这些失效的定义如下：扭矩控制失控——在失效时，EPS系统将无法协助车辆转向，可能的原因包括电机线圈短路或开路，电机驱动损坏或微控制器失效。电机扭矩非计划性故障——在失效时，EPS系统会在未收到驾驶员指令的情况下自行转向，或实际执行的扭矩严重偏离驾驶员的指令。该失效的可能原因包括MCU欠压、数字逻辑错误或其他原因。这两种失效都会造成意外，因为驾驶员需要在很短的时间内对失效做出反应。此外，由于驾驶员在驾驶过程中在不断地使用方向盘，因此这些失效可能会在任何时间发生。基于这些原因，以及系统所有组件具备的高度复杂的保护、监测和诊断功能，需要对EPS系统以及其重要性给予高度的重视。需要密切监测和诊断的EPS系统的电子组件包括：控制EPS系统的电子控制装置生成辅助扭矩的电机监测电机相流的电流传感器为EPS系统组件供电的电源和蓄电池EPS系统和其他控制装置之间的通信界面读取输入信号（扭矩和角度）并将其发送给电机驱动的传感器2.3系统架构EPS系统的电子组件包括，一个微控制器，电源、电机驱动和操作电机的晶体管。此外，CAN或Flexray通信用于连接车辆中的控制单元。电机位置和速度通常由编码器或解析器控制。扭矩通过电机功率级的电压或电流反馈控制。在EPS系统中，监测和冗余均通过多种分立元件实现，如图1所示。系统中添加的二级MCU（次MCU）用于在主MCU失效时实施部分相关的安全任务。二级MCU同时还执行一些非安全类的关键任务，同时可选择性地用于主MCU和二级MCU之间的安全软件同步化。与此类似，系统中还添加了离散式把关器、I/O监测器和MCU监测器，执行独立的冗余监测。MCU通常在使用安全通信链接和驾驶员诊断软件编程，帮助系统检查通电情况。潜在故障检测也可以通过使用分立元件注入故障在系统中实施。这种类型的架构在汽车行业中非常普遍，因为它可以使用更为简单的组件构建，使用和采所有商标均为各自所有者所有的财产。ZHCA652–2016年3月提交文档反馈DRV3245-Q1电动转向设计指南4版权所有©2016，TexasInstrumentsIncorporated购都更加简便。DRV3245-Q1装置拥有高度集成的监测和诊断功能，可以减少设计中使用的组件数量，加快开发进度。本指南主要关注DRV3245-Q1装置