基于MC9S12DP256的燃料电池电动汽车整车控制器硬件研制

　　整车控制器是一个多输入、多输出、数模电路共存的复杂系统，其各个功能电路相对独立。因此，按照模块化思想设计了硬件系统的各个模块，主要包括：最小应用系统模块，电源模块，CAN通讯模块，串口通讯模块，数模输入输出模块。

　　2.3.1 电源模块

　　整车控制器的供电电源来自燃料电池电动汽车的镍氢蓄电池组，其标定电压+12V。汽车在运行过程中，镍氢蓄电池组的电压不稳定，波动非常大，高压时可达到+17V，低压时只有+9V。电源电压的不稳定将直接导致整车控制器工作不正常。因此，在电源模块的设计过程中，采用了宽输入范围，高输出精度，大功率的DC/DC电源芯片。另外，由于整车控制器里所使用芯片的供电电压包括了+5V和+12V两种，所以设计时使用了两款DC/DC芯片：Infineon公司的TLE4270以及National Semiconductor 公司的LM2940S-12，其分别具有12V-12V和12V-5V的变压稳压作用，并具有短路、过压、过流及温度过载保护等功能。通过使用这两款芯片及其外围的一些辅助电路(主要是滤波电路)，使得电源模块供电稳定可靠。

　　2.3.2 CAN通讯模块

　　由于MC9S12DP256片内集成了五路兼容CAN2.0A/B协议的CAN模块，所以整车控制器的CAN通信模块不需要添加片外的CAN 控制器，只需外加CAN收发器。所设计的CAN通讯模块采用了PHILIP公司的TJA1040收发器芯片。该芯片的波特率范围是60kbps～1Mbps，它具有一个温度保护电路，当与发送器连接点的温度超过大约165℃时，会断开与发送器的连接(当总线短路时，更需此温度保护电路)[2]。

　　为了增强CAN总线节点的抗干扰能力，主芯片的CANTXD和CANRXD引脚并不是直接与TJA1040的TXD和RXD两引脚相连，而是通过高速光耦HCPL-0630后，与TJA1040相连。这样，当总线上有多个CAN节点时，可实现各CAN节点间的电气隔离。TJA1040与CAN总线的接口部分也采取了一定的安全和抗干扰措施：

　　(1)TJA1040的CANH和CANL引脚各自通过一个5Ω的电阻与CAN总线相连，电阻可起到一定的限流作用，保护TJA1040免受过流的冲击。

　　(2)CANH和CANL与地之间并联了两个30pF的小电容，可以滤除总线上的高频干扰，并且有一定的防电磁辐射能力。

　　(3)在两根CAN总线接入端与地之间分别反接了一个保护二极管，当CAN总线有较高的负电压时，通过二极管的短路可起到一定的过压保护作用。

　　2.3.3 数模输入输出模块

　　在燃料电池电动汽车运行过程中，整车控制器经常要发出一些车辆的启动/停止、镍氢蓄电池组的闭合/断开等信号，即数字量的输出。为保证信号稳定可靠，整车控制器置有四路数字量输出，并且都大于50mA。设计时采用了继电器方式的开关量输出，该方式是目前最常用的一种输出方式。所采用的继电器芯片是Infineon公司的BTS824R，其特点如下[3]：

　　(1)宽电压范围输入，兼容CMOS和TTL电平。

　　(2)加强型电磁兼容设计。

　　(3)自带短路保护，过载保护，ESD保护。

　　(4)自带过温切断保护。

　　整车控制器在发出开和关信号的同时，也在接收相应的数字信号。在主芯片MC9S12DP256和外面信号之间采用高速光耦HCPL-0630连接的方式实现电平转换以及信号隔离。