圖 1：控制環(huán)路信號鏈

    為獲得出色的實時控制性能，您必須優(yōu)化整個信號鏈，包括硬件和軟件。從 ADC 采樣（來自電機(jī)的輸入）到寫入 PWM（輸出以控制電機(jī)）所花費的時間是實時控制性能的基本衡量標(biāo)準(zhǔn)。從 ADC 采樣開始，逆變器系統(tǒng)需要準(zhǔn)確快速的采樣，即實現(xiàn)高采樣率、至少 12 位分辨率和低轉(zhuǎn)換時間。一旦可進(jìn)行采樣，它需要通過互連傳輸?shù)教幚砥鞑⒂商幚砥髯x取，并優(yōu)化的總線和內(nèi)存訪問架構(gòu)縮短延遲。在處理器中，內(nèi)核需要使用 FOC 算法根據(jù)電機(jī)的相電流、速度和位置計算下一個 PWM 步驟。

    為了更大限度地減少計算時間，內(nèi)核需要較高的時鐘速率并且必須高效地執(zhí)行特定數(shù)量的指令。此外，內(nèi)核需要執(zhí)行一系列指令類型，包括浮點、三角和整數(shù)數(shù)學(xué)指令。，內(nèi)核再次使用低延遲路徑將更新后的占空比寫入 PWM 發(fā)生器。在 PWM 輸出上應(yīng)用死區(qū)補(bǔ)償將防止在切換高側(cè)和低側(cè) FET 時發(fā)生短路，在硬件級別應(yīng)用以減少軟件開銷。

    TI MCU 的牽引逆變器控制環(huán)路延遲低至 2.5s，AM2634-Q1 的延遲小于 4s。這種級別的控制環(huán)路延遲將面向包括 SiC 架構(gòu)的未來設(shè)計，。

    由于牽引逆變器提供電力來控制電機(jī)，因此它們本質(zhì)上是功能安全型關(guān)鍵系統(tǒng)。由于 800V 系統(tǒng)有可能提供更高的功率、扭矩、速度（或三者兼而有之），因此牽引系統(tǒng)需要功能安全達(dá)到汽車安全完整性等級 (ASIL) D 級要求。功能安全系統(tǒng)的一個關(guān)鍵部分是 MCU，因為它需要智能地做出安全響應(yīng)系統(tǒng)故障的決策。因此，使用通過 ASIL D 的MCU是一個重要的安全元素。

    為了讓工程師更輕松地滿足特定于牽引逆變器的系統(tǒng)安全要求，TI MCU 提供了額外的功能。例如，相電流反饋表示有關(guān)電機(jī)扭矩的信息，這使得這些信號對安全至關(guān)重要。因此，許多工程師更喜歡對相電流進(jìn)行冗余采樣，這意味著 MCU 必須具有多個獨立的 ADC。

    工程師面臨的另一個挑戰(zhàn)是在出現(xiàn)故障時能夠快速將電機(jī)置于安全狀態(tài)，例如續(xù)流。在 AM2634-Q1 器件中，故障通用輸入（用于過流、過壓或高速故障）會進(jìn)入到創(chuàng)新的可編程實時單元 (PRU)。在 PRU 中執(zhí)行的固件可以正確評估和響應(yīng)故障類型并執(zhí)行所需的 PWM 保護(hù)序列，如圖 2 所示，然后根據(jù)需要直接將 PWM 置于安全狀態(tài)。這些操作發(fā)生在短短 105ns 內(nèi)。此外，由于固件是用戶可進(jìn)行編程的，因此工程師可以在必要時添加額外的自定義邏輯來滿足他們的應(yīng)用要求。