專利名稱：基于dsp的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種電動(dòng)汽車充電技術(shù)，特別涉及一種基于DSP的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)?！?br> 背景技術(shù)：
隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，“零排放、零污染”的電動(dòng)汽車受到世界各國廣泛重視，適用于電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池取得了飛速發(fā)展，因此，對(duì)電動(dòng)汽車專用充電電源也提出了更高的要求。目前，電動(dòng)汽車充電電源主要通過(脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation,簡稱PWM)開關(guān)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)電流電壓控制，電動(dòng)汽車的材料、結(jié)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)及控制等技術(shù)已經(jīng)取得了很大的發(fā)展，但是電池能量存儲(chǔ)技術(shù)、快速充電技術(shù)制約著電動(dòng)汽車發(fā)展和普及，因此，研發(fā)高性能電池和適用于電動(dòng)汽車專用充電電源系統(tǒng)，解決車載電池快速、安全充電勢(shì)在必行。隨著數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor,簡稱DSP)控制技術(shù)的日益完善，運(yùn)用DSP數(shù)字化控制技術(shù)對(duì)電動(dòng)汽車充電電源進(jìn)行數(shù)字化控制研究，開發(fā)出電動(dòng)汽車專用充電設(shè)備，對(duì)電動(dòng)汽車的發(fā)展和普及具有十分重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。美國、日本、法國和德國等國在充電技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得飛速發(fā)展。在一些西方國家，電動(dòng)汽車已經(jīng)普及，電動(dòng)汽車充電技術(shù)已經(jīng)比較成熟，汽車充電站遍布城市，但是充電技術(shù)還有許多技術(shù)難題有待解決。上世紀(jì)50年代，美國就已經(jīng)研制了 6 24V鉛酸蓄電池金屬整流器型充電機(jī)。除此之外，英國聯(lián)營公司研發(fā)了總能量充電控制技術(shù)，有效地解決了采用磨擦式充電系統(tǒng)和電暈式充電系統(tǒng)所帶來的種種問題，最大程度上減少了粉粒充電時(shí)所需的能量，為電動(dòng)汽車充電技術(shù)向前發(fā)展邁出了重大一步。除此之外，國外許多大公司利用計(jì)算機(jī)控制、人工智能等先進(jìn)科學(xué)技術(shù)，已經(jīng)成功研發(fā)了功能齊全、易于控制的大型智能充電設(shè)備，并設(shè)有充電保護(hù)和故障報(bào)警功能，具有很好的安全性和實(shí)用性。我國在“十五”規(guī)劃中已經(jīng)把對(duì)電動(dòng)車的研究列為國家高科技攻關(guān)項(xiàng)目和國家“863”科技攻關(guān)項(xiàng)目。經(jīng)過幾十年的研究，電動(dòng)汽車制造技術(shù)己經(jīng)趨于成熟，但在提高動(dòng)力電池性能和突破充電技術(shù)瓶頸之前，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)車的普及還需要相當(dāng)長的一段時(shí)間。盡管充電機(jī)系統(tǒng)控制技術(shù)取得了一定的成就，但距離滿足電動(dòng)車市場(chǎng)化的充電要求還有很長的一段路要走。目前電動(dòng)汽車充電電源，主要是采用高頻電力電子開關(guān)取代可控硅，提高開關(guān)速度和充電效率，減小變壓器和濾波器的體積，節(jié)省原材料。但隨著開關(guān)頻率的提高及開關(guān)周期的縮短，在傳統(tǒng)PWM控制方式下開關(guān)器件工作在硬開關(guān)狀態(tài)，每次開關(guān)管同步導(dǎo)通留下的死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生的電流和電壓疊加損耗，開關(guān)損耗的存在限制了變換器功率密度的提高，嚴(yán)重抑制了開關(guān)頻率的提高，給快速穩(wěn)定充電、保證電動(dòng)汽車的電能驅(qū)動(dòng)力造成極大的障礙，限制了變換器的小型化和輕量化。同時(shí)，開關(guān)管工作在硬開關(guān)狀態(tài)時(shí)，功率器件所受的開關(guān)應(yīng)力大，還會(huì)引起很高的di/dt和du/dt，從而產(chǎn)生大的電磁干擾，帶來電磁環(huán)境污染，現(xiàn)有的電動(dòng)汽車充電技術(shù)主要具有以下的缺陷(I)用于中、大功率充電時(shí),性能差、充電系統(tǒng)不穩(wěn)定,輸出功率小,充電效率低。(2)響應(yīng)速度慢，易產(chǎn)生電磁環(huán)境污染。[0006]( 3 )控制精度低，可靠性低，體積大、重量重。例如，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?01020174910. 9，名稱為“一種電動(dòng)汽車充電器”，該
申請(qǐng)案雖然采用了功率因數(shù)校正電路、IGBT橋式逆變電路，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)字化高效精準(zhǔn)控制，限制了變換器的小型化和輕量化，因而存在上述缺陷。再如，“新型智能電動(dòng)汽車充電器的設(shè)計(jì)”(夏政偉，張偉民.充電器，20012. 02)是以STC12C5A60S2單片機(jī)為控制核心，該單片機(jī)控制核心比DSP響應(yīng)速度慢；Buck-Boost電路拓?fù)?，用于中、大功率電池充電時(shí)，效率低，不穩(wěn)定，性能差，故亦存在上述缺陷。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種基于DSP的高頻軟開關(guān)控制方式的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的零電壓狀態(tài)開關(guān)，開關(guān)功率損耗小，開關(guān)頻率高，有效抑制電磁干擾的產(chǎn)生，使充電快速穩(wěn)定；解決現(xiàn)有技術(shù)因?yàn)殚_關(guān)管導(dǎo)通留下死區(qū)時(shí)間產(chǎn)生電流電壓疊加損耗，嚴(yán)重抑制開關(guān)頻率的提高，影響快速穩(wěn)定充電的問題。本實(shí)用新型的目的通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一種基于DSP的高頻軟開關(guān)控制方式的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng)，包括工頻交流輸入電網(wǎng)、主電路、電動(dòng)汽車電池負(fù)載和控制電路。所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊相連接組成；所述控制電路包括故障保護(hù)模塊、電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊、DSP數(shù)字化控制模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接組成，所述DSP數(shù)字化控制模塊通過A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的電流和電壓信號(hào)送到DSP中，DSP通過PI算法對(duì)電源主電路的電流和電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，產(chǎn)生需要的移相PWM波形，經(jīng)高頻驅(qū)動(dòng)模塊控制功率器件MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，以達(dá)到控制電流和電壓的目的，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制；所述故障保護(hù)模塊通過檢測(cè)電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)的電流和電壓，以及溫度是否在正常范圍內(nèi)，反饋信號(hào)給DSP數(shù)字化控制模塊；所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，高頻驅(qū)動(dòng)模塊通過控制功率器件MOSFET開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間驅(qū)動(dòng)高頻逆變模塊；所述電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊的另一端與電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連接，電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊采集系統(tǒng)電流和電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)DSP計(jì)算調(diào)節(jié)PWM信號(hào)移相角以控制系統(tǒng)的電流和電壓。所述輸入整流濾波模塊與工頻交流輸入電網(wǎng)相連接，所述輸出整流濾波模塊作為充電電源的輸出，與待充電的電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連。所述控制電路的故障保護(hù)模塊的另一端與單相工頻交流輸入電網(wǎng)相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊的另一端與電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連接。所述DSP嵌入式處理器分別與電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊、故障保護(hù)模塊和高頻驅(qū)動(dòng)模塊相連接。所述DSP數(shù)字化控制模塊由數(shù)字信號(hào)處理器組成，通過數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)對(duì)主電路的控制。所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，用于調(diào)節(jié)主電路電流和電壓的輸出。所述數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈寬調(diào)制單元，所述脈寬調(diào)制單元以全軟件方式分別產(chǎn)生四路固定占空比的PWM信號(hào)，用于主電路的移相調(diào)制。所述故障保護(hù)模塊包括相互連接的過壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路、過流檢測(cè)電路、過溫檢測(cè)電路和與門電路。所述高頻逆變模塊包括逆變橋開關(guān)管組，所述逆變橋開關(guān)管組包括VI、V2、V3和V4四個(gè)開關(guān)管。所述的高頻驅(qū)動(dòng)模塊主要由脈沖驅(qū)動(dòng)變壓器、MOSFET式圖騰柱推動(dòng)結(jié)構(gòu)相互連接組成。本實(shí)用新型的工作原理本實(shí)用新型采用了電壓型全橋移相軟開關(guān)主電路，包括DSP數(shù)字化控制的電流反饋電路、電壓反饋電路、MOSFET管驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路，通過數(shù)字PI控制算法，以實(shí)現(xiàn)充電電源的電流和電壓控制。單相工頻交流電經(jīng)過輸入整流濾波模塊整流為平滑直流電后，再通過高頻逆變模塊，然后通過功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊流入待充電的電動(dòng)汽車電池(鋰離子動(dòng)力電池);與此同時(shí)，DSP數(shù)字化控制模塊根據(jù)電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊檢測(cè)到電動(dòng)汽車電池負(fù)載的電流和電壓信號(hào)，把檢測(cè)到的信號(hào)與給定的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行比較，經(jīng)過DSP數(shù)字化控制模塊的PI控制算法運(yùn)算后，發(fā)給DSP數(shù)字化控制模塊內(nèi)嵌事件管理器的脈寬調(diào)制單元一個(gè)信號(hào)，脈寬調(diào)制單元于是產(chǎn)生四路移相PWM信號(hào)，這四路移相PWM信號(hào)通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊放大去控制高頻逆變模塊MOSFET開關(guān)管的開通和關(guān)斷，從而得到高頻高壓電，此高頻高壓電再經(jīng)過功率變壓模塊轉(zhuǎn)換成所需的電流電壓；過壓、欠壓、過流和過溫保護(hù)電路檢測(cè)單相工頻電壓、初級(jí)電流和散熱器溫度，把檢測(cè)到的電壓、電流和溫度信號(hào)送給故障保護(hù)模塊，如出現(xiàn)過壓、欠壓、過流和過溫的現(xiàn)象，故障保護(hù)模塊將送給DSP —個(gè)低電平故障保護(hù)信號(hào)，DSP產(chǎn)生低電平PWM通過高頻驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)斷高頻逆變模塊的開關(guān)管，以保護(hù)主電路。本實(shí)用新型相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有如下的優(yōu)點(diǎn)和效果(I)輸出功率大,體積小,重量輕；本實(shí)用新型采用大功率全橋變換器來獲得大功率的輸出，從而使功率密度大，輸出功率大，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車充電器的DSP數(shù)字化高效高速控制，實(shí)現(xiàn)了大功率充電的充電系統(tǒng)體積小，重量輕。(2)充電效率高；本實(shí)用新型采用穩(wěn)定可靠的PWM軟開關(guān)技術(shù)極大提高電能轉(zhuǎn)換效率，充電效率高；采用智能化充電技術(shù)實(shí)時(shí)調(diào)整充電曲線，達(dá)到最佳充電效果。(3)系統(tǒng)穩(wěn)定，響應(yīng)速度快，控制精度高，性能好，可靠性高；該系統(tǒng)以數(shù)字信號(hào)處理器DSP為核心，將數(shù)字化控制技術(shù)應(yīng)用到全橋逆變系統(tǒng)中，通過軟件編程，使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠的大功率輸出，此外，本實(shí)用新型還采用了電流電壓反饋的數(shù)字化控制技術(shù)，采用了 DSP技術(shù)和開關(guān)電源充電，使系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性優(yōu)良、控制精度高，系統(tǒng)穩(wěn)定，充電時(shí)安全性高，可靠性高。

圖I是本實(shí)用新型的整體結(jié)構(gòu)框圖。圖2是本實(shí)用新型的主電路的電路原理圖。圖3是本實(shí)用新型的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖。圖4是本實(shí)用新型的電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊的電路原理圖。圖5是本實(shí)用新型的故障保護(hù)模塊的電路原理圖。
5[0029]圖6是本實(shí)用新型的DSP數(shù)字化控制模塊的結(jié)構(gòu)框圖。圖7是本實(shí)用新型的DSP數(shù)字化控制模塊的電路原理圖。圖8是本實(shí)用新型的DSP數(shù)字化控制模塊的軟件控制流程圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例如圖I所不,一種基于DSP的電動(dòng)汽車直流充電電源系統(tǒng),包括交流輸入電網(wǎng)、主電路、電動(dòng)汽車電池負(fù)載和控制電路，所述控制電路包括DSP數(shù)字化控制模塊107，包括一端均與DSP數(shù)字化控制模塊107相連接的故障保護(hù)模塊106、高頻驅(qū)動(dòng)模塊108和電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊105，所述故障保護(hù)模塊106的另一端與工頻交流輸入電網(wǎng)相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊108的另一端與高頻逆變模塊102相連接，所述電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊105的另一端與電動(dòng)汽車電池相連接；所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊101、高頻逆變模塊102、功率變壓模塊103和輸出整流濾波模塊104，所述輸入整流濾波模塊101與工頻交流輸入電網(wǎng)相連接，所述輸出整流濾波模塊104與電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連接。DSP數(shù)字化控制模塊107由數(shù)字信號(hào)處理器及其外圍電路組成，所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，調(diào)節(jié)主電路的電流和電壓輸出。所述故障保護(hù)模塊106分別為檢測(cè)工頻交流輸入電壓，是電壓檢測(cè)裝置；檢測(cè)過溫信號(hào)，是溫度繼電器；檢測(cè)初級(jí)過流信號(hào)，是霍爾電流傳感器；所述電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊105為電流電壓傳感器，與電動(dòng)汽車電池相連接，所述DSP數(shù)字化控制模塊107通過A/D轉(zhuǎn)換，將采集到的電流和電壓信號(hào)送到DSP中，DSP通過PI算法對(duì)電源主電路的電流和電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，產(chǎn)生需要的移相PWM波形，經(jīng)高頻驅(qū)動(dòng)模塊控制功率器件MOSFET開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，以達(dá)到控制電流和電壓的目的，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制；所述故障保護(hù)模塊通過檢測(cè)電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)的電流和電壓，以及溫度是否在正常范圍內(nèi)，反饋信號(hào)給DSP數(shù)字化控制模塊107 ;所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊108的另一端與高頻逆變模塊102相連接，高頻驅(qū)動(dòng)模塊108通過控制功率器件MOSFET開關(guān)管的開關(guān)時(shí)間驅(qū)動(dòng)高頻逆變模塊102 ;所述電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊的另一端與電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連接，電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊采集系統(tǒng)電流和電壓信號(hào)通過A/D轉(zhuǎn)換經(jīng)DSP計(jì)算調(diào)節(jié)PWM信號(hào)移相角以控制系統(tǒng)的電流和電壓。如圖2所示，主電路采用電壓型全橋移相軟開關(guān)變換器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)由輸入整流電路、儲(chǔ)能電感、全橋逆變電路、高頻隔離變壓器、輸出整流電路和LC濾波電路組成，其中Vl-A和Vl-B為輸入整流二極管，Vl V4為4個(gè)MOSFET開關(guān)管，每個(gè)開關(guān)管上帶有寄生二極管和寄生電容，L5是諧振電感，V14 V17為輸出整流二極管，電感L6、電容組成輸出濾波電路。Vl和V3組成的橋臂為超前橋臂，V2和V4組成的橋臂為滯后橋臂，每個(gè)橋臂的2個(gè)功率管成180°互補(bǔ)導(dǎo)通，兩個(gè)橋臂之間的導(dǎo)通角相差一個(gè)相位，即移相角，通過調(diào)節(jié)該移相角就可以調(diào)節(jié)輸出電流和電壓。高頻變換器回路中主功率開關(guān)管的寄生電容和隔離變壓器的寄生電感、漏感以及諧振電感等構(gòu)成了一個(gè)LC諧振回路，在功率開關(guān)器件開關(guān)過程中實(shí)現(xiàn)零電壓諧振換流，使其工作在軟開關(guān)狀態(tài)，開關(guān)損耗低，器件的電磁應(yīng)力大幅減少。圖3是本實(shí)用新型中的高頻驅(qū)動(dòng)模塊的電路原理圖。驅(qū)動(dòng)電路原邊采用了高速M(fèi)OSFET Nlb Mb組成的圖騰柱式推動(dòng)結(jié)構(gòu)，能對(duì)DSP控制系統(tǒng)發(fā)送過來的驅(qū)動(dòng)脈沖PWMl PWM4實(shí)現(xiàn)快速切換并加大驅(qū)動(dòng)功率。驅(qū)動(dòng)電路副邊采用了穩(wěn)壓管D9b DlOb、D16b D17b、D23b D24b、D30b D31b對(duì)驅(qū)動(dòng)脈沖進(jìn)行穩(wěn)壓鉗位，以保證經(jīng)過驅(qū)動(dòng)變壓器Tlb和T2b轉(zhuǎn)換得到的驅(qū)動(dòng)脈沖幅值過高損壞變換器原邊變換電路高壓MOSFET管Vl V4 ；電容C7b ClOb對(duì)高壓MOSFET管Vl V4進(jìn)行加速驅(qū)動(dòng)，以盡量消除開通時(shí)刻MOSFET米勒效應(yīng)帶來的開通延時(shí)不利影響；D13b與Vlb、D20b與V2b、D27b與V3b、D34b與V4b組成的快速放電回路能在驅(qū)動(dòng)脈沖關(guān)斷時(shí)間加速脈沖后沿關(guān)斷，消除關(guān)斷時(shí)刻MOSFET米勒效應(yīng)引起的二次導(dǎo)通。圖4是本實(shí)用新型的變換器輸出電流電壓采樣的電路原理圖。電壓采樣電路采用非隔離電阻R1、R2分壓采樣，并且引進(jìn)了一個(gè)由R3、C2組成的閉環(huán)零點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)，增加了動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，經(jīng)過分壓后得到的小于或等于3. 3V的直流信號(hào)經(jīng)過3. 3V的穩(wěn)壓管Dl鉗位后輸入到DSP控制芯片的ADCINO 口，再通過相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。電流采樣電路利用串聯(lián)在變換器的輸出母線上串聯(lián)分流器F2對(duì)輸出電流進(jìn)行電流信號(hào)采樣，分流器上得到的微弱信號(hào)經(jīng)過差分放大器Ul后得到較為干凈、平滑的直流信號(hào)，然后再對(duì)其直流信號(hào)進(jìn)行分壓濾波后再經(jīng)過3. 3V的穩(wěn)壓管D2鉗位后輸入到DSP控制芯片的ADCINl 口，再通過相應(yīng)軟件實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換。上述環(huán)節(jié)構(gòu)成的反饋閉環(huán)控制電路，就可以實(shí)現(xiàn)變換器電流和電壓的控制。如圖5所示，過壓和欠壓保護(hù)檢測(cè)電路將工頻電壓經(jīng)工頻變壓器降壓后，用橋式整流電路整流成直流電壓信號(hào)后供給電阻分壓電路，分別調(diào)節(jié)橋式電路電阻R39、R26和R38、R24的大小，就可以改變電網(wǎng)過壓和欠壓的閥值，即可起到過壓和欠壓保護(hù)作用。過溫保護(hù)檢測(cè)電路通過檢測(cè)散熱器上的溫度繼電器的斷開來實(shí)現(xiàn)過溫保護(hù)，得到CNl的①②斷開信號(hào)輸入比較器U6A的反相輸入端，U6A作為比較器進(jìn)行電壓比較，其同相端為給定參考電壓，當(dāng)散熱器的溫度低于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器閉合，比較器U6A反相輸入端為低電平，比較器U6A輸出高電平；當(dāng)散熱器的溫度高于溫度繼電器閥值溫度時(shí)，溫度繼電器斷開，比較器U6A反相輸入端為高電平，比較器U6A輸出低電平，此信號(hào)可引起DSP數(shù)字化控制模塊的故障保護(hù)中斷。初級(jí)過流保護(hù)檢測(cè)電路檢測(cè)初級(jí)電流信號(hào)經(jīng)濾波后給比較器U6B的反相輸入端，U6B作為比較器，其同相輸入端為給定參考電流，當(dāng)檢測(cè)到的初級(jí)電流大于給定參考電流時(shí)，比較器U6B輸出低電平，此信號(hào)可引起DSP數(shù)字化控制模塊107的故障保護(hù)中斷。與門U13的輸出經(jīng)光耦U14后與DSP數(shù)字化控制模塊107的故障保護(hù)檢測(cè)引腳TOP INTA相連接，當(dāng)與門U13輸出端輸出過壓、欠壓、過溫和過流檢測(cè)信號(hào)出現(xiàn)欠壓、過壓、過溫和過流故障時(shí)，與門輸出低電平，經(jīng)U14光耦后輸出低電平，作為數(shù)字信號(hào)處理器的故障保護(hù)中斷的觸發(fā)信號(hào)輸入數(shù)字信號(hào)處理器的Η)ΡΙΝΤΑ引腳，進(jìn)入故障保護(hù)中斷服務(wù)子程序，實(shí)現(xiàn)故障保護(hù)。如圖6所述，選用了 TMS320LF2407A作為DSP數(shù)字化控制模塊107的控制芯片，其基本結(jié)構(gòu)包括PWM信號(hào)輸出模塊、RS232/485與CAN 2. OB通信模塊、人機(jī)界面模塊IXD接口、存儲(chǔ)模塊RAM與Flash、數(shù)字I/O 口、A/D模擬輸入。A/D采樣進(jìn)來的模擬信號(hào)送到DSP數(shù)字化控制模塊107的A/D轉(zhuǎn)換通道，DSP數(shù)字化控制模塊107通過軟件算法實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，輸出四路移相PWM信號(hào)經(jīng)過高頻驅(qū)動(dòng)模塊108隔離放大后對(duì)主電路進(jìn)行移相調(diào)制，采用了定時(shí)器周期中斷和下溢中斷，在定時(shí)器周期中斷觸發(fā)后，周期中斷服務(wù)程序里將原來的增計(jì)數(shù)的比較匹配值更改為減計(jì)數(shù)需要的匹配值，在下溢中斷觸發(fā)的時(shí)候，在下溢中斷服務(wù)程序里將原來的減計(jì)數(shù)的比較匹配值更改為下一周期增計(jì)數(shù)需要的比較匹配值，實(shí)現(xiàn)全橋移相軟開關(guān)的驅(qū)動(dòng)。如圖7所示，DSP數(shù)字化控制模塊107包括電源轉(zhuǎn)換器TPS7333Q、系統(tǒng)控制芯片TMS320LF2407A、30MHz 有源晶振、存儲(chǔ)芯片 IS61LV12816、RS232 總線驅(qū)動(dòng)器 MAX232ACPE 和CAN總線驅(qū)動(dòng)器PCA82C250。其中，電源轉(zhuǎn)換模塊TPS7333Q將外部供電電源+5V電平轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)控制芯片TMS320LF2407A的+3. 3V電平；TMS320LF2407A主要實(shí)現(xiàn)對(duì)從電源采樣所得的電流和電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并進(jìn)行運(yùn)算，再根據(jù)運(yùn)算值輸出相應(yīng)移相PWM來驅(qū)動(dòng)主電路MOSFET，實(shí)現(xiàn)PWM移相角調(diào)制；30MHz有源晶振為控制芯片提供基本的時(shí)鐘信號(hào)，芯片內(nèi)部經(jīng)過I. 33倍倍頻后得到40MHz主頻；存儲(chǔ)芯片IS61LV12816主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；控制系統(tǒng)通過總線驅(qū)動(dòng)器MAX232ACPE和PCA82C250與上位機(jī)以及外部監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通信?？刂葡到y(tǒng)的核心控制策略如下全橋逆變主電路的電流和電壓采樣信號(hào)分別通過DSP控制芯片的ADCINO和ADCINl 口送到內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換通道，通過軟件進(jìn)行相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換和PWM移相控制。本實(shí)用新型采用美國TI公司的軟件平臺(tái)CCStudio V3. 3集成開發(fā)環(huán)境的RTDX模塊進(jìn)行控制參數(shù)的調(diào)整。如圖8所述，此軟件流程圖設(shè)計(jì)的軟件主要是實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取和輸出電流和電壓的控制，即實(shí)現(xiàn)移相角可調(diào)的PWM脈沖產(chǎn)生、驅(qū)動(dòng)脈沖的移相角調(diào)制、電流電壓控制以及故障保護(hù)?？刂葡到y(tǒng)程序的工作原理為PI控制器(比例-積分控制器)主要用于基本線性和動(dòng)態(tài)時(shí)不變系統(tǒng)，其控制過程是把收集的數(shù)據(jù)和參考值進(jìn)行比較，然后把偏差用于計(jì)算新的輸入值，讓系統(tǒng)的輸出值與給定值相等。PI控制器可以通過輸出偏差的出現(xiàn)概率和歷史數(shù)據(jù)來調(diào)整輸入值，使系統(tǒng)保持在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的工作狀態(tài)，本實(shí)用新型通過對(duì)輸出的充電電流和電壓進(jìn)行PI算法，充電電流和電壓經(jīng)電流和電壓反饋電路檢測(cè)得到反饋值If和Uf，反饋值和給定值Ig和Ug進(jìn)行比較得到偏差e ；e作為控制系統(tǒng)的輸入值，控制系統(tǒng)根據(jù)輸入值e按照一定的控制算法產(chǎn)生移相PWM信號(hào)，移相PWM信號(hào)作為控制信號(hào)，控制主電路功率開關(guān)的開通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)時(shí)控制充電器的充電電流和電壓。上述實(shí)施例為本實(shí)用新型較佳的實(shí)施方式，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本實(shí)用新型的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)，其特征在于，包括工頻交流輸入電網(wǎng)、主電路、電動(dòng)汽車電池負(fù)載和控制電路，所述控制電路包括一端與DSP數(shù)字化控制模塊相連接的故障保護(hù)模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊、電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊；所述DSP數(shù)字化控制模塊根據(jù)采集到的電流和電壓信號(hào)對(duì)主電路的電流和電壓進(jìn)行閉環(huán)控制，產(chǎn)生移相PWM波形；所述故障保護(hù)模塊通過檢測(cè)電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)的電流、電壓和溫度，并反饋信號(hào)給DSP數(shù)字化控制模塊；所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊的另一端與高頻逆變模塊相連接，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)高頻逆變模塊；電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊采集系統(tǒng)電流和電壓信號(hào)經(jīng)DSP數(shù)字化控制模塊計(jì)算后，調(diào)節(jié)PWM信號(hào)移相角控制電源系統(tǒng)的電流和電壓；所述主電路通過DSP數(shù)字化控制模塊與控制電路連接，所述主電路包括依次電氣連接的輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊和輸出整流濾波模塊，所述主電路把交流電轉(zhuǎn)換為直流電；所述輸入整流濾波模塊與工頻交流輸入電網(wǎng)相連接；所述輸出整流濾波模塊與待充電的電動(dòng)汽車電池負(fù)載相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述DSP數(shù)字化控制模塊包括數(shù)字信號(hào)處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字信號(hào)處理器采用TMS320LF2407A芯片，數(shù)字信號(hào)處理器內(nèi)嵌事件管理器，所述事件管理器具有脈寬調(diào)制單元，所述脈寬調(diào)制單元以全軟件方式分別產(chǎn)生四路脈寬調(diào)制信號(hào)，控制主電路的PWM移相調(diào)制。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)，其特征在于，故障保護(hù)模塊包括相互連接的過壓檢測(cè)電路、欠壓檢測(cè)電路、過流檢測(cè)電路、過溫檢測(cè)電路和與門電路以檢測(cè)電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)各部分的電流、電壓和溫度，并反饋給數(shù)字信號(hào)處理器DSP故障信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng),其特征在于，所述高頻逆變模塊包括逆變橋MOSFET開關(guān)管組，所述高頻驅(qū)動(dòng)模塊將DSP數(shù)字化控制模塊輸出的PWM信號(hào)進(jìn)行加強(qiáng)后輸入高頻逆變模塊，作為逆變橋MOSFET開關(guān)管組的開關(guān)信號(hào)。
專利摘要一種基于DSP的電動(dòng)汽車充電電源系統(tǒng)，涉及一種基于DSP的高頻MOSFET逆變技術(shù)，包括工頻交流輸入電網(wǎng)、主電路、控制電路、DSP數(shù)字化控制模塊和電動(dòng)汽車電池負(fù)載；主電路包括輸入整流濾波模塊、高頻逆變模塊、功率變壓模塊、輸出整流濾波模塊；控制電路包括故障保護(hù)模塊、電流電壓采樣及信號(hào)處理模塊、DSP數(shù)字化控制模塊、高頻驅(qū)動(dòng)模塊組成。本實(shí)用新型采用先進(jìn)的高頻MOSFET逆變技術(shù)和DSP數(shù)字化控制技術(shù)，有效提高了脈沖充電電源的輸出功率。具有輸出功率大、充電效率高及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于高效高速化的電動(dòng)汽車充電。
文檔編號(hào)G05B19/042GK202737762SQ2012204323
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月28日
發(fā)明者吳開源, 章濤, 李華佳, 趙卓立, 蘭艷林 申請(qǐng)人:華南理工大學(xué)