摘要：介紹了電動(dòng)汽車(chē)用數(shù)字化充電電源，它以移相全橋逆變器加二次整流電路作為主電路，重點(diǎn)分析了其工作原理；采用TMS320LF2407A實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)硬件電路平臺(tái)，并敘述了控制系統(tǒng)軟件及數(shù)字PID控制器的設(shè)計(jì)，給出數(shù)字化充電電源的實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其技術(shù)參數(shù)。數(shù)字化充電電源實(shí)現(xiàn)了電源的軟開(kāi)關(guān)和數(shù)字化控制，具有良好的輸出特性和響應(yīng)特性，可以滿(mǎn)足不同動(dòng)力電池的復(fù)雜充電要求。

        關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē) 充電電源 數(shù)字化控制 軟開(kāi)關(guān)

        隨著電動(dòng)汽車(chē)工業(yè)的不斷發(fā)展，適用于電動(dòng)汽車(chē)特殊要求的動(dòng)力電池也在不斷發(fā)展，因此對(duì)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用充電電源提出了更高的要求。DSP技術(shù)的日臻完善，標(biāo)志著數(shù)字化技術(shù)的興起，使得控制領(lǐng)域又面臨著一次重大的技術(shù)變革。因此，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用充電電源的數(shù)字化控制技術(shù)進(jìn)行研究，開(kāi)發(fā)出國(guó)產(chǎn)電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的數(shù)字化充電設(shè)備，對(duì)我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展和普及，無(wú)疑將具有十分重要的理論意義和工程應(yīng)用價(jià)值。

1 數(shù)字化充電電源的主電路構(gòu)成

        充電機(jī)主回路是數(shù)字化充電電源的基礎(chǔ)，直接影響到充電電源的性能。逆變式電源體積上、重量輕；而且由于其工作頻率高、具有很高的響應(yīng)速度、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的輸出特性，因此可以滿(mǎn)足不同充電策略所要求的充電曲線(xiàn)。所以這里采用移相全橋逆變加二次整流的方案作為充電電源的主電路。

        主電路的原理圖如圖1所示。圖中，Vs是單相或三相交流輸入經(jīng)過(guò)整流濾波后得到的直接電壓，Q1～Q4是功率開(kāi)關(guān)管IGBT，T1是功率變壓器，D1、D2是變壓器二次側(cè)數(shù)流二極管，Lf和Cf分別是輸出濾波電感和濾波電容。

        圖2為驅(qū)動(dòng)脈沖的時(shí)序圖，它幾乎和傳統(tǒng)的移相控制的驅(qū)動(dòng)脈沖時(shí)序圖相同，只是Q2和Q4間的死區(qū)是隨占空比的變化而調(diào)整的（如陰影部分所示）。當(dāng)母線(xiàn)電壓較高或負(fù)載較輕時(shí)，Q2和Q4間將獲得更大的延時(shí)時(shí)間，在每半個(gè)周期中，Q1和Q4將在同一時(shí)刻開(kāi)能，但Q4將首先關(guān)斷，這樣，Q2和Q4組成了超前橋臂，而Q1和Q3組成了滯后橋臂。

        假定Q1和Q4初始時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，在某一時(shí)刻關(guān)斷Q4，則C2、C4作為緩沖電容為Q4的關(guān)斷提供零電壓條件。拖尾電流依然存在于Q4中，但零電壓關(guān)斷在很大程度上減少了它的判斷損耗。Llk(指高頻變壓器的漏感和線(xiàn)路等效電感)將使C4的電壓繼續(xù)增長(zhǎng)，直至Q2的反壓超過(guò)30V而發(fā)生反向雪崩，此時(shí)Q2的特性類(lèi)似于一個(gè)齊納二極極管，雪崩過(guò)程持續(xù)到1/2Llkip2的能量全部在Q2上面使ip衰減到零為止。由于ip則減為零時(shí)，b點(diǎn)電位仍高于母線(xiàn)電壓，其壓差等于IGBT的反向雪崩電壓值，因此一個(gè)較小的電流將通過(guò)Q1反向流回。這將有助于復(fù)合Q1中存儲(chǔ)的電荷，從而使得Q1拖尾電流得以真正消除，使得Q1能夠在零電流條件下關(guān)斷。Q2由于加有反壓而在零電壓狀態(tài)下完成無(wú)損耗開(kāi)通。最后，當(dāng)Q1完全關(guān)斷后，Q3開(kāi)通，下半個(gè)工作周期開(kāi)始。

2 基于TMS320LF2407A的數(shù)字化控制電路硬件平臺(tái)

        采用數(shù)字信號(hào)處理器作為開(kāi)關(guān)電源的控制器不僅可以克服分立元件過(guò)多、電路可靠性差、電路復(fù)雜等缺點(diǎn)，還可以解決單片集成控制器不靈活的問(wèn)題；而且DSP數(shù)字處理器具有工作頻率高、指令周期短等優(yōu)點(diǎn)，并具有改進(jìn)的總線(xiàn)結(jié)構(gòu)和強(qiáng)大的數(shù)字處理功能。

        TMS320LF2407A芯片是TI公司24X DSP控制器系列的新成員，它在電機(jī)的數(shù)字化控制方面得到廣泛的應(yīng)用，通過(guò)編程和外部電路的配合，完全能夠?qū)崿F(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)用充電電源的數(shù)字化控制。圖3為控制系統(tǒng)的功能框圖�？刂葡到y(tǒng)以TMS320LF2407A為核心，通過(guò)外部附加電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)所需要的各項(xiàng)控制功能：

（1）通過(guò)濾波電路對(duì)傳感器輸入信號(hào)進(jìn)行處理，然后由ADC采樣電路進(jìn)行數(shù)字采樣并送入中央處理器；

（2）通過(guò)偏磁檢測(cè)電路進(jìn)行檢測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)功率變壓器有磁偏現(xiàn)象，將立刻被TMS320LF2407A捕捉到并進(jìn)行相應(yīng)的處理；

（3）由TMS320LF2407A直接生成有限雙極性PWM控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)隔