基于DSP的电动汽车直流充电电源系统技术方案

一种基于DSP的电动汽车充电电源系统，涉及一种基于DSP的高频MOSFET逆变技术，包括工频交流输入电网、主电路、控制电路、DSP数字化控制模块和电动汽车电池负载；主电路包括输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块、输出整流滤波模块；控制电路包括故障保护模块、电流电压采样及信号处理模块、DSP数字化控制模块、高频驱动模块组成。本实用新型专利技术采用先进的高频MOSFET逆变技术和DSP数字化控制技术，有效提高了脉冲充电电源的输出功率。具有输出功率大、充电效率高及可靠性高等优点，特别适用于高效高速化的电动汽车充电。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电动汽车充电技术，特别涉及一种基于DSP的电动汽车直流充电电源系统。·
技术介绍
随着汽车行业的不断发展，“零排放、零污染”的电动汽车受到世界各国广泛重视，适用于电动汽车的动力电池取得了飞速发展，因此，对电动汽车专用充电电源也提出了更高的要求。目前，电动汽车充电电源主要通过(脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation,简称PWM)开关控制技术实现电流电压控制，电动汽车的材料、结构和驱动及控制等技术已经取得了很大的发展，但是电池能量存储技术、快速充电技术制约着电动汽车发展和普及，因此，研发高性能电池和适用于电动汽车专用充电电源系统，解决车载电池快速、安全充电势在必行。随着数字信号处理器(Digital Signal Processor,简称DSP)控制技术的日益完善，运用DSP数字化控制技术对电动汽车充电电源进行数字化控制研究，开发出电动汽车专用充电设备，对电动汽车的发展和普及具有十分重要的理论意义和现实价值。美国、日本、法国和德国等国在充电
已经取得飞速发展。在一些西方国家，电动汽车已经普及，电动汽车充电技术已经比较成熟，汽车充电站遍布城市，但是充电技术还有许多技术难题有待解决。上世纪50年代，美国就已经研制了 6 24V铅酸蓄电池金属整流器型充电机。除此之外，英国联营公司研发了总能量充电控制技术，有效地解决了采用磨擦式充电系统和电晕式充电系统所带来的种种问题，最大程度上减少了粉粒充电时所需的能量，为电动汽车充电技术向前发展迈出了重大一步。除此之外，国外许多大公司利用计算机控制、人工智能等先进科学技术，已经成功研发了功能齐全、易于控制的大型智能充电设备，并设有充电保护和故障报警功能，具有很好的安全性和实用性。我国在“十五”规划中已经把对电动车的研究列为国家高科技攻关项目和国家“863”科技攻关项目。经过几十年的研究，电动汽车制造技术己经趋于成熟，但在提高动力电池性能和突破充电技术瓶颈之前，实现电动车的普及还需要相当长的一段时间。尽管充电机系统控制技术取得了一定的成就，但距离满足电动车市场化的充电要求还有很长的一段路要走。目前电动汽车充电电源，主要是采用高频电力电子开关取代可控硅，提高开关速度和充电效率，减小变压器和滤波器的体积，节省原材料。但随着开关频率的提高及开关周期的缩短，在传统PWM控制方式下开关器件工作在硬开关状态，每次开关管同步导通留下的死区时间产生的电流和电压叠加损耗，开关损耗的存在限制了变换器功率密度的提高，严重抑制了开关频率的提高，给快速稳定充电、保证电动汽车的电能驱动力造成极大的障碍，限制了变换器的小型化和轻量化。同时，开关管工作在硬开关状态时，功率器件所受的开关应力大，还会引起很高的di/dt和du/dt，从而产生大的电磁干扰，带来电磁环境污染，现有的电动汽车充电技术主要具有以下的缺陷(I)用于中、大功率充电时,性能差、充电系统不稳定,输出功率小,充电效率低。(2)响应速度慢，易产生电磁环境污染。( 3 )控制精度低，可靠性低，体积大、重量重。例如，中国专利申请号为201020174910. 9，名称为“一种电动汽车充电器”，该申请案虽然采用了功率因数校正电路、IGBT桥式逆变电路，不能实现数字化高效精准控制，限制了变换器的小型化和轻量化，因而存在上述缺陷。再如，“新型智能电动汽车充电器的设计”(夏政伟，张伟民.充电器，20012. 02)是以STC12C5A60S2单片机为控制核心，该单片机控制核心比DSP响应速度慢；Buck-Boost电路拓扑，用于中、大功率电池充电时，效率低，不稳定，性能差，故亦存在上述缺陷。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术的缺点和不足，提供一种基于DSP的高频软开关控制方式的电动汽车直流充电电源系统，实现开关管的零电压状态开关，开关功率损耗小，开关频率高，有效抑制电磁干扰的产生，使充电快速稳定；解决现有技术因为开关管导通留下死区时间产生电流电压叠加损耗，严重抑制开关频率的提高，影响快速稳定充电的问题。本技术的目的通过下述技术方案实现一种基于DSP的高频软开关控制方式的电动汽车直流充电电源系统，包括工频交流输入电网、主电路、电动汽车电池负载和控制电路。所述主电路包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块相连接组成；所述控制电路包括故障保护模块、电流电压采样及信号处理模块、DSP数字化控制模块和高频驱动模块相连接组成，所述DSP数字化控制模块通过A/D转换，将采集到的电流和电压信号送到DSP中，DSP通过PI算法对电源主电路的电流和电压进行闭环控制，产生需要的移相PWM波形，经高频驱动模块控制功率器件MOSFET开关管的导通和关断时间，以达到控制电流和电压的目的，实现数字化控制；所述故障保护模块通过检测电动汽车充电电源系统的电流和电压，以及温度是否在正常范围内，反馈信号给DSP数字化控制模块；所述高频驱动模块的另一端与高频逆变模块相连接，高频驱动模块通过控制功率器件MOSFET开关管的开关时间驱动高频逆变模块；所述电流电压采样及信号处理模块的另一端与电动汽车电池负载相连接，电流电压采样及信号处理模块采集系统电流和电压信号通过A/D转换经DSP计算调节PWM信号移相角以控制系统的电流和电压。所述输入整流滤波模块与工频交流输入电网相连接，所述输出整流滤波模块作为充电电源的输出，与待充电的电动汽车电池负载相连。所述控制电路的故障保护模块的另一端与单相工频交流输入电网相连接，所述高频驱动模块的另一端与高频逆变模块相连接，所述电流电压采样及信号处理模块的另一端与电动汽车电池负载相连接。所述DSP嵌入式处理器分别与电流电压采样及信号处理模块、故障保护模块和高频驱动模块相连接。所述DSP数字化控制模块由数字信号处理器组成，通过数字信号处理器实现对主电路的控制。所述数字信号处理器采用TMS320LF2407A芯片，用于调节主电路电流和电压的输出。所述数字信号处理器内嵌事件管理器，所述事件管理器具有脉宽调制单元，所述脉宽调制单元以全软件方式分别产生四路固定占空比的PWM信号，用于主电路的移相调制。所述故障保护模块包括相互连接的过压检测电路、欠压检测电路、过流检测电路、过温检测电路和与门电路。所述高频逆变模块包括逆变桥开关管组，所述逆变桥开关管组包括VI、V2、V3和V4四个开关管。所述的高频驱动模块主要由脉冲驱动变压器、MOSFET式图腾柱推动结构相互连接组成。本技术的工作原理本技术采用了电压型全桥移相软开关主电路，包括DSP数字化控制的电流反馈电路、电压反馈电路、MOSFET管驱动电路、保护电路，通过数字PI控制算法，以实现充电电源的电流和电压控制。单相工频交流电经过输入整流滤波模块整流为平滑直流电后，再通过高频逆变模块，然后通过功率变压模块、输出整流滤波模块流入待充电的电动汽车电池(锂离子动力电池);与此同时，DSP数字化控制模块根据电流电压采样及信号处理模块检测到电动汽车电池负载的电流和电压信号，把检测到的信号与给定的相关参数进行比较，经过DSP数字化控制模块的PI控制算法运算后，发给DSP数字化控制模块内嵌事件管理器的脉宽调制单元一个信号，脉宽调制单本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DSP的电动汽车充电电源系统，其特征在于，包括工频交流输入电网、主电路、电动汽车电池负载和控制电路，所述控制电路包括一端与DSP数字化控制模块相连接的故障保护模块、高频驱动模块、电流电压采样及信号处理模块；所述DSP数字化控制模块根据采集到的电流和电压信号对主电路的电流和电压进行闭环控制，产生移相PWM波形；所述故障保护模块通过检测电动汽车充电电源系统的电流、电压和温度，并反馈信号给DSP数字化控制模块；所述高频驱动模块的另一端与高频逆变模块相连接，所述高频驱动模块驱动高频逆变模块；电流电压采样及信号处理模块采集系统电流和电压信号经DSP数字化控制模块计算后，调节PWM信号移相角控制电源系统的电流和电压；所述主电路通过DSP数字化控制模块与控制电路连接，所述主电路包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块，所述主电路把交流电转换为直流电；所述输入整流滤波模块与工频交流输入电网相连接；所述输出整流滤波模块与待充电的电动汽车电池负载相连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于DSP的电动汽车充电电源系统，其特征在于，包括工频交流输入电网、主电路、电动汽车电池负载和控制电路，所述控制电路包括一端与DSP数字化控制模块相连接的故障保护模块、高频驱动模块、电流电压采样及信号处理模块；所述DSP数字化控制模块根据采集到的电流和电压信号对主电路的电流和电压进行闭环控制，产生移相PWM波形；所述故障保护模块通过检测电动汽车充电电源系统的电流、电压和温度，并反馈信号给DSP数字化控制模块；所述高频驱动模块的另一端与高频逆变模块相连接，所述高频驱动模块驱动高频逆变模块；电流电压采样及信号处理模块采集系统电流和电压信号经DSP数字化控制模块计算后，调节PWM信号移相角控制电源系统的电流和电压；所述主电路通过DSP数字化控制模块与控制电路连接，所述主电路包括依次电气连接的输入整流滤波模块、高频逆变模块、功率变压模块和输出整流滤波模块，所述主电路把交流电转换为直流电；所述输入整流滤波模块与工频交流输入电网相连接；所述输出整流滤波模块与待充电的电动汽车电池负载相连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴开源，章涛，李华佳，赵卓立，兰艳林，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：实用新型
国别省市：