基于DSP的电动汽车充电电源的设计
摘要
在当今社会，工业化速度加快，城市间的交流和沟通也变得越来越紧密，而推动这些快速发展的正是快速便利的交通。传统的交通工具都是以燃烧不可再生资源石油来提供动力的，而且未能完全燃烧的燃油将主要以二氧化碳和二氧化硫的形式排放到空气中，所以燃油汽车给人类带来了严重消耗能源和污染环境，因此，根据目前的发展状况，这种发展趋势很显然是不符合人类持久生存的规律的，因此各个国家相继向绿色清洁能源发展，为了保护人类的生存环境，近年来一些发达国家研究出了电动汽车，电动汽车主要是利用蓄电池中储存的电能作为动力源，减少有毒气体排放到空气中，同时节约了石油能源，因此对蓄电池进行充电就很重要了。本论文基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，对蓄电池充电，主要针对目前的发展现状，设计出清洁环保的汽车充电电源。
针对以上问题，本设计在研究基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，通过DSP的事件管理器产生PWM控制信号驱动可控硅，然后通过电力电子技术，AC-DC变换得到直流电源，最后给蓄电池供电，完成设计。因此本文主要从以下几个方面展开：
（1）DSP在本次设计的应用。本次设计运用DSP主要是为了给后面的电力电子电路提供可控硅的驱动信号，我们知道2000系列的DSP可提供带死区的PWM控制信号，在德州仪器，几乎已经将2000系列的DSP归结为MCU系列。
（2）电力电子技术在本次设计的应用。本次设计要完成给蓄电池充电，要获取一定的直流电源，因此，这里用到了电力电子技术，将交流电转化为直流电，最终给蓄电池供电，整套设计包涵了AC-DC电路，可控硅的触发电路，输出电压稳定电路。
关键字: DSP 事件管理器 PWM控制信号电源蓄电池 绿色清洁能源
Abstract
In today's society, speed of industrialization, exchange and communication between cities has become more and more close, and promote the rapid development is rapid convenient traffic.Traditional means of transportation are non-renewable resources oil burning to provide power, and failure to complete combustion of fuel will be mainly in the form of carbon dioxide and sulfur dioxide emissions into the air, so fuel cars brought serious energy and environmental pollution to human, therefore, according to the current development situation, the developing trend is clearly not comply with the principle of enduring human survival, so one after another to the green clean energy development, various countries in order to protect the human survival environment, in recent years, some developed countries developed electric cars, electric cars, mainly using electrical energy stored in the storage battery as a power source, reduce poisonous gases into the air, at the same time, save oil energy, so it is very important for battery charging.In this paper, based on DSP is proposed to design a electric vehicle charging power supply system, the battery charging, according to the present situation of the development, design a clean environmental protection car battery power supply.
According to above problem, this design in the study was based on DSP is proposed to design a electric vehicle charging power supply system, the PWM control signal by DSP event manager drive SCR, then through the power electronic technology, AC - DC DC power transformation, finally to battery power supply, complete the design.So this article mainly from the following several aspects:
(1) the application of DSP in the design.This design using the DSP is aimed to provide the back of the power
electronic circuit of SCR drive signal, we know that 2000 series DSP can provide with PWM control signal, dead area in Texas instruments, have almost 2000 series DSP boils down to MCU series.
(2) the power electronic technology in the application of this design.To complete the design for battery charging, to obtain a certain DC power supply, therefore, here with the help of power electronic technology, convert alternating current into direct current, eventually to battery power supply, the whole design includes the AC - DC circuit, thyristor trigger circuit, the output voltage stabilizing circuit.
Key words: DSP event manager PWM control signal power battery Green clean energy
目录
第一章绪论....................................................................................................................................... 4
1.1研究的背景与意义 ............................................................................................................. 4 1.2国内外研究状况以及面临的问题 ..................................................................................... 4
1.2.1国内外研究状况 ...................................................................................................... 4 1.2.2面临的问题 .............................................................................................................. 5 1.3本次蓄电池充电设计的实现 ............................................................................................. 5
1.3.1DSP事件管理器的简介 ........................................................................................... 5 1.3.2电力电子技术的简介 .............................................................................................. 6 1.3.3蓄电池的介绍 .......................................................................................................... 6 1.4论文的主要工作及章节安排 ............................................................................................. 6
1.4.1论文的主要工作 ...................................................................................................... 6 1.4.2论文的结构安排 ...................................................................................................... 6
第二章简介....................................................................................................................................... 7
2.1传统汽车动力的简介 ......................................................................................................... 7 2.2 蓄电池的发展 .................................................................................................................... 7 2.3 DSP的发展 ......................................................................................................................... 8 2.4 电力电子的发展 ................................................................................................................ 8 第三章本次设计实现的原理 ........................................................................................................... 9
3.1电路的硬件选择 ................................................................................................................. 9
3.1.1DSP的选择 ............................................................................................................... 9 3.1.2电力电子电路的选择 ............................................................................................ 10 3.2蓄电池的基本原理 ........................................................................................................... 10 3.3 DSP在本设计中的应用 ................................................................................................... 12
3.3.1 PWM的特性 .......................................................................................................... 12 3.3.2 PWM的使用 .......................................................................................................... 13 3.4电力电子电路的工作状态分析 ....................................................................................... 13 3.5仿真建模........................................................................................................................... 19 第四章论文的工作总结 ................................................................................................................. 19
4.1论文的工作总结和未来的展望 ....................................................................................... 19 4.2未来的展望 ....................................................................................................................... 20 致谢 ................................................................................................................................................ 20 参考文献......................................................................................................... 错误！未定义书签。
第一章绪论
1.1研究的背景与意义
随着工业化进程的加快，生产生活中的自动化装置的使用变得越来越频繁，越来越多的领域开始用机器取代人力的劳动，加快生产的速度和精准度。我们知道工业的快速发展，机器的运转，必然要消耗能源。根据物理学中的能源定律，一种能源的产生必然导致另一种能源的消耗。而在这些能源当中，大多是不可再生能源，因此，节能的重要性自然体现出来。随着工业化的推进，社会的污染现象普遍恶化。自从发达国家出现，雾霾，水俣病，有毒烟雾，全球气候变暖等现象之后，人们开始紧张，并且也开始关心了自己生活的环境，特别是老牌的资本主义国家，他们的前期发展基本上是以消耗能源来提升的，因此，修复被破坏的自然也是迫在眉睫的事情。随着人们意识的觉醒，越来越多的国家开始向清洁能源发展，比如风能，电能，地热能，核能等等。
工业进程不然也会带来新的技术，集成电路的发展，人们开始拥有高性能的DSP芯片，本次设计就是运用很高性能的定点DSP芯片，用它的事件管理器来产生PWM波形，触发电力电子电路的运作，从而产生稳定的输出电压。
1.2国内外研究状况以及面临的问题 1.2.1国内外研究状况
能源的问题一直是各个国家关心的问题，关注政治新闻的人都知道，世界上的战争基本上都是由于能源界分引起的，在各国的发展中，各自利用各自的资源和技术，开辟新能源。比如有的国家，开发风能，在风能资源比较好的别地方架设风车发电机发电。有的国家开发地热能，通过地热发电提供能量，想我国就利用我国丰富的水资源，通过水力发电提供电能。有些国家，像日本，没有什么资源，就只能靠核能发电。
以上的产生电能的技术，固然可行，但是在诸多领域，这些事远远不能满足要求的，因此，人们开始使用蓄电池。蓄电池的发展已经有很多年的历史了，他通过外接直流电路给蓄电池充电，最后，充完的电能又释放供点击使用。在充电器的方面，电力电子技术运用最为广泛，一般都是采用AC-DC电路，将交流电转换成直流电，然后再通入到蓄电池，给其供电，电力电子电路中我们一般选用全控型器件，全控型器件不许要有触发波形，因此，我们您选择了DSP的事件管理器，用来产生带死区的PWM波形，用来驱动全控型器件，完成整个电路的正常运行。
1.2.2面临的问题
基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的主要部分是DSP处理器和电力电子部分，因此，DSP控制器的发展和电力电子技术的发展，对本设计起着制约作用。随着数字信号处理的出现，DSP技术在不断发展，他特有的采用改进的哈佛结构，实现数据和指令的分开存取，这样取数和取指令就可一分开进行，如此操作，可以大大加快，控制器的运算速度，并且，DSP内部含有独立的硬件乘法器，这使得他在处理乘法运算的时候，比通常的控制器要快很多，因为，硬件乘法器的存在，使得DSP内部很多指令变成了单周期的指令，这样，相比于大量数据运算的时候，DSP的优越性能就充分体现出来。同时DSP 还采用流水线操作，这使得，任务的进行分散开来，大大加快整体的处理速度。除此之外，DSP内部含有大量的独立总线，比方说DMA数据总线，这样使得数据传输的时候，直接过单独的DMA总线，而不需要占用总线，这样CPU就不需要挂起，也大大加快了整个系统的运行速度。但是，看到有点的同时，问题也相应出来了，由于他独特复杂的结构，使得DSP的运行速度不可能达到很快，因此，为了得到更好地性能，如何巧妙地设计实现DSP的复杂和高速同时并存是一个亟待解决的问题。
随着电源技术的发展，开关稳压电源不断出现新的产品，在电力电子的基础上，开发人员充分采用自动控制原理的方法，达到电源的充分稳定性能。电力电子的快速发展是离不开，电力电子及器件的发展的，从最原始的二极管，到晶闸管，到全控型器件等等，电力电子器件是不断发展的，在满足当下的要求的时候，他们表现出了较高的性能，但是，随着电子技术的不断发展，电力电子器件的性能也制约着我们进一步高性能开关电源的实现。为此，继续寻找更好的电力电子器件是当下研究人员应该关注的问题。
1.3本次蓄电池充电设计的实现
本次蓄电池充电设计的实现是通过，电力电子电路来将交流电转换为直流电，其中电力电子电路的全控型器件的触发波形是由我们的DSP控制器产生的，DSP通过事件管理器的PWM发生电路，产生我们所需要的并且自带死区的PWM波形，完成这两项工作之后，将输出的电源直接输入到蓄电池，完成本次设计。
1.3.1DSP事件管理器的简介
DSP的事件管理器功能很强大，一般的都包含通用定时器，带有比较捕获单元，还有就正交编码电路，事件管理器的定时器，比较捕获，已经正交编码电路的功能其实都是相近相同的，只是名称不同罢了。事件管理器模块中的通用定时器，可以认为改变，通过编程可以实现，他在外部或者内部时钟的基础上运行，用引脚TCLKINA来提供外部输入的时钟，用TDIRA用于定时器的技术方向的规定，前提是，同用定时器此时必须工作在定向增减计数模式。
事件管理器的中断事件，每组都有不同的中断标志，中断使能寄存器以及外部的一些中断请求事件，通过中断优先级，我们可以人为设定，中断响应的先后，中断使能位决定又中断发生的时候，控制器是否相应中断，中断屏蔽寄存器，也决定着中断产生之后是否产生中断响应。中断标志寄存器则放映的是中断产生之后，中断时那个中断。