一种新能源汽车车载充电机的数字控制方案的制作方法

本发明涉及车载充电机领域，具体为一种新能源汽车车载充电机的数字控制方案。

背景技术：

近年来环境污染严重，环保、节能已经成为人们热议的话题，这同时也促进了一些新能源产业的兴起，其中就包括新能源电动汽车。新能源汽车的动力来源是动力储能电池，动力储能电池的能量储存随着使用会逐渐无法满足车载dcdc的工作需求，新能源汽车将无法满足行驶需求，即电量不足，清洁能源电能需要补充，正如燃油车需要加油一样，这催生了另外一个行业的出现，新能源汽车充电装置，目前新能源汽车的充电装置有直流的大型充电桩，提供大电流快速充电模式，即快充。另外一种是适合家用的车载充电装置，车载充电机，以较小的电流提供充电功能，即慢充。车载充电机组成主要有输入整流部分，即ac-dc，主功率输出部分，即dc-dc，以及主要控制单元，监控整个工作过程。

现有的充电机采用模拟的控制方案（如图1、图2与图3），图1为应用pwm的方式利用二阶滤波转换为模拟数值即dac转换，利用硬件的控制逻辑，将采样的电压电流信号和给定的电压电流信号进行比较，控制模拟电源芯片25600的工作来进行电压电流的调整，形成简单的闭环逻辑。控制单元对需求的电压电流信号给予相对应的电压值，完全依靠硬件的电路实现闭环的控制逻辑，是最简单的闭环，没有调节作用，输出精度受硬件电路影响，输出参数设置的统一性受硬件的影响较大，电子元器件的参数每个都有偏差，偏差的累积造成硬件误差较大；图1电路为模拟控制方案的电压环电流环闭环策略，mcu_current_pwm和mcu_voltage为控制单元给定的不同电压值对应的不同脉宽的pwm波，通过二阶滤波电路转换为电压值，转换关系为：占空比*3.3v，实现dac转换；图2为电源管理芯片在电压环电流环的控制下输出相对应的工作频率和驱动pwm，25600control为控制25600工作引脚，由mcu控制，控制三极管q2的开通和关断，从而控制25600芯片的ss脚电压来控制芯片工作和停止工作；图3为llc主回路。上述模拟的控制方案采用电源芯片，例如ucc25600等做llc电路的驱动，前级采用运放做闭环的比较处理，虽然是闭环的逻辑，但这样的电路存在不带载情况下，初始会存在一瞬间的开环，使电压飙升到此机型的变压器所能出的最高电压，很容易造成控制电路的误动作以及出现一些瞬间压差太大的不良后果，而且由于是模拟的芯片控制的，工作频率的更改，以及控制的精度都有限，适合一些精度不高的小功率的机型，不适合现有市场的乘用车的高压环境，因此急需改进。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新能源汽车车载充电机的数字控制方案，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种新能源汽车车载充电机的数字控制方案，包括数字控制方案与其配合的软件方案，所述数字控制方案采用数字控制环路的主控芯片，并使用dsp做数字处理，其产生相应的控制pwm波，且频率由软件方案进行与其配合，数字控制方案将采样的电压电流信号直接在dsp进行处理，采用pid的控制逻辑与闭环控制，数字控制方案包括dsp电路与驱动芯片电路；所述dsp电路包括电流采样子电路、运放子电路与芯片u9，电流采样子电路包括检测引脚isense、电容c39，c40，c41以及电阻r74，75，76，77，78，79，80，电容c39第一端连接检测引脚isense，电容c39第二端接地；所述电阻r74第一端连接电容c39的第一端，电阻r76的第一端连接电阻r74的第一端，电阻r76的第二端连接电阻r78的第一端，电阻r78的第二端连接运放子电路；所述电容c40连接电阻r78的第一端，电阻r75的第一端连接电阻r74的第二端并接地，电阻r75的第二端连接电阻r77的第一端；所述电容c41的第一端连接电阻r77的第一端以及电阻r79的第一端，电阻r79的第二端连接电阻r80并通过电阻r80连接运放子电路。

优选的，运放子电路包括运放芯片u7b、电阻r81，r82以及电容c43，c44，运放芯片u7b的负极端连接电阻r81以及电容c43的第一端，运放芯片u7b的正极端连接电阻r80；所述电阻r81、电容c43的第二端均连接电阻r82的第一端，r82的第一端连接运放芯片u7b输出端，电阻r82的第二端连接电容c44以及芯片u9的7、8、9、10脚。

优选的，芯片u9的第2脚连接电阻r84，芯片u9的第11脚连接有电容c51、c52、电阻r83的第一端，电容c51、c52的第二端连接u9的11脚。

优选的，驱动芯片电路由驱动芯片u5，驱动变压器t1、二极管d21，d22，d23，d24、三极管q2，q3，q4，q5以及稳压二极管d42，d44，d46，d47组成，驱动芯片电路将dsp输出的pwm经驱动芯片u5组成的驱动电路提高驱动能力后，驱动变压器从而驱动后级llc电路。

优选的，软件方案包括can通讯及cccp功能部分、pfc部分以及主控数字环部分，其中主控数字环部分按bms要求的电压电流，在其他各部分功能正常的情况下进行相应的功率输出，并在输出中时刻采样输出电压电流，通过pid控制算法进行调整，并对机器的温度状态进行检测，输出电压、输出电流状态等进行检测，判断机器工作是否正常并进行相应的保护措施。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明减少了电压环电流环的控制电路，降低了由于器件的偏差而累积造成的偏差，还简化了电路，控制精度更高，对输出的控制以及误差的控制将起到更好的效果，不会出现模拟控制的空载初始启动过冲的现象，可靠性更高；同时还采用了新的控制模式，提高闭环的可靠性和精度，模拟的方案的初始输出过冲，降低了一些风险和误动作保护，提高闭环的可靠性。

附图说明

图1为现有充电机模拟控制方案中电压环电流环闭环策略图；

图2为现有充电机电源管理芯片电路图；

图3为现有充电机llc主回路电路图；

图4为本发明数字控制环路的主控dsp电路图；

图5为本发明驱动芯片电路图；

图6为本发明实施例中的数据通信和处理图；

图7为本发明实施例中软件方案输入电压以及pfc母线控制流程图；

图8为本发明实施例中软件方案程序原理图一；

图9为本发明实施例中软件方案程序原理图二；

图10为本发明实施例中软件方案程序原理图三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图4-5，本发明提供一种技术方案：一种新能源汽车车载充电机的数字控制方案，包括数字控制方案与其配合的软件方案，所述数字控制方案采用数字控制环路的主控芯片，并使用dsp做数字处理，其产生相应的控制pwm波，且频率由软件方案进行与其配合，数字控制方案将采样的电压电流信号直接在dsp进行处理，采用pid的控制逻辑与闭环控制，dsp的数字处理能力相对于单片机更为强大，速度更快。相对于现有的模拟控制方案，数字方案直接产生相应的控制pwm波，频率由软件进行设计，省略了25600的电源管理芯片，省略了电压环和电流环的硬件电路，将采样的电压电流信号直接在dsp进行处理，而且采用pid的控制逻辑，pid的闭环控制，控制精度更高，对输出的控制以及误差的控制将起到更好的效果。

在本实施例中，dsp的数字处理主要体现在dsp内部软件对输出的电压电流信号进行采样然后将采样电压电流的数据和设定电压电流数据做偏差计算，按照在实现中不断探索和总结出来的结合硬件llc电路的参数确定的p值（比例控制）、i值（微分控制）、d值（积分控制）在pid控制逻辑下进行输出电压电流依照偏差进行调整，从而提高电压电流的精度。

在本实施例中，数字控制方案包括dsp电路与驱动芯片电路，dsp电路包括电流采样子电路、运放子电路与芯片u9，电流采样子电路包括检测引脚isense、电容c39，c40，c41以及电阻r74，75，76，77，78，79，80，电容c39第一端连接检测引脚isense，电容c39第二端接地；所述电阻r74第一端连接电容c39的第一端，电阻r76的第一端连接电阻r74的第一端，电阻r76的第二端连接电阻r78的第一端，电阻r78的第二端连接运放子电路；所述电容c40连接电阻r78的第一端，电阻r75的第一端连接电阻r74的第二端并接地，电阻r75的第二端连接电阻r77的第一端；所述电容c41的第一端连接电阻r77的第一端以及电阻r79的第一端，电阻r79的第二端连接电阻r80并通过电阻r80连接运放子电路。

在本实施例中，运放子电路包括运放芯片u7b、电阻r81，r82以及电容c43，c44，运放芯片u7b的负极端连接电阻r81以及电容c43的第一端，运放芯片u7b的正极端连接电阻r80；所述电阻r81、电容c43的第二端均连接电阻r82的第一端，r82的第一端连接运放芯片u7b输出端，电阻r82的第二端连接电容c44以及芯片u9的7、8、9、10脚；芯片u9的第2脚连接电阻r84，芯片u9的第11脚连接有电容c51、c52、电阻r83的第一端，电容c51、c52的第二端连接u9的11脚。

在本实施例中，电流采样子电路进行电流采样，通过运放子电路进行放大，给dsp进行数据处理，放大系数取决于电阻r81和r78电阻参数，dsp采用过采样技术，过采样技术可以增加其内置模数转换器的分辨率，从而提高采样精度，达到更好的控制效果，电压采样则利用电阻分压的原理将输出电压转换为dsp的ad采样电压范围，电阻r92和r93经过采样电路分压后在进行简单分压处理，为pid闭环控制提供数据。数字方案相比较模拟方案，减少了电压环电流环的控制电路，从而降低了很大一部分由于器件的偏差而累积造成的偏差，还简化了电路。

在本实施例中，驱动芯片电路由驱动芯片u5，驱动变压器t1、二极管d21，d22，d23，d24、三极管q2，q3，q4，q5以及稳压二极管d42，d44，d46，d47组成，驱动芯片电路将dsp输出的pwm经驱动芯片u5组成的驱动电路提高驱动能力后，驱动变压器从而驱动后级llc电路（请参阅图3），驱动芯片电路具有正负两种脉冲信号，即当脉冲为正时，驱动变压器t1的次级10脚电平高于9脚，正脉冲高电平通过二极管d21的3-2脚，经过电阻r69，从而到达至图2中驱动mos管q5栅极（drv-a），从驱动变压器过来的正脉冲带有很多尖刺，二极管d21的1脚处的电容c78和电阻r55、r70构成的电路可以吸收那些尖刺，让到达驱动mos管g极（drvh）处的脉冲波形更加干净；当脉冲为转负时，驱动变压器t1的次级10脚电平低于9脚，三极管q2、q3的基极为低电平，此时drvh（驱动mos管g极）处的电可以通过三极管q2、q3快速放掉，而hs处的电容c53、稳压二极管d44制造一个负偏压，让该脉冲快速关断。

在本实施例中，软件方案如图6、7、8，9，10，软件方案包括can通讯及cccp功能部分、pfc部分以及主控数字环部分，其中主控数字环部分按bms要求的电压电流，在其他各部分功能正常的情况下进行相应的功率输出，并在输出中时刻采样输出电压电流，通过pid控制算法进行调整，并对机器的温度状态进行检测，输出电压、输出电流状态等进行检测，判断机器工作是否正常并进行相应的保护措施；cccp功能部分为：在充电枪与车载充电机完全连接完成后进行自检，此时会启动唤醒bms充电，发送can报文，同时使能cp信号，使供电装置启动供电，即220v输入。如果充电过程中断开充电枪及时停止唤醒，发送错误信息反馈bms；pfc部分通过实时检测输入电压，判断输入电压是否在设计的工作电压范围，220±15%v或者90-265v的工作范围，以及pfc电压在pfc工作后是否在正常电压范围——通常为360v到390v之间，这是保证充电机工作的基本条件，否则充电机将无法正常满足输出要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。