电动汽车双向DC-DC变换器电路系统设计方案

伴随着电动汽车技术的不断推陈出新，双向型的DC-DC变换器也正在不断的调整其系统设计，以便于更全面的适应电动汽车的驱动要求，相应的电路系统设计方案也逐渐呈现出了集成化的趋势。本文将会介绍一种运用了双向型转换器的电动汽车硬件系统控制电路和模数转换电路的设计方案，便于研发工程师进行参考。

首先我们来看运用了双向变换器的电动汽车硬件系统控制电路设计。在本方案中，该硬件系统的控制电路示意图如下图所示，在该系统中主控制器采用了TI公司的TMS320LF 2407A DSP，这一DSP硬件构成了该控制电路系统的核心，控制系统如下：

图为控制系统结构原理图

从上图我们可以看到，这款DSP硬件的设计主要是为了满足交流电动机和功率器件的控制而设计的，并且内部集成了很多的外围设备。2407 DSP具有16位定点DSP内核和指令集，指令周期33ns。单周期16位乘法指令，可以产生32位的乘法结果；相互独立的数据总线和地址总线，支持同时对数据承l程序存储空间的寻址。该款DSP硬件还包括了两个事件管理器模块EVA和EVB，每个事件管理器模块包括：两个16位通用定时器，4种计数模式：停止/保持，连续增计数模式，定向增/减计数模式，连续增/减计数模式。8个16位的脉宽调制（PWM）通道，能够实现：PWM的对称和非对称波形。当外部引脚出现低电平时快速关闭PWM通道，可编程的PWM死区控制可以防止上下桥臂同时输出触发脉冲，避免了功率器件的意外损坏。

除此之外工程师还需要注意的一点是，在该控制系统结构原理图中，PWMI和PWM2是IGBT的触发脉冲由事件管理器模块产生。为了产生对称的PWM波形，需要将事件管理器的通用定时器的计数模式设簧为连续增/减模式，根据开关器件的开关频率要求，将周期设置为50us（20KHz的开关频率），根据程序计算出开关元件的占空比之后，填写相应的比较寄存器CMPRx。由于事件管理器的比较单元具有比较方式控制寄存器ACTRx，因此程序可以设鬻当比较匹配事件发生时，PWM引脚上的输出方式。该DSP硬件自带可以编程的死区控制发生器，通过设置相应的死区控制寄存器DBTCON就可以使能相应的死区单元。

接下来我们再来看一下电动汽车双向型变换器的模数转换电路系统设计方案。下图为电感电流采样电路图。众所周知，实现控制算法需要对模拟量进行AD采样，2407 DSP具有很高的运算速度，使得在线计算、实时控制得以实现。对变换器电感电流和输出电压的采样利用了2407DSP的模数转换模块，该模块为带有内置的采样和保持器的10位模数转换器，共有16个模拟输入通道，一次可以执行最多16个通道的“自动转换”，可以通过编程来选择每次转换的通道。模数转换时间包括采样保持和转换时间;转换结果保存在结果寄存器（RESULTx）。软件、事件管理器和外部引脚等多个触发源可以启动AD转换。本次设计中选择定时器1的周期中断启动AD转换，采用启动/停止模式工作，在定时器l的下溢中断服务子程序中读取结果寄存器中的转换结果。采用霍尔元件用于检测电感电流和输出电压，然后送至采样电路采样。

电感电流采样电路图

结合上述推导和电感电流采样电路图，我们可以比较清楚的看到，这一适用于电动汽车双向型DC-DC变换器的电路中，主要由霍尔元件检测电流，首先将被检测的电流信号转换成相应的电压信号输出，经过集成运放的电压偏置电路后，变为0-3.3V范围，滤波消除高频噪声的影响后经过限幅的信号送至DSP的采样通道采样。由此可见这一电路系统的设计是精准有效的。