圍繞單處理器開發(fā)智能HEV/EV基礎(chǔ)設(shè)施充電器

　　引言

　　隨著路上行駛的電動車比例的增加，對于充電站的需求也隨之出現(xiàn)爆炸式的增長。盡管在一些飯店和購物中心有許多充電站供免費使用，但是城市和農(nóng)村地區(qū)對“付費充電站”的需求也日益增長。這些充電站可讓電動車實現(xiàn)更遠(yuǎn)的行駛距離。這就需要更高的技術(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)通信，包括實現(xiàn)移動支付的近場通信（NFC）技術(shù)，完成支付處理的Wi-Fi、以太網(wǎng)和電力線通信（PLC）技術(shù)，并需要運用先進(jìn)的電表和輔助控制功能。C2000? C28x數(shù)字信號處理器（DSP）+ARM? Cortex?-M3器件出現(xiàn)以后，現(xiàn)在我們可以把所有這些功能集成到一顆單獨的低成本處理器中。

　　集成通信

　　今天，越來越多的人們開始使用電動車，不管是摩托車、特種交通工具還是日常乘坐的公共交通工具。它導(dǎo)致對于充電站的需求也隨之增長，特別是在幫助這些交通工具增加行駛距離方面。盡管許多場所都提供免費充電服務(wù)，但是付費充電站也很有必要。城市中有許多充電站，其外形和工作方式都與停車計時器類似，只是多了一條連接電動車的充電線。

　　到目前為止，共有三種常見的充電站（按級劃分）。1級和2級為常見的“電量計”交流電源，使用電動車的板上充電功能?，F(xiàn)在，第三種常見充電站（目前還不能稱作一個級別）為直流“快速充電器”，其繞過電動車板上功率因數(shù)校正（PFC），直接向電池充電級提供400V的直流電源。所有這三種系統(tǒng)的功率電平和功率級都不同，但是都需要測量用電多少并向消費者說明充電量，同時都要求能夠與后端網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。

　　對于信用卡充電、移動用戶手機充電甚至現(xiàn)金交易處理來說，同多個后端網(wǎng)絡(luò)通信非常必要。而對設(shè)計人員來說，他們需要它來實現(xiàn)其構(gòu)架的靈活性。利用TI的C2000雙核微控制器等處理器，我們現(xiàn)在可以在一顆單處理器中擁有PLC、Wi-Fi、10/100以太網(wǎng)和NFC通信的靈活性，它還能夠處理電表功能、家政管理甚至是系統(tǒng)內(nèi)的功率級控制。通過把所有東西都集成到一顆單控制器內(nèi)，我們可以減少板空間、材料清單成本，并集成高級保護(hù)功能，所有這些都融入到一顆單控制器中。

　　實時C2000 DSP+ARM的優(yōu)勢

　　起價僅7美元的C2000 DSP+ARM系列微控制器是一種新型混合信號、多核處理器器件，屬于TI MCU系列器件。它擁有C28x DSP內(nèi)核的32位處理的性能優(yōu)勢，同時結(jié)合了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ARM Cortex-M3內(nèi)核靈活性，在混合信號、通信型系統(tǒng)中為設(shè)計人員提供無可比擬的靈活性。開發(fā)人員還可利用這些器件的模擬處理功能，其擁有多達(dá)24條ADC通道、6個集成模擬比較器以及工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，包括USB、10/100以太網(wǎng)、I2C和SPI接口，以便同其他無線電技術(shù)進(jìn)行通信，從而在一顆處理器中提供一套完整的系統(tǒng)。集成內(nèi)存、電源和監(jiān)視外圍器件也都被集成到器件中，進(jìn)一步減少了對于外部組件的需求。

　　C2000 DSP + ARM微控制器簡介：

　　?雙處理器技術(shù)—獨立C28x 32位控制內(nèi)核和ARM Cortex-M3通信內(nèi)核

　　?高達(dá)1.5MB和232KB的SRAM嵌入式閃存，用于應(yīng)用存儲器和程序存儲器

　　?集成模擬外圍器件，包括24條12位ADC通道、6個模擬比較器和27PWM輸出通道

　　?集成通信，包括USB、10/100以太網(wǎng)、I2C、SPI和CAN外圍器件

　　?單電源運行

　　?集成上電重置和斷電重置功能

　　所有電表系統(tǒng)基礎(chǔ)均不超過主處理單元的模擬處理能力。利用C2000雙核器件的模擬功能，我們可以輕松地實現(xiàn)要求電壓，以及單相和三相交流電測量要求的電流監(jiān)測功能，并能對更高輸出直流型系統(tǒng)的輸出水平進(jìn)行監(jiān)測。為了簡化本文的一些圖，我們把系統(tǒng)分解成2個子部分：

　　1、 受監(jiān)測的電源本身

　　2、 系統(tǒng)的低壓通信端

　　由于我們正處理低壓和高壓系統(tǒng)，因此我們還必須考慮高壓和低壓系統(tǒng)之間的隔離要求。盡管C2000雙核器件可以處理功率級控制，但本文僅側(cè)重于更高級別的測量和通信。

　　電表應(yīng)用的C2000雙核微控制器

　　如前所述，電動車充電器目前分為三類：1級和2級代表交流充電，3級為直流快速充電。在1級和2級系統(tǒng)中，充電站構(gòu)架看起來與大多數(shù)智能電網(wǎng)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)電表應(yīng)用非常類似。這種電表簡單地連接一個單相或者三相交流電源（公共電網(wǎng)），系統(tǒng)內(nèi)沒有功率控制級。它的工作原理與家用電表完全一樣，其監(jiān)測通過系統(tǒng)的電流，只是增加了與充電電動車之間的通信，并作為一個支付網(wǎng)關(guān)，它還可能會包含安全斷開功能。1級和2級充電器都使用電動車板上充電系統(tǒng)，其包括功率因數(shù)校正增壓級和高壓直流充電電路。1級充電器基于標(biāo)準(zhǔn)的120/240V交流級別，提供最大16安培的充電電流。2級充電可使用240V交流或者480V三相交流，但兩者都被限定為32A。另外，在1級或者2級情況下，充電器僅充當(dāng)通用電網(wǎng)和接受充電電動車之間的一個電表功能，沒有能量轉(zhuǎn)換級。

　　圖1 “智能”固定充電站的簡化信號鏈

　　直流快速充電系統(tǒng)的工作方式很不同，它把交流電源電壓級別轉(zhuǎn)換為增壓DC直流級別，能夠提供高達(dá)400安培的電流。盡管1級或者2級充電器可在4到8小時內(nèi)完成普通電動車的充電，但是直流增壓充電器卻可在20到30分鐘內(nèi)完成相同的充電工作。相比3級充電器，1級和2級的功率級非常不同，但是這種電表應(yīng)用常用于所有這三種充電器，因為測量輸入始終為交流電源，并且在所有PFC級前面。