Level 3混合動力汽車電池充電器設(shè)計方案詳解

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 Level 3混合動力汽車電池充電器設(shè)計方案詳解 *儀器（TI）公司的Level 3電動/混合動力汽車電池充電器采用數(shù)字功率控制器、通信器件、高性能驅(qū)動器以及接口器件。Level 3充電器包括從AC產(chǎn)生DC電壓的帶PFC的AC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，其器件是實時C2000系列MCU。 插入式混合電動車（PHEV）和電池電動車（BEV）是兩種正在日益興起的技術(shù)，它們采用強大的電機和高壓電池組作為動力和能量源。由于電池具有一個確定的能量性能，因此PHEV和BEV必須周期性的開展補充，一般是通過連接電網(wǎng)開展補充。這樣做的時候，一些形式的通信（PLC，無線或RF

2、ID）可能被用于管理充電活動并幫助對車輛或車主開展，從而開展計費。Level 3充電在公共充電領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，以降低充電時間，并使用戶可以從充電過程中更多的受益。 針對汽車的Level 3充電系統(tǒng)包括一個AC/DC轉(zhuǎn)換器，用于從一個AC線生成一個DC電壓。即將充入的電量將需要開展功率因數(shù)校正（PFC）以提升功率因數(shù)，從而滿足地區(qū)性的規(guī)則標準。在反極器的中心是一個實時C2000微控制器。這個控制器經(jīng)過編程為控制回路實現(xiàn)所需的電源管理功能，包括采用PCF的AC/DC和DC/DC，從而為電池創(chuàng)立所需的元素。C2000控制器包括先進的外設(shè)，如高精度PWM輸出和ADC，其設(shè)計用于讀取ADC并在一個單

3、獨的時鐘循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)PWM，以實現(xiàn)實時控制。 圖1 DK-LM3S9B96開發(fā)板方框圖 由于C2000管理著電源，因此主機控制器有責任采用通信模塊所提供的信息和感應(yīng)的溫度來驅(qū)動與板上電池組的直接通信。充電狀態(tài)所需要的信息會傳送到功率控制器，重要的充電診斷和電池狀態(tài)將發(fā)送到Level 3充電系統(tǒng)的顯示器。 出于安全方面的考慮，在處理器與電源和電壓之間，以及通信總線與外部環(huán)境之間需要開展隔離處理。TI的數(shù)字隔離器具有由TI二氧化硅（SiO2）隔離阻障分隔開的邏輯輸入和輸出緩沖器，提供了4kV的隔離電壓。在與隔離的電源聯(lián)合應(yīng)用時，這些器件阻隔了高電壓，隔離接地電壓并防止了噪聲電流進入地面，影響和破壞敏

4、感型的電路。高性能模擬部件可用于提供重要的系統(tǒng)功能，如MOSFET驅(qū)動器、感應(yīng)器反應(yīng)、芯片電源和通信收發(fā)器。 簡易系統(tǒng)上的通信可以通過一個單獨的處理器開展控制。像Level 3充電系統(tǒng)這樣、更多的具有復(fù)雜顯示器和線性計帳/功能的系統(tǒng)可能都需要第二個控制器。采用的一個低頻NarrowBand PLC （LF NB PLC）解決方案在帶寬、功率和成本要求方面提供了一個較好的配置。在窄帶域（頻率高達500kHz）運行保證了數(shù)據(jù)的完整性，同時使系統(tǒng)成本降低。這樣一來，這一標準將會權(quán)衡現(xiàn)有的電源線架構(gòu)，并提供了一個集成智能監(jiān)視的高性價比方式，并對新的汽車系統(tǒng)開展控制。數(shù)據(jù)率可以根據(jù)現(xiàn)有標準，在1.2kb

5、ps至上百kbps間變化。在plcSUITE 資源庫中提供了TI的PLC軟件，并使用戶可以在一種設(shè)計中支持數(shù)種調(diào)制和標準。開發(fā)者可以在一個單獨的設(shè)計中執(zhí)行SFSK ICE61334，PRIME和G3標準以及FlexOFDM標準，實現(xiàn)OFDM的定制化，并對于即將推出的標準具有適用性。另外，可能需要將無線通信和/或RFID用作為第二通信協(xié)議及和計費的方式。 Stellaris LM3S2000系列，設(shè)計用于控制器局域網(wǎng)（CAN）應(yīng)用，利用Bosch CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（這是短程工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的黃金標準）拓展了Stellaris系列。它的推出標志是采用革命性ARM Cortex-M3內(nèi)核的CAN性能的首次集成

6、。另外，幾款LM3S2000系列MCU也編輯在存儲器ROM的StellarisWare軟件特性中。 TI將32位性能和ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器的所有優(yōu)勢滲透到微控制器高場的方方面面。對于目前的8位和16位MCU用戶而言，采用Cortex-M3內(nèi)核的Stellaris系列提供了對于強大的開發(fā)具系統(tǒng)、軟件和行業(yè)知識的直徑訪問路徑。那些將更換使用Stellaris的設(shè)計者將獲益于大量的工具、小代碼占位空間和出色的必能。而且更為重要的是，設(shè)計者可以在對$11GHz的兼容發(fā)展路線圖充滿信心的根底上開展ARM子系統(tǒng)。對于目前32位MCU的用戶而言，Stellaris系列提供了采用Cortex

7、-M3和Thumb-2指令集的實現(xiàn)產(chǎn)品。通過極為快速的響應(yīng)，Thumb-2技術(shù)整合了16位和32位指令，以提供代碼密度和性能方面的良好平衡。Thumb-2與32位代碼相比，所有存儲器降低了26%，卻提供了高出25%的性能。*儀器Stellaris系列微控制器是ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器，將高性能的32位計算帶入到了成本敏感型的嵌入式微控制器應(yīng)用中。這些開創(chuàng)性的產(chǎn)品讓客戶可以通過相當于之前8位和16位器件的價格實現(xiàn)32位的性能，所采用的都是一個小引腳的封裝。 LM3S2B93微控制器特性 LM3S2B93 MCU主要特性： ? ARM Cortex-M3處理器內(nèi)核 80-MHz工作頻

8、率：100 DMIPS性能 ARM Cortex SysTick計時器 嵌套式適量中斷控制器 （NVIC） ?片上存儲器 達50 MHz 的256 kB 單循環(huán)閃存；預(yù)取緩沖器將性能提高至50MHz 以上 96kB單循環(huán)SRAM 內(nèi)部ROM，載有StellarisWare軟件 ? Stellaris外設(shè)驅(qū)動器資料庫 ? Stellaris啟動加載器 ?加密標準（AES）密碼使用表 ?循環(huán)冗余碼校驗 （CRC）錯誤檢測功能 ?外部外設(shè)接口 （EPI） 適用于外部外設(shè)的8/16/32位專用型平型總線 支持SDRAM， SRAM/閃存，F(xiàn)PGAs，CPLDs ?先進的串行集成 兩個CAN 2.0 A

9、/B控制器 三個UART，具有IrDA和ISO 7816支持（一個具有解調(diào)器控制和狀態(tài)的UART） 兩個I2C模塊 兩個同步串行接口模塊（SSI） 集成型芯片音頻（I2S） 模塊 ?系統(tǒng)集成 直接存儲器訪問控制器（DMA） 包括片上高精度16MHz振蕩器的系統(tǒng)控制和時鐘 四個32位計時器（8個16位） 8個捕捉比較PWM引腳（CCP） 低功耗電池包休眠模塊 休眠模塊中的實時時鐘 兩個看門狗計時器 ?一個脫離主振蕩器的計時器 ?一個脫離高精度內(nèi)部振蕩器的計時器 67 GPIO，取決于具體配置 ?高度靈活的引腳結(jié)合，允許采用 GPIO或多種外設(shè)功能中的一種 ?獨立的可配置為2mA、4mA或8mA驅(qū)

10、動性能 ?4個GPIO可以具有18 mA的電流驅(qū)動性能 ?先進的運動控制 八個PWM輸出，適用于運動和能源應(yīng)用 四個故障輸出，可推進低延遲關(guān)斷 兩個積分編碼器輸入 （QEI） ?模擬 圖2 DK-LM3S9B96開發(fā)板PCB頂層元件布局圖 兩個10位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），具有16個模擬輸入通道和每秒百萬樣品的采樣率 三個模擬比較器 16個數(shù)字比較器 片上穩(wěn)壓器 ? JTAG和ARM串行線調(diào)試（SWD） ? 100引腳 LQFP封裝 ? 108-球BGA封裝 ?工業(yè) （-4085） 溫度范圍 LM3S2B93微控制器面向工業(yè)應(yīng)用，包括遠程監(jiān)視、電子銷售點設(shè)備、測試測量設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和開關(guān)、工廠自

11、動化、HVAC和樓宇控制、游戲機、運動控制、傳輸、防火和安全等。 對于要求較大功率轉(zhuǎn)換的應(yīng)用，LM3S2B93微控制器具有用于電池的休眠模塊，可以將LM3S2B93在不活動期間的功率有效降低到低功率狀態(tài)。利用上電/掉電時序器，持續(xù)的時間計數(shù)器（RTC），一對匹配存放器，一個面向系統(tǒng)總線的APB接口和專用的非易失性存儲器，休眠模塊使得LM3S2B93微控制器完全適用于電池應(yīng)用。 另外，LM3S2B93微控制器提供的很多ARM的優(yōu)勢廣泛適用于開發(fā)工具，系統(tǒng)級芯片（SoC）架構(gòu)IP應(yīng)用和大的用戶社區(qū)。 另外，微控制器采用ARM的Thumb兼容型Thumb-2指令集，以降低存儲器的要求，進而降低成本。

12、LM3S2B93微控制器與擴展型的Stellaris系列中的所有產(chǎn)品都兼容；提供了靈活性以滿足客戶的高精度的要求。 其中各元件如下： ? R1復(fù)位上拉電阻器 ? C1復(fù)位輸入濾波電容器 ? C3 LDO調(diào)節(jié)器濾波電容器 ? C2，C4-C6，C11 VDD去耦電容器 ? C7，C18 VDDC去耦電容器 ? C12-C17晶體負載電容器 ? Y1以太網(wǎng)晶體 ? Y2主振蕩器晶體 ? Y3休眠模塊晶體 ? R3以太網(wǎng)RBIAS電阻器 ? R2休眠振蕩器電阻器 ? R5 USB RBIAS ? R4 MDIO上拉電阻器 Stellaris LM3S9B96開發(fā)板 Stellaris LM3S9B9

13、6開發(fā)板提供了一個平臺用于開發(fā)系統(tǒng)，具有LM3S9B96 ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器的性能。 LM3S9B96是Stellaris Tempest-class微控制器系列的成員。Stellaris Tempest-class器件所具有的性能包括80 MHz的時鐘速度，一個外部外設(shè)接口（EPI）和音頻I2S接口。除了具有新的硬件支持這些特性外，DK-LM3S9B96板包括Stellaris板有具有的豐富的外設(shè)集。 開發(fā)板包括一個板上在電路調(diào)試接口（ICDI），支持JTAG和SWD兩種調(diào)試。一個標準的ARM 20引腳調(diào)試頭支持一個陣列的調(diào)試解決方案。 Stellaris LM3S9B9

14、6開發(fā)套件加速了Tempest-class微控制器的開發(fā)。套件還包括更多的例如應(yīng)用和完整的資源代碼。 Stellaris LM3S9B96開發(fā)板主要特性： ?簡易的設(shè)置USB線提供調(diào)試、通信和功率 ?具有多種外設(shè)的靈活開發(fā)平臺 ?彩色LCD圖片顯示器 TFT LCD模塊，具有320240的分辨率 電阻性觸摸界面 ? 80 MHz LM3S9B96微控制器，帶有256k Flash，96k SRAM，和集成型MAC+PHY，USB OTG和CAN通信 8 MB SDRAM （插入式 EPI 選項板） EPI break-out板 （可選插板） ? 1 MB串行閃存 ?高精度3.00 V 基準電壓

15、 ?微控器ROM中的SAFERTOS操作系統(tǒng) ? I2S立體聲音頻編解碼器 線性輸入/輸出 耳機輸出 ?控制器局域網(wǎng) （CAN）接口 ? 10/100 以太網(wǎng) ? USB On-The-Go （OTG）連接器 ?器件，主機和OTG模式 ?用戶 LED和按鈕 ?指輪分壓計 （可用于菜單導(dǎo)航） ? MicroSD卡插槽 ?支持廣泛的調(diào)試選項 集成型在電路調(diào)試接口 （ICDI） 完全支持 JTAG、SWD和 SWO 標準的ARM 20-pin JTAG調(diào)試連接器 ? USB實體COM端口 ?跳線分流器可方便的再分配I/O資源 ?采用支持Keil RealView微控制器開發(fā)套件（MDK-ARM）的工具、IAR嵌入式工作平臺、編碼資源GCC開發(fā)工具、紅色代碼技術(shù)開發(fā)工具或TI代碼編譯器Studio IDE ?由StellarisWare軟件開展支持，包括圖片庫，USB庫和外設(shè)驅(qū)動器庫。 ?可選的擴展板，與外部外設(shè)接口（EPI） DK-LM3S9B96開發(fā)板共同工作，擴 展了這個開發(fā)平臺（單獨售賣）的性能 Stellaris 閃存和SRAM存儲器擴展板 （DK-LM3S9B96-FS8） （單獨售賣） ? 提供閃存，SRAM和提升性能的LCD接口 Stellaris FPGA擴展板（DK-LM3S9B96-FPGA） （單獨