基于DSP控制的燃料電池客車用DCDC變換器研究

基于DSP控制的燃料電池客車用變換器研究DC/DC摘要：實現(xiàn)了一種全集成可變帶寬中頻寬帶低通濾波器，討論分析了跨導放大器-電容(OTA-C)連續(xù)時間型濾波器的結(jié)構(gòu)、設(shè)計和具體實現(xiàn)，使用外部可口程□□□□□□□□□□□□□□,□□□ ADS□□□□□□□□□□□□證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為1證。仿真結(jié)果表明，該濾波器帶寬的可調(diào)范圍為1口26MHz,□□□□□□□35dB,帶內(nèi)波紋小于0口5dB,采用1口8V電源，TSMC0口18p35dB,帶內(nèi)波紋小于□□□,□□□□ 21□□□,□□□□ 21mW□頻響曲線接近理想狀態(tài)。關(guān)鍵詞：摘要：簡要介紹了研究燃料電池客車用數(shù)字化□□□□□□□□ DC/DC□□□□□□□□□□,□□□□□的控制系統(tǒng)硬件電路平臺以及控制系統(tǒng)的軟件,并給出了燃料電池客車用kWBoost□□□□□□□□□□□□□□□□□DC/DC□□□□□□,□ BoostTMS320LF2407A90DC/DC□□□□□□□□□□軟開關(guān)和可編程的數(shù)字化控制,具有良好的輸出和響應特性,可以滿足燃料電池客車復雜的控制要求及城市工況運行要求,并且已經(jīng)在城市工況下示范運行。關(guān)鍵詞： 燃料電池客車；0引言能源短缺及環(huán)境污染的問題成為當今世界迫切需要解決的綜合問題,而傳統(tǒng)的汽車工業(yè)便是能源與環(huán)境最大殺手之一,發(fā)展清潔、高效的汽車新動力□□□□□□□□□□□□□□□□ (FuelCell)就是這樣一種綠色能源技□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□ DC/DC□□□□□□□□□電壓變換后給主驅(qū)動電機及其控制系統(tǒng),滿足它們輸入特性的要求,這樣就使得燃料電池輸出特性變“硬”,并且匹配了變換器的輸出阻抗,所以具有良好□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ DC/DC□□□□□制就成為迫切的需求。近年來DSP□□□□□□□,□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□ DC/DC變□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□ DC/DC□□□,□我國的電動汽車的發(fā)展和普及,將具有十分重要的理論意義和工程應用價值。lDC/DC□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□ DC/DC□□□□□□□DC/DC變換器主電路結(jié)構(gòu)簡單；工作效率高,顯著提高整車的經(jīng)濟性；且自身工作頻率高,具有高響應速度,易于實現(xiàn)復雜多變的輸入輸出特性,可以滿足不同控制策略的要求。所以,燃料電池客車用功率混合轉(zhuǎn)換裝置放棄了全橋式逆變的主電路□□□□□□□Boost和Buck□□□□□□□DC/DC□□□□□□□□□：□□□□□ (BoosfConventer)、降壓變

換器(Buckconverter)□□□□□□□(Boost-Buckconverter),□□□□□汽車中主要采用升壓或降壓變換器，其原理圖如圖I和圖2所示。以圖2Boost□□□□□,□□□□□□□□□：□□□□S換器(Buckconverter)□□□□□□□(Boost-Buckconverter),□□□□□汽車中主要采用升壓或降壓變換器，其原理圖如圖I和圖2所示。以圖2Boost□□□□□,□□□□□□□□□：□□□□S導通時，電流Iin流過電感L,電流線性增加，電能以磁能形式儲存在電感線圈中。此時，電容C放電，負載上流過電流 Io并在其兩端形成輸出電壓Vo,極性上正下負。因為開關(guān)管通過開關(guān)管放電。開關(guān)管兩端的電壓極性，以保持VFC□□,□□□S導通，二極管 D陽極口口極，S由導通變?yōu)榻刂箷r，電感Iin的不變。這樣磁能轉(zhuǎn)化成的電壓Vo□□□□□□C、負載供電。高于D承受反壓，所以電容不能L中的磁場將改變線圈 LV1□□□□□Vo時，電容C有充電電流；等于Vo□，□□□□□□；□ Vo□□□□□□，□□□□□□□，□□Vo不變。由于VL+VFC□□□□□□， V。高于VFC，從而有了升壓的結(jié)果。2基于 TMS320LF2407A的控制電路硬件設(shè)計采用數(shù)字信號處理器作為開關(guān)電源的控制器不僅可以克服分立元件過多、電路可靠性差、電路復雜等缺點，還可以解決單片集成控制器不靈活的弱點；而且DSP□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□點，具有強大的數(shù)字處理功能。TMS320LF2407A□□□□□ (TI)公司24X系列DSP控制器的成員，它在電機的數(shù)字化方面已經(jīng)得到了廣泛的應用，通過編程和外部電路的配合，完傘□□□□□□□□□□□ DC/DC□□□□□□□□□ 3□□□□□□□□□，□□□□□ TMS320LF2407A□□□，□□□□□□□□□□□□□□□□的各項控制功能：⑴通過濾波電路對傳感器輸入信號進行處理，然后由 ADC采樣電路進行數(shù)字采樣并送入中央處理器：(2)由TMS320LF2407A直接生成 PWM□□□□，□□□□□□□□□□控制功率開關(guān)管的開通與關(guān)斷；⑶利用處理器內(nèi)部的 I/O□□□□□□□□□□□□□□□，□□：指示燈顯示、電路的緩吸、接觸器的控制、散熱風扇的開關(guān)控制等；(4)通過CAN2.0□□□□□□□□□□□□□□□□□□□燃料電池客車數(shù)據(jù)采樣電路的目的是獲取系統(tǒng)的輸出電壓、電流控制反饋信號；功率器件的溫度、電流、電壓保護反饋信號。信號傳輸給控制板通過TMS320LF2407A□□□□□ 10□□□□□□□□□ /□□□□□□□□□ (ADC)后進行數(shù)據(jù)運算和邏輯判斷。該 10位ADC是高速ADC，□□□□□□□□□500ns，對于 20口50kHz□□□□□□□，□□□□□□□□□□□□□□□，□□□□DC/DC□□□□□□□□□□□在DC/DC□□□□□，□□□□□□□□□□□，□□□□□□□□□□，□□DC/DC□□□；□□□□□□； IGBT□□□□□□□□；□□□□熱等。對于以上異常狀態(tài)，都從硬件電路上給予充分設(shè)計并采取相應的保護措施。3控制系統(tǒng)軟件設(shè)計控制系統(tǒng)負責整個變換過程的控制和通訊，實現(xiàn)過程的數(shù)字化。燃料電□□□□□□□ DC/DC□□□□□□□□□□ C語言和匯編語言混合編制，在完成其控制功能的同時，力求程序結(jié)構(gòu)合理簡單，以適應大功率開關(guān)電源對控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性的要求。軟件的整體結(jié)構(gòu)控制軟件主要包括以下幾個部分：采樣處理環(huán)節(jié)；由采樣值來計算輸出□□,□□□□□□□□□□ PWM□□□□；CAN□□□□□□□□□□□□輸出的電流、電壓值、溫度、狀態(tài)碼等信息；中斷服務程序；故障處理及保護功能程序?？刂葡到y(tǒng)初始化程序和主程序流程圖如圖 4所示。為了提高軟件的運行效率，把不需要及時處理的部分放在主程序里而，□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□ PWM波形的調(diào)制等需要進行周期處理的工作和必須進行及時處理的工作利用中斷方式來處理。另外CAN□□□□也□□□□□□□□□□□,□□□收到□□□□決定具體的工作模式和工作參數(shù)并對變換過程進行調(diào)整。數(shù)字PlD控制簡要設(shè)計PID□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□術(shù)中得到廣泛的應用。它是一種按照被控制量偏差的比例、積分和微分通過線性組合進行控制的方法，其控制規(guī)律為式中：K為比例系數(shù)；e為電壓偏差信號；Ti□□□□□□□；Td□□□□□□□；uo為初始值。由于數(shù)字PID控制是一種采樣控制，它根據(jù)采樣時刻的偏差值計算控制量，在式 (10中的積分和微分項不能直接準確計算，因此在本控制系統(tǒng)中采用了增量式PID算法，其控制規(guī)律的數(shù)值公式為式中：T為采樣周期。由式(2)可以看出，增量式算法只需要保存前三個時刻的偏差值，占用空間小，計算誤差或精度不足時對系統(tǒng)影響小，累計誤差同樣也比較小，而且在每次重新啟動時，可以在原來的基礎(chǔ)上進行控制，減少系統(tǒng)的響應時間。同時也避免了因偶然因素造成控制器的輸出做大幅度的劇烈變化，使系統(tǒng)的可靠性大大提高?！酢酢酢酢?PID控制器的參數(shù)主要是通過試驗來確定。系統(tǒng)的采樣周期就是DC/DC□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□□□□ PID的算法嵌套在ADC的中斷處理程序之中。3.3可編程數(shù)字化輸入輸出特性控制□□□□□□□□□□ DC/DC□□□□□□□□□□□□ IOOV左右，需要設(shè)定輸入欠壓保護，防止燃料電池電壓過低導致故障?；谇穳罕Ｗo程序?qū)崟r高速采樣對達到欠壓點后進行功率限制，保證燃料電池正常工作，同時可以根據(jù)燃料電池和整車需求的變化進行數(shù)字化設(shè)置。DC/DC□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□□□□□□□ (ECU)□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□ 5所示。由ECU通過CAN□□□□□,□□□□□□□□□□CAN□□□□□□□□□,□□□□□□□□□□□□□□4試驗結(jié)果及技術(shù)參數(shù)□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ 90kWBoostDC/DC變換器、100kW□□□□□□□□□□□□□□□□□ PC□□□□□□□□□□□□□□□□□□□ IGBT□□□□□□,PWM□□□□□□□□□□□ 6所,□□□□□□□□, Boost□□□□□□□□□□□□□□□□□□□想，變換器的開關(guān)功率損耗較小。系統(tǒng)的輸出響應曲線如圖 7所示，從圖7中可以看到，系統(tǒng)的輸出電壓從380V降到340V只需要不到200ms□□□，□□□□□□□□□□□□□□控制精度較高?！酢酢酢酢酢酢酢?90kWBoostDC/DC□□□□□□□□□：(1)輸入電壓 DCD350V：(2)輸出電壓 DC350口450V：TOC\o"1-5"\h\z(3)輸出電流 200口250 A；(4)□□□□□□□ □97口:(5)輸出紋波 DlD：⑹通過CAN通□□□具有□□□□外□□□□，□□□□□□□□□壓；(7)系統(tǒng)的自主控制與整車控制器 (ECU)□□□□□□□□□□□□□5結(jié)語□□□□□□□□□□□□□□ 90kWBooslDC/DC變換器采用IGBT作為功率開關(guān)管，具