專利名稱：基于dsp的數(shù)控船用電源充電機的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，屬于電力電子技術領域。
背景技術：
充電機以往多是以磁飽和或可控硅為基本元件的老式產(chǎn)品，隨著電力電子技術的 快速發(fā)展，各種新型的半導體功率器件和專用集成觸發(fā)芯片不斷地被開發(fā)出來。特別是微 電子技術、智能功率集成電路、微機控制技術發(fā)展與相互融合，極大地促進了電源充電機設 計向大功率、小型化、低成本、高性能的方向發(fā)展。無論是在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、國防裝 備、醫(yī)療衛(wèi)生、辦公與家用電器都大量使用各式各樣的電源充電機。目前，高頻開關充電機的控制技術可分為兩類第一類是采用單片集成PWM控制 器件，這類器件具有精度高、抗干擾能力強、開關頻率高、外接元件少等優(yōu)點，而且調試簡 便，使用可靠；第二類是采用微機控制技術，該類控制器由于采用數(shù)字運算因而性能穩(wěn)定， 產(chǎn)生的PWM信號對稱度好、易調整，還能實現(xiàn)系統(tǒng)的智能控制，是國內高頻開關電源開發(fā)研 究的一個熱點。
發(fā)明內容本實用新型的目的在于提供一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，具有硬件電路 簡單、控制精度高、運行靈活、抗干擾能力強和高性能價格比的特點，可實現(xiàn)對電池的自動 充電和智能保護，并能有效的保護被充電電瓶及用電設備。本實用新型為了達到上述目的，采用如下的技術方案提供一種基于DSP的數(shù)控 船用電源充電機，由DSP處理器控制單元、PWM信號隔離驅動單元、DC/DC半橋變換單元、 系統(tǒng)參數(shù)在線檢測單元和人機接口單元組成，DSP控制單元采用TMS320F2407芯片與采用 EXB84芯片的PWM信號隔離驅動單元連接，DSP控制單元還與采用高帶寬運放TL062芯片和 運放CA3140芯片的系統(tǒng)在線檢測單元的蓄電池充電電壓檢測、電流檢測和溫度檢測單元 連接，人機接口單元與DSP控制單元互聯(lián)，輸入整流濾波電路與DC/DC半橋逆變主電路連接 后與PWM信號隔離驅動單元和電壓檢測單元連接。所述DSP處理器控制單元采用了 DSP控制器TMS320F2407產(chǎn)生可變頻、變寬PWM 信號，由EXB84驅動后控制半橋式高頻開關充電電源主回路中IGBT的通與斷，IGBT導通時 間的長短由PWM信號脈沖寬度來決定；由TMS320LF2407內置的多通道的10位同步A/D轉 換器，對DC/DC半橋變換單元逆變器輸出的蓄電池充電電壓、充電電流，蓄電池溫度參數(shù)進 行在線檢測，并送入DSP進行分析和處理，得到相應的控制信號，實現(xiàn)對電池的自動快速充 電和智能保護。所述DC/DC半橋變換單元輸出對蓄電池充電電壓在線檢測單元，采用高帶寬運放 TL062進行有源積分電路對DC/DC半橋變換單元輸出電壓進行采樣檢測，采樣檢測信號送 DSP控制器TMS320LF2407內置的10位同步A/D進行轉換。所述蓄電池充電電壓檢測單元 電路連接關系為DC/DC半橋變換單元的輸出電壓Vin連接電阻Rl與R3構成的串聯(lián)分壓電路，經(jīng)電阻R2與高帶寬運放TL062A的第2引腳相連接，TL062A的第3引腳經(jīng)電阻R4接地， 第4引腳接+12V電源，第8引腳接-12V電源，第2引腳經(jīng)電阻R5與第1引腳連接，第2引 腳經(jīng)電容Cl與第1引腳連接，第1引腳經(jīng)電阻R6與DSP控制器TMS320LF2407的ADCIN4 引腳連接，第1引腳還與Dl與D2連接，Dl另一端接+5V電源，D2另一端接地。所述蓄電池充電電流在線檢測單元，采用高帶寬運放TL062進行有源積分電路對 逆變器充電電流進行檢測采樣，采樣信號送DSP控制器TMS320LF2407內置的10位同步A/ D進行轉換。所述蓄電池充電電流檢測單元電路連接關系為蓄電池充電電流經(jīng)電阻R7與高 帶寬運放TL062A的第2引腳相連接，TL062A的第3引腳接地，第4引腳接+12V電源，第8 引腳接-12V電源，第2引腳經(jīng)電阻R8接-2. 5V電源，第2引腳經(jīng)電阻R9與第1引腳連接， 第1引腳經(jīng)電阻RlO與DSP控制器TMS320LF2407的ADCIN5引腳連接，第1引腳還與D3與 D4連接，D3另一端接+5V電源，D4另一端接地。所述系統(tǒng)蓄電池溫度在線檢測單元，其工作原理為蓄電池溫度檢測電路由運放 CA3140和二極管IN4148及一個PNP管組成，利用PN結的溫度特性，當PN結的溫度每升高 1°C，PN結兩端的電壓就會下降2. 5mV。所述蓄電池溫度檢測單元電路連接關系為高輸入阻 抗運放CA3140第2引腳經(jīng)電阻R12與+12V電源相連接，第2引腳經(jīng)電容C3、電阻Rll與 +12V電源相連接，第2引腳經(jīng)電容C2接地，第2引腳經(jīng)D5接地，第4引腳接-12V電源，第 7引腳接+12V電源，第6引腳與三極管PNP的基極連接，當蓄電池溫度超過設定值時，三極 管PNP發(fā)射極電壓Vt為高電平信號，送入DSP控制器TMS320LF2407進行異常處理。本實用新型基于DSP的數(shù)控船用電源充電機具有以下優(yōu)點1.本實用新型充電機DSP以一片TMS320F2407芯片和少量外圍電路即可構成完整 的控制系統(tǒng)，由于充分利用了 DSP內部資源，使系統(tǒng)硬、軟件設計達到了最小化。2.本實用新型比采用模擬電路有了較大簡化，而且成本低、可靠性高、調試方便， 特別是可以在線修改控制軟件，而無需對硬件電路做改動，就可適應不同負載的技術參數(shù)， 充分體現(xiàn)出了數(shù)字控制的優(yōu)勢。3.本實用新型的充電機具有硬件電路簡單、控制精度高、運行靈活、抗干擾能力強 和高性能價格比的特點，可實現(xiàn)對電池的自動充電和智能保護，可作為一種以磁飽和或可 控硅為基本元件的老式產(chǎn)品的更新?lián)Q代產(chǎn)品；本充電機能有效的保護被充電電瓶及用電設 備，特別適合于海上船用電源充電機兼作穩(wěn)壓電源使用的要求。

圖1是本實用新型一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機的系統(tǒng)構成圖。圖2是本實用新型的產(chǎn)生PWM波形軟件流程圖。圖3是本實用新型蓄電池充電電壓檢測電路圖。圖4是本實用新型的蓄電池充電電流檢測電路圖。圖5是本實用新型的蓄電池溫度檢測電路圖。
具體實施方式
下面以具體實施例結合附圖對本實用新型作進一步說明實施例1 本實用新型提供一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，系統(tǒng)構成如圖1所示，由DSP處理器控制單元、PWM信號隔離驅動單元、DC/DC半橋變換單元、系統(tǒng)參數(shù)在線 檢測單元和人機接口單元組成，DSP控制單元采用TMS320F2407芯片與采用EXB84芯片的 PWM信號隔離驅動單元連接，DSP控制單元還與采用高帶寬運放TL062芯片和運放CA3140 芯片的系統(tǒng)參數(shù)在線檢測單元連接，人機接口單元與DSP控制單元互聯(lián)，輸入電壓經(jīng)整流 濾波后加到DC/DC半橋逆變主電路與PWM信號隔離驅動單元連接。本實用新型是一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，工作過程是輸入的電壓經(jīng) 輸入整流濾波后加到半橋變換電路整流濾波，DSP控制器TMS320F2407產(chǎn)生可變頻、變寬 PWM信號，由EXB84驅動后控制半橋式高頻開關充電電源主回路中IGBT的通與斷，IGBT導 通時間的長短由PWM信號脈沖寬度來決定；由TMS320LF2407內置的多通道的10位同步A/ D轉換器，對蓄電池充電電壓、充電電流、蓄電池溫度參數(shù)進行在線檢測，并送入DSP進行分 析和處理，得到相應的控制信號，實現(xiàn)對電池的自動快速充電和智能保護。本實用新型利用TMS320F2407芯片的外部事件管理模塊EV，可同時產(chǎn)生8路PWM 波形輸出；由3個帶可編程死區(qū)控制的比較產(chǎn)生獨立的3對、以及由GP定時器比較產(chǎn)生的 2個獨立PWM波形輸出；對PWM頻率的變動可根據(jù)需要改變PWM的載波頻率；在每個PWM周 期內以及之后可根據(jù)需要改變PWM脈沖的寬度；外部可屏蔽的功率驅動保護中斷；自動重 裝載的比較和周期寄存器使CPU的負擔最小，系統(tǒng)產(chǎn)生可變頻、變寬PWM波形軟件流程如圖 2所示。在圖1中輸入電壓經(jīng)整流濾波后加到半橋變換主電路，DSP控制器TMS320F2407產(chǎn) 生脈寬可調PWM波形，由EXB84驅動后控制半橋式高頻開關充電電源主回路中IGBT的通與 斷，IGBT導通時間的長短由脈沖寬度來決定。利用TMS320LF2407內置的多通道的10位同步A/D轉換器，可在線檢測DC/DC半 橋變換單元對蓄電池充電電壓、充電電流、蓄電池溫度等參數(shù)和各種狀態(tài)信息，以實現(xiàn)對電 池的自動快速充電和智能保護。其中DC/DC半橋變換單元對蓄電池充電電壓檢測的電路參 見圖3，蓄電池充電電流檢測的電路參見圖4，蓄電池溫度檢測電路參見圖5。本系統(tǒng)需要監(jiān) 測各個采集量的采樣速度要求低，且DSP完成一次A/D轉換僅需375ns，能滿足系統(tǒng)參數(shù)在 線檢測的實時性。半橋變換單元開機后，要經(jīng)過一段軟起動時間讓輸出電壓緩慢上升至額定電壓， 以避免對變壓器與負載的沖擊。一旦系統(tǒng)發(fā)生過電流、過電壓或其他非正常情況，則進入 NMI中斷服務子程序，封鎖DSP的PWM脈沖輸出，起到快速保護作用。本實用新型還通過軟件在充電控制策略上采用了分級定流充電和脈動充電相結 合的方法，將充電過程分幾段曲線，充電電流呈逐級遞減的趨勢，而每段曲線采用恒流脈沖 充電法，并且在正脈沖后，進行短暫的停充，在停充中加入放電脈沖。這種充電方法結合了 分級定流充電法和脈動充電法的優(yōu)點，使充電曲線在總體上逼近蓄電池最佳充電曲線。本實用新型基于DSP的數(shù)控船用電源充電機具有硬件電路簡單、控制精度高、運 行靈活、抗干擾能力強和高性能價格比的特點，可實現(xiàn)對電池的自動充電和智能保護，特別 適合于海上船用電源充電機兼作穩(wěn)壓電源使用的要求。
權利要求一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，其特征在于由DSP處理器控制單元、PWM信號隔離驅動單元、DC/DC半橋變換單元、系統(tǒng)參數(shù)在線和人機接口單元組成，DSP控制單元采用TMS320F2407芯片與采用EXB84芯片的PWM信號隔離驅動單元連接，DSP控制單元還與采用高帶寬運放TL062芯片和運放CA3140芯片的系統(tǒng)在線檢測單元的蓄電池充電電壓檢測、電流檢測和溫度檢測單元連接，人機接口單元與DSP控制單元互聯(lián)，輸入整流濾波電路與DC/DC半橋逆變主電路連接后與PWM信號隔離驅動單元和電壓檢測單元連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，其特征在于所述蓄電池 充電電壓檢測單元電路連接關系為DC/DC半橋變換單元的輸出電壓Vin連接電阻Rl與 R3構成的串聯(lián)分壓電路，經(jīng)電阻R2與高帶寬運放TL062A的第2引腳相連接，TL062A的第 3引腳經(jīng)電阻R4接地，第4引腳接+12V電源，第8引腳接-12V電源，第2引腳經(jīng)電阻R5 與第1引腳連接，第2引腳經(jīng)電容Cl與第1引腳連接，第1引腳經(jīng)電阻R6與DSP控制器 TMS320LF2407的ADCIN4引腳連接，第1引腳還與Dl與D2連接，Dl另一端接+5V電源，D2 另一端接地。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，其特征在于所述蓄電池 充電電流檢測單元電路連接關系為蓄電池充電電流經(jīng)電阻R7與高帶寬運放TL062A的第2 引腳相連接，TL062A的第3引腳接地，第4引腳接+12V電源，第8引腳接-12V電源，第2 引腳經(jīng)電阻R8接-2. 5V電源，第2引腳經(jīng)電阻R9與第1引腳連接，第1引腳經(jīng)電阻RlO與 DSP控制器TMS320LF2407的ADCIN5引腳連接，第1引腳還與D3與D4連接，D3另一端接 +5V電源，D4另一端接地。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，其特征在于所述系統(tǒng)蓄 電池溫度檢測單元電路連接關系為高輸入阻抗運放CA3140第2引腳經(jīng)電阻R12與+12V電 源相連接，第2引腳經(jīng)電容C3、電阻Rll與+12V電源相連接，第2引腳經(jīng)電容C2接地，第2 引腳經(jīng)D5接地，第4引腳接-12V電源，第7引腳接+12V電源，第6引腳與三極管PNP的基 極連接，當蓄電池溫度超過設定值時，三極管PNP發(fā)射極電壓Vt為高電平信號，送入DSP控 制器TMS320LF2407進行異常處理。
專利摘要本實用新型涉及一種基于DSP的數(shù)控船用電源充電機，包括DSP處理器控制單元、PWM信號隔離驅動單元、DC/DC半橋變換單元、系統(tǒng)參數(shù)在線檢測單元和人機接口單元，控制單元采用TMS320F2407芯片，信號隔離驅動單元采用EXB84芯片，系統(tǒng)參數(shù)在線檢測單元采用高帶寬運放TL062和CA3140芯片。本充電機充分利用了TMS320F2407片資源，使系統(tǒng)設計達到了最小化，并能在線檢測逆變器輸出電壓、充電電流、蓄電池溫度參數(shù)，實現(xiàn)對電池的自動快速充電和智能保護。本充電機具有硬件電路簡單、控制精度高、運行靈活、強抗干擾和高性價比的特點，特別適合于海上船用電源充電機兼作穩(wěn)壓電源使用的要求。
文檔編號H02J7/00GK201639323SQ20102010147
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月22日 優(yōu)先權日2010年1月22日
發(fā)明者段志娟, 王勇, 郭紅想, 陳分雄 申請人:中國地質大學(武漢)