1、基于DSP的电动汽车充电电源的设计毕业设计论文摘要 在当今社会，工业化速度加快，城市间的交流和沟通也变得越来越紧密，而推动这些快速发展的正是快速便利的交通。传统的交通工具都是以燃烧不可再生资源石油来提供动力的，而且未能完全燃烧的燃油将主要以二氧化碳和二氧化硫的形式排放到空气中，所以燃油汽车给人类带来了严重消耗能源和污染环境，因此，根据目前的发展状况，这种发展趋势很显然是不符合人类持久生存的规律的，因此各个国家相继向绿色清洁能源发展，为了保护人类的生存环境，近年来一些发达国家研究出了电动汽车，电动汽车主要是利用蓄电池中储存的电能作为动力源，减少有毒气体排放到空气中，同时节约了石油能源，因此对蓄电
2、池进行充电就很重要了。本论文基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，对蓄电池充电，主要针对目前的发展现状，设计出清洁环保的汽车充电电源。 针对以上问题，本设计在研究基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，通过DSP的事件管理器产生PWM控制信号驱动可控硅，然后通过电力电子技术，AC-DC变换得到直流电源，最后给蓄电池供电，完成设计。因此本文主要从以下几个方面展开： （1）DSP在本次设计的应用。本次设计运用DSP主要是为了给后面的电力电子电路提供可控硅的驱动信号，我们知道2000系列的DSP可提供带死区的PWM控制信号，在德州仪器，几乎已经将2000系列的DSP归结为MCU系列。 （2）电
3、力电子技术在本次设计的应用。本次设计要完成给蓄电池充电，要获取一定的直流电源，因此，这里用到了电力电子技术，将交流电转化为直流电，最终给蓄电池供电，整套设计包涵了AC-DC电路，可控硅的触发电路，输出电压稳定电路。 关键字: DSP 事件管理器 PWM控制信号 电源 蓄电池绿色清洁能源Abstract In todays society, speed of industrialization, exchange and communication between cities has become more and more close, and promote the rapid devel
4、opment is rapid convenient traffic.Traditional means of transportation are non-renewable resources oil burning to provide power, and failure to complete combustion of fuel will be mainly in the form of carbon dioxide and sulfur dioxide emissions into the air, so fuel cars brought serious energy and
5、environmental pollution to human, therefore, according to the current development situation, the developing trend is clearly not comply with the principle of enduring human survival, so one after another to the green clean energy development, various countries in order to protect the human survival
6、environment, in recent years, some developed countries developed electric cars, electric cars, mainly using electrical energy stored in the storage battery as a power source, reduce poisonous gases into the air, at the same time, save oil energy, so it is very important for battery charging.In this
7、paper, based on DSP is proposed to design a electric vehicle charging power supply system, the battery charging, according to the present situation of the development, design a clean environmental protection car battery power supply. According to above problem, this design in the study was based on
8、DSP is proposed to design a electric vehicle charging power supply system, the PWM control signal by DSP event manager drive SCR, then through the power electronic technology, AC - DC DC power transformation, finally to battery power supply, complete the design.So this article mainly from the follow
9、ing several aspects: (1) the application of DSP in the design.This design using the DSP is aimed to provide the back of the power electronic circuit of SCR drive signal, we know that 2000 series DSP can provide with PWM control signal, dead area in Texas instruments, have almost 2000 series DSP boil
10、s down to MCU series. (2) the power electronic technology in the application of this design.To complete the design for battery charging, to obtain a certain DC power supply, therefore, here with the help of power electronic technology, convert alternating current into direct current, eventually to b
11、attery power supply, the whole design includes the AC - DC circuit, thyristor trigger circuit, the output voltage stabilizing circuit.Key words: DSP event manager PWM control signal power battery Green clean energy目录第一章 绪论 51.1研究的背景与意义 51.2国内外研究状况以及面临的问题 61.2.1国内外研究状况 61.2.2面临的问题 61.3本次蓄电池充电设计的实现 71
12、.3.1DSP事件管理器的简介 71.3.2电力电子技术的简介 71.3.3蓄电池的介绍 71.4论文的主要工作及章节安排 81.4.1论文的主要工作 81.4.2论文的结构安排 8第二章 简介 82.1传统汽车动力的简介 82.2 蓄电池的发展 82.3 DSP的发展 92.4 电力电子的发展 9第三章 本次设计实现的原理 93.1电路的硬件选择 93.1.1DSP的选择 93.1.2电力电子电路的选择 103.2蓄电池的基本原理 103.3 DSP在本设计中的应用 103.3.1 PWM的特性 103.3.2 PWM的使用 103.4电力电子电路的工作状态分析 113.5仿真建模 12第四
13、章 论文的工作总结 124.1论文的工作总结和未来的展望 124.2未来的展望 12致谢 13参考文献 13第一章 绪论1.1研究的背景与意义 随着工业化进程的加快，生产生活中的自动化装置的使用变得越来越频繁，越来越多的领域开始用机器取代人力的劳动，加快生产的速度和精准度。我们知道工业的快速发展，机器的运转，必然要消耗能源。根据物理学中的能源定律，一种能源的产生必然导致另一种能源的消耗。而在这些能源当中，大多是不可再生能源，因此，节能的重要性自然体现出来。随着工业化的推进，社会的污染现象普遍恶化。自从发达国家出现，雾霾，水俣病，有毒烟雾，全球气候变暖等现象之后，人们开始紧张，并且也开始关心了自
14、己生活的环境，特别是老牌的资本主义国家，他们的前期发展基本上是以消耗能源来提升的，因此，修复被破坏的自然也是迫在眉睫的事情。随着人们意识的觉醒，越来越多的国家开始向清洁能源发展，比如风能，电能，地热能，核能等等。 工业进程不然也会带来新的技术，集成电路的发展，人们开始拥有高性能的DSP芯片，本次设计就是运用很高性能的定点DSP芯片，用它的事件管理器来产生PWM波形，触发电力电子电路的运作，从而产生稳定的输出电压。1.2国内外研究状况以及面临的问题1.2.1国内外研究状况 能源的问题一直是各个国家关心的问题，关注政治新闻的人都知道，世界上的战争基本上都是由于能源界分引起的，在各国的发展中，各自利
15、用各自的资源和技术，开辟新能源。比如有的国家，开发风能，在风能资源比较好的别地方架设风车发电机发电。有的国家开发地热能，通过地热发电提供能量，想我国就利用我国丰富的水资源，通过水力发电提供电能。有些国家，像日本，没有什么资源，就只能靠核能发电。 以上的产生电能的技术，固然可行，但是在诸多领域，这些事远远不能满足要求的，因此，人们开始使用蓄电池。蓄电池的发展已经有很多年的历史了，他通过外接直流电路给蓄电池充电，最后，充完的电能又释放供点击使用。在充电器的方面，电力电子技术运用最为广泛，一般都是采用AC-DC电路，将交流电转换成直流电，然后再通入到蓄电池，给其供电，电力电子电路中我们一般选用全控型
16、器件，全控型器件不许要有触发波形，因此，我们您选择了DSP的事件管理器，用来产生带死区的PWM波形，用来驱动全控型器件，完成整个电路的正常运行。1.2.2面临的问题 基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的主要部分是DSP处理器和电力电子部分，因此，DSP控制器的发展和电力电子技术的发展，对本设计起着制约作用。随着数字信号处理的出现，DSP技术在不断发展，他特有的采用改进的哈佛结构，实现数据和指令的分开存取，这样取数和取指令就可一分开进行，如此操作，可以大大加快，控制器的运算速度，并且，DSP内部含有独立的硬件乘法器，这使得他在处理乘法运算的时候，比通常的控制器要快很多，因为，硬件乘法器的存
17、在，使得DSP内部很多指令变成了单周期的指令，这样，相比于大量数据运算的时候，DSP的优越性能就充分体现出来。同时DSP 还采用流水线操作，这使得，任务的进行分散开来，大大加快整体的处理速度。除此之外，DSP内部含有大量的独立总线，比方说DMA数据总线，这样使得数据传输的时候，直接过单独的DMA总线，而不需要占用总线，这样CPU就不需要挂起，也大大加快了整个系统的运行速度。但是，看到有点的同时，问题也相应出来了，由于他独特复杂的结构，使得DSP的运行速度不可能达到很快，因此，为了得到更好地性能，如何巧妙地设计实现DSP的复杂和高速同时并存是一个亟待解决的问题。 随着电源技术的发展，开关稳压电源
18、不断出现新的产品，在电力电子的基础上，开发人员充分采用自动控制原理的方法，达到电源的充分稳定性能。电力电子的快速发展是离不开，电力电子及器件的发展的，从最原始的二极管，到晶闸管，到全控型器件等等，电力电子器件是不断发展的，在满足当下的要求的时候，他们表现出了较高的性能，但是，随着电子技术的不断发展，电力电子器件的性能也制约着我们进一步高性能开关电源的实现。为此，继续寻找更好的电力电子器件是当下研究人员应该关注的问题。1.3本次蓄电池充电设计的实现 本次蓄电池充电设计的实现是通过，电力电子电路来将交流电转换为直流电，其中电力电子电路的全控型器件的触发波形是由我们的DSP控制器产生的，DSP通过事
19、件管理器的PWM发生电路，产生我们所需要的并且自带死区的PWM波形，完成这两项工作之后，将输出的电源直接输入到蓄电池，完成本次设计。1.3.1DSP事件管理器的简介 DSP的事件管理器功能很强大，一般的都包含通用定时器，带有比较捕获单元，还有就正交编码电路，事件管理器的定时器，比较捕获，已经正交编码电路的功能其实都是相近相同的，只是名称不同罢了。事件管理器模块中的通用定时器，可以认为改变，通过编程可以实现，他在外部或者内部时钟的基础上运行，用引脚TCLKINA来提供外部输入的时钟，用TDIRA用于定时器的技术方向的规定，前提是，同用定时器此时必须工作在定向增减计数模式。 事件管理器的中断事件，
20、每组都有不同的中断标志，中断使能寄存器以及外部的一些中断请求事件，通过中断优先级，我们可以人为设定，中断响应的先后，中断使能位决定又中断发生的时候，控制器是否相应中断，中断屏蔽寄存器，也决定着中断产生之后是否产生中断响应。中断标志寄存器则放映的是中断产生之后，中断时那个中断。1.3.2电力电子技术的简介 电力电子技术，其实也可是说是开关电源技术，主要是利用开关器件，实现电源的转换，常用的器件分为半控型器件和全控型器件等等，通过触发信号控制开关器件的导通与断开，来实现电路的导通与关断，一般应用与升降压电路，推完电路，整流电路，逆变电路，以及电机控制电路，本次设计中，主要用到电源的变换电路。1.3
21、.3蓄电池的介绍 蓄电池是一种存储电能的装置，在使用前，首先使用直流电充电，是的蓄电池存储能量，充满电后直接给电机等耗电器件供电，给整个自动化的系统提供动力。常用的蓄电池一般都是化学电池，都包含有阴极和阳极，充电池使用也有一定的寿命，当然，当一定时间后，充电不能冲进去的时候，可以用较低的直流电源方向充电，让阳极和阴极的电棒上的覆盖物反向电离掉，这样，新的电极又重新裸露在电解液中。1.4论文的主要工作及章节安排1.4.1论文的主要工作 本次设计基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，主要完成电源的转换实现交流电变直流电，然后通过DSP提供的带死区的PWM波形控制全控型器件，实现输出电压的可调节
22、，最后输出端的电压送到蓄电池的对呼入端口，完成本次电路的设计。为此，本次论文的设计，主要按照这个思路对各个模块进行讲解。1.4.2论文的结构安排 第一章，绪论，主要讲解基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的研究背景和意义，讲述了国内外的发展状况和研究方向，说明了基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的难点和关键部分，简单讲解了本次设计的计划和最终的安排。 第二章，简介。说明蓄电池发展，DSP技术的发展，和电力电子技术的发展，将我们要使用的设备的来历简单说明一下。 第三章，介绍本次设计实现的原理。主要讲述了本次设计中DSP的使用和电力电子电路的运用，讲述了他们的分工最后实现交流变直流最终给
23、蓄电池充电的基本过程。 第四章，总结全文与展望未来。主要对全文的的研究成果进行了分析和解说，强调了本次研究中的出现的不足之处，并对该课题后期的研究做出了新的期望和展望。第二章 简介2.1传统汽车动力的简介 自从工业革命开始后，首先是瓦特的蒸汽机，改变了整个工业化的进程，刚开始传统汽车一般选择使用燃烧燃料，产生膨胀对外做功，这样动力的来源就都是活塞对外做功产生。2.2 蓄电池的发展 蓄电池的发展是伴随化学理论的进步而开展的，我们都知道，蓄电池的基本原理就是充电的时候将电能转化为化学能，储存起来，然后等到合适时机，再将化学能转化为电能，工电气设备使用消耗，这样实现了电能的可携带性，用户可以根据自己
24、的需求，合适选择自己需要的蓄电池满足自己的生活所需。 蓄电池从最原始的化学电池，不断发展，逐步走向清洁，耐用，环保，使用持久。也从社会的个股方面走入到现代人们的生活中来。 2.3 DSP的发展 随着电子技术的发展，对数字信号处理的实时性要求变高，DSP技术也随之发展起来，DSP从最原始的定点DSP发展到浮点DSP，从哈佛结构发展到改进的哈佛结构，性能上不断完善。随之接入的流水线技术，使得他的分时操作成为可能，同时这中结构也大大提升了他的性能。未来的DSP会在他复杂结构的基础上，想办法提升他的运行速度，这样实现，不仅在数据处理上他显得有优势，而且在自己的控制领域，他也能赶超单片的功能。2.4 电
25、力电子的发展 电力电子技术，是随着供电系统的发展，出现的一门技术，随着电路系统稳定性要求的提高，供电系统的稳定性要求也相应加深，而后，电力电子器件的性能也不断发展，从最初的二极管，到半控型器件的出现，再到全控型期间的出现，电力电子技术的发展也开始到达他的上升阶段，各种电力电子电路相继出现，加上人们将自动控制原理加入到电力电子技术中来，那么开关稳压电源技术也就诞生了。第三章 本次设计实现的原理3.1电路的硬件选择3.1.1DSP的选择 本次设计，我们采用德州仪器的TMS320LF2407系列的DSP来实现基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，该芯片死一个定点DSP，他的功能很齐全，其实目前，
26、德州仪器基本将其编制为单片机来使用，为什么这么说，与传统的单片机一样，TMS320LF2407采用3.3V供电，他包含有单片机的很多基本性能，包括通用的I/O端口，然后还有自己的定时器和中断，别且他的中断与ARM9一样，是两层中断，这样使得片子本身课以管理更多的外部中断。榆次之外，TMS320LF2407DSP还包含有SCI通信，总线，DMA等等。这些都是基本单片机所具有的共同特性。但是，TMS320LF2407DSP不仅还有这些，他还含有一般单片机没有的功能，比方说他的改进的哈佛结构，将程序存储区和代码分开，这样使得中央处理器在取指和取数的时候，效率大大提升，同时，他还有内部自带的以硬件乘法
27、器，这个功能使得他在处理数九运算，特别是乘法运算的时候，速度大大加快，特别是变换，或者卷积变换方面。因为大家都知道，在单片机中，乘法运算，一般都是要通过转化为加法来处理的，这样一天乘法指令就有可能编程很多周期加法的指令，但是TMS320LF2407DSP的硬件乘法器是的他的很多指令都是单周期指令，也就是，一个周期内，他就可以完成基本的乘法操作。最后就是TMS320LF2407DSP的流水线操作技术，这项技术是一想突破，他是的机器处理任务分散，使得机器处理事情的效率变得越来越高。3.1.2电力电子电路的选择 本次设计，我们采用了桥式变换电路实现交流电到直流电的整流，通过全桥变换电路，实现交流道直
28、流的变换，通过调整DSP输出的PWM波形，实现输出电压的可调。3.2蓄电池的基本原理 蓄电池的基本工作原理很简单，就是蓄电池充电的时候将电能转化为化学能储存起来，储存稳定，当蓄电池放电的时候，再将内部存储的化学能转化为电能释放出来，供电气设备比如电机使用。蓄电池的种类很多，常见的一般有铅蓄电池，化学电池等等。3.3本次设计的软件流程拓扑图 本次基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的主电路硬件拓扑图如下所示：本次基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统的软件流程图如下所示：3.4 DSP在本设计中的应用3.4.1 PWM的特性 本次设计采用的是TMS320LF2407的DSP，他的事件管理器
29、能产生强大的PWM功能，并且他产生的PWM波形是带死区控制的，这样使得我们选择他来完成本次设计成为较好的选择，总结一下，TMS320LF2407DSP产生的PWM有如下功能：（1）寄存器的宽度是16位的，这与他是16位的处理器的性能匹配。（2）具有独特的可编程的死区控制器的PWM输出对，这使得他在电力电子技术和点击应用技术上面有独特的优势。（3）PWM的频率可调，脉冲宽度可调，使得他的操作灵活。（4）本身还具有可屏蔽的功率驱动保护中断。使得电路性能更加安全。（5）他的PWM的发生很灵活。可对称，也可以不对称，并且本身还具有自动重装处置的功能。3.4.2 PWM的使用 本次PWM波形我们使用带死
30、区的PWM波形，我们本次的设计是带有死区控制的比较单元，当比较单元的死区但愿是能的时候，那么两个PWM的信号的跳变沿就被一段时间间隔隔开，这个时间间隔叫做死区，他的大小也可以通过软件编程实现。3.5电力电子电路的工作状态分析 本次设计，我们采用了桥式变换电路实现交流电到直流电的整流，他们的工作新状态如下： 通过以上步骤，实现我们本次蓄电池的输入电压要求。 一般情况下，我们选择AC-DC变换就可以满足要求，但是如果要求较高的时候，简单的AC-DC变换电路得到的波形效果是不行的，下面就AC-DC变换，AC-DC-DC变换，AC-DC-AC-DC变换做对比分析，说明AC-DC-AC-DC变换夫人优越
31、性。（1）AC-DC变换。AC-DC变换是将交流电变为直流电，他的基本电路图和仿真波形如下： 经过观察发现，他的波形的纹波比较大，不能满足高精度的要求。（2）AC-DC-DC变换。AC-DC-DC变换是将交流变换成直流，然后再将直流进一步转化为另一种模式的直流。他的基本电路图和仿真波形如下： 进过对比分析，发现这种变换的最终波形，纹波还是比较大，也不能满足充电要求。（3）AC-DC-AC-DC变换。AC-DC-AC-DC变换是将交流变为直流，再将直流变成交流，再将交流变为直流最终完成交流到直流的转换，他的基本电路图和仿真波形如下： 通过以上波形可以看出，选择AC-DC-AC-DC变换输出的波形
32、的 效果是最好的，因此我们选择这种电路。3.6仿真建模第四章 论文的工作总结4.1论文的工作总结和未来的展望 随着电子技术的发展，电力资源的应用是一个随之而来的科研问题，因此他的地位也是不可忽视的，在很多领域，他都是必不可少的。充电电源的设计，具有很高的价值，一直以为，人们都在不断研究和改善，希望能够通过较好的设计技术，是的设计的可充点电池拥有更好的性能。 本次设计基于DSP拟设计一个电动汽车充电电源系统，最后成功从理论上实现他的基本功能，要解决的就是电力电子电路的设计和DSP波形生成电路的控制，最终生成我们可以使用的直接输入到蓄电池端口的电压，为此，本次设计主要完成以下设计： （1）驱动波形的产生。通过DSP控制器的事件管理器单元，产生PWM波形可调的信号，通过软件编程实现他的快速可调，这为后面，作为驱动波形输入到全控型器件做准备。 （2）电力电子电路。电力电子电路是本次设计最重
