[发明专利]基于FPGA和Profibus的直流充电机控制系统

说明书

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，涉及电动汽车充电机控制系统，适用于直流充电机的通用控制部件。

背景技术

随着全球能源危机的不断加深，石油资源的日趋枯竭以及环境污染日益严重，各国政府及全球的汽车企业均认识到节能和减排是未来汽车的发展方向，电动汽车得到世界各国政府和汽车制造商的一致认可，普遍重视并竞相大力发展电动汽车技术，取得了一定成果和进步。

电动汽车充电机作为电动汽车车用电池充电的设备，是具有特定功能的电力变换装置。目前，电动汽车充电机分为直流充电机和交流充电机，充电机主要是由机械柜体、主回路、控制系统、驱动回路、冷却系统、电源系统、辅助系统等组成。

充电机控制系统的主要功能是控制电力电子半导体开关器件，产生开通、关断信号，从而输出电动汽车需要的电压或电流，实现对电池的充电功能。同时，充电机控制系统可以实时跟踪充电机的工作状态，采集、记录运行参数，与电动汽车BMS系统交互信息，故障处理等。目前，充电机控制系统一般主要采用微处理器（microprocessor）、微控制器（microcontroller）或数字信号处理器DSP（Digital Signal Processor）为控制运算核心。以微控制器或者数字信号处理器为控制运算核心的控制系统硬件上含有较多的外围电路，影响了系统运行的可靠性和抗干扰性。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种电动汽车直流充电机的控制系统，实现多路直流输出，而且提高系统的抗干扰能力和运行可靠性。

本发明技术方案如下：

一种基于FPGA和Profibus总线的电动汽车直流充电机的控制系统，包括一个AC/DC整流控制模块和若干个DC/DC变换控制模块， AC/DC控制模块和DC/DC控制模块均以FPGA为运算控制核心，AC/DC控制模块和若干DC/DC控制模块之间通讯采用基于Profibus-DP的主从架构，实现整个充电机系统的运行。

AC/DC整流控制模块与DC/DC变换控制模块之间基于Profibus-DP的主从架构进行通讯，AC/DC整流控制模块为主站，若干DC/DC变换控制模块为从站。

AC/DC整流控制模块和DC/DC变换控制模块均以FPGA为核心运算控制芯片。

AC/DC控制模块包括主站FPGA、主站采样单元、主站脉冲分配单元、数字量输入输出单元、模拟量输入输出单元和主站Profibus通讯单元；所述主站采样单元、主站脉冲分配单元、数字量输入输出单元、模拟量输入输出单元、主站Profibus通讯单元均与主站FPGA连接通信。

主站采样单元包括交流电压采样、交流电流采样和直流电压采样；交流电压采样和交流电流采样分别基于电压互感器（PT）和电流互感器（CT）采样,经滤波处理后进入模数转换器（ADC）,经ADC转换后送入主站FPGA；直流电压采样采用电阻分压采样方式，电阻分压后的输出量处理送入模数转换器（ADC）,经ADC转换后送至主站FPGA；主站脉冲分配单元采集功率模块的电流和温度信号，经模数转换器（ADC）转换后输入主站FPGA，主站FPGA根据控制指令和输入的电压和电流信号算生成PWM脉冲信号，PWM脉冲信号经脉冲分配单元处理输出；

主站脉冲分配单元产生功率器件（IGBT）驱动信号；

数字量输入输出单元和模拟量输入输出单元接收充电机系统的状态输入送至主站FPGA，主站FPGA根据状态输入判断充电机系统运行情况，输出控制信号至电机控制系统，保持电机系统正常稳定运行。

主站Profibus通讯单元用于主站与各个从站的Profibus单元通信，发送控制指令并接收从站DC/DC模块状态信息。

DC/DC控制模块包括从站FPGA、从站采样单元、从站脉冲分配单元和从站Profibus通讯单元；所述从站采样单元、从站脉冲分配单元、从站Profibus通讯单元均与从站FPGA相连接。

从站采样单元包括直流电压从站采样和直流电流从站采样，直流电压从站采样采用电阻分压采样方式，电阻分压后的输出量处理送入模数转换器（ADC）,经ADC转换后送至从站FPGA；直流电流从站采样采用电流霍尔方式，电流霍尔输出经ADC转换后送至从站FPGA；从站FPGA根据输入的电压和电流信号生成脉冲信号，脉冲信号经从站脉冲分配单元处理输出，驱动DC/DC功率器件（IGBT）。