[发明专利]一种基于MOSFET高速开关的PEMFC交流扰动信号调控方法

权利要求书

1.一种基于MOSFET高速开关的PEMFC交流扰动信号调控方法，其特征在于，包括以下步骤：基于PEMFC交流信号调控系统实现，所述PEMFC交流信号调控系统由多核微处理器DSP、高精度信号测量模块、数字信号处理模块、上位机监控模块、功率单元及驱动电路、DC9～36V低压电源模块、电阻负载单元、CAN通信模块、低压电源接口、脉冲宽度调制PWM和串行外设接口SPI组成；其中，上位机监测模块与CAN通信模块通过CAN通信信号线连接；SPI接口与高精度信号测量模块建立SPI通信信号线连接；I/O接口与功率单元及驱动电路、PWM接口与功率单元及驱动电路、PEMFC与高精度信号测量模块、高精度信号测量模块与数字信号处理模块通过信号线连接；其它部件均通过电力连接；PEMFC交流扰动信号调控方法具体实现步骤如下：

步骤1：打开DC9～36V低压电源模块开关，通过多核微处理器DSP的供电电源接口为多核微处理器DSP引入低压电源；同时通过多核微处理器DSP的供电电源接口为功率单元及驱动电路供电；

步骤2：在上位机监控模块上设置正弦交流参考信号控制命令、电流反馈信号控制命令和PWM输出命令，正弦交流参考信号控制命令参数包括频率f_ref和幅值I_ref；电流反馈信号控制命令参数包括采样速度P和采样点数N；PWM输出命令参数为PWM工作频率f_PWM；其中，f_ref取值范围为2Hz～1200Hz，I_ref取值为20mA～50mA，P的取值范围为8kSPS～34kSPS，采样点数N＝1024，PWM工作频率f_PWM的取值为8kHz～100kHz；

步骤3：上位机监控模块通过CAN通讯模块向多核微处理器DSP发送在上位机监控模块所设置的正弦交流参考信号控制命令、电流反馈信号控制命令和PWM输出命令；多核微处理器DSP接收到上位机监控模块发送的控制命令后，发出一个频率为f_ref、幅值为I_ref的正弦交流参考信号V_sin，并通过I/O端口发送给功率单元及驱动电路；并为功率电源及驱动电路提供一个工作频率为f_PWM、占空比为50％的PWM控制信号；同时，多核微处理器DSP通过SPI接口，建立多核微处理器DSP与高精度信号测量模块的SPI通讯，设置高精度信号测量模块的采样速度为P和采样点数为N；

步骤4：功率单元及驱动电路从多核微处理器DSP的I/O接口，接收到由多核微处理器DSP发出的频率为f_ref、幅值为I_ref的正弦交流参考信号V_sin，并将其通过隔离放大器1隔离、放大a＝1倍后，输入到比较器1的正向输入端；同时，用隔离放大器2对PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample隔离、放大同样的倍数a后，分为两路输出：一路输入到比较器1的负向输入端，另一路输入到比较器2的负向输入端；

步骤5：比较器1对PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample和正弦交流参考信号V_sin进行比较；当PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample小于正弦交流参考信号V_sin时，比较器输出一个5V的高电平；而当PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample大于正弦交流参考信号V_sin时，比较器输出一个0V的低电平；5V的高电平于0V的低电平构成驱动控制信号；同时，比较器2对PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample与正向输入端的5V电压进行比较，正常状态下，比较器2输出为高电平，只有当PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample大于5V电压时，比较器2输出0V的低电平；比较器2输出的高低电平作为电流过载控制信号；

步骤6：当比较器2输出的电流过载控制信号为低电平时，双D触发器的正常供电电压变为0，双D触发器不处于工作状态；当电流过载控制信号为高电平时，双D触发器的正常供电电压变为5V，此时双D触发器处于正常工作状态；当双D触发器处于正常工作状态时，驱动控制信号发送至双D触发器，双D触发器在PWM控制信号的驱动作用下进行工作，每当PWM控制信号的上升沿到来时，它能够锁存驱动控制信号的电平状态，并将其发送至隔离栅极驱动器；通过改变PWM控制信号的工作频率，可以改变双D触发器锁存驱动控制信号电平状态的速度；当PWM控制信号的工作频率为0或是没有PWM控制信号输出时，双D触发器一直处于输出为低电平0的状态；

步骤7：双D触发器处于正常工作时，锁存驱动控制信号的电平状态，并发送至隔离式栅极驱动器；该电平状态被隔离式栅极驱动器隔离后，输出MOSFET驱动信号，控制MOSFET的关闭和导通；当双D触发器发出的电平状态为高电平时，隔离式栅极驱动器输出的MOSFET驱动信号为高电平，MOSFET导通；当双D触发器发出的电平状态为低电平时，隔离式栅极驱动器输出的MOSFET驱动信号为低电平，MOSFET关闭；

步骤8：功率单元及驱动电路与电阻负载单元和PEMFC构成PEMFC交流信号调控回路；当MOSFET导通时，PEMFC交流信号调控回路闭合，PEMFC交流信号调控回路中的功率电感L₁和L₂存储能量，从而PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample逐渐增加至正弦交流参考信号V_sin；当MOSFET闭合时，PEMFC交流信号调控回路断开，PEMFC交流信号调控回路中的功率电感L₁和L₂释放能量，并向功率电容C₁充电，从而PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample逐渐下降至正弦交流参考信号V_sin；因此，通过控制MOSFET的导通和闭合，就可以调控EMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample跟随正弦交流参考信号V_sin的变化；

步骤9：功率单元及驱动电路引出的供电电压，为高精度信号测量模块供电，在采样速度P和采样点数N设置下采集PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample，并发送至多核微处理器DSP的数字信号处理模块，经滤波、放大、隔离以及DA转换处理后，得到采样电流数字信号；

步骤10：采样电流数字信号经多核微处理器DSP的CAN通信模块发送至上位机监控模块，在上位机监控模块显示采样电流数字信号，从而实时监测PEMFC直流母线上的反馈电流信号V_sample的分布状态。