基于ADUC814和UCC2895的车载充电机控制系统设计

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摘 要

本文介绍了一种基于aduc814和ucc2895的车载充电机的控制系统设计。控制系统由ADUC814、电压电流信号采集电路、UCC2895移相控制电路以及各种保护电路组成。试验结果证明该控制系统方案满足研制要求。

【关键词】ADUC814 UCC2895 ZVS 充电机

面对当前能源危机和环境污染问题的双重压力，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。目前，尤其是” 十二五”以来我国已出台许多政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展。在电动汽车的发展过程中，车载充电机是其中的一个关键部件，因此研究效率高可靠稳定的车载充电机具有很重要的意义。本文介绍了一种基于ADUC814和UCC2895的2KW车载充电机，主要阐述其控制系统的设计和研制。

1 简介

本文设计的充电机输入电压为单相工频交流电压，输出电压范围96V～130V，输出电流最大为18A，输出功率最大2KW，主要为铅酸蓄电池充电。本文中充电机的主电路结构采用了ZVS的电路拓扑结构，如图1所示。

2 充电机的控制系统设计

充电机的控制系统以ADI公司的8为模拟微控制器ADUC814和TI公司的UCC2895为核心。ADUC814负责信号的采集和监测、充电机输出电压电流的控制以及整个充电机系统的各种保护功能；UCC2895根据系统要求产生移向控制信号，控制整个主回路的正常工作。整个系统的结构如图2所示。

2.1 ADUC831

ADuC814 MicroConverter?是一款完全集成的单芯片12位数据采集系统。与ADI公司的所有MicroConverter产品一样，它在单芯片上提供精密模数和数模转换功能以及一个Flash微控制器。ADuC814提供28引脚TSSOP封装，采用3V或5V电源供电。

该单片机主要有以下特点：6通道 、5?s、自校准、 12位 ADC；两个12位轨到轨电压输出DAC；工业标准8052微控制器；8KB可在线重新编程的闪存程序存储器；640字节可读写的非易失性闪存数据存储器；温度监控器；可编程PLL时钟和低功耗工作模式；引脚数量更少、成本更低；基准电压源、串行接口端口、看门狗定时器、电源监控器、上电复位（POR）等；嵌入式下载/调试和仿真功能。

充电机的控制电路中主要用到了单片机的以下模块：（1）ADC模块。采用单片机的ADC0、ADC1、ADC2，ADC3，ADC4四个通道，分别采集充电机的输出电压、输出电流、蓄电池电压信号和充电机的内部温度信号。（2）DAC模块。采用单片机的DAC0，DAC1，分别提供充电机输出电压和输出电流的给定值。（3）定时器0。采用单片机的定时器模块，定时20毫秒一个工作周期。（4）I/O口。LED显示，输出继电器控制信号，以及充电机故障检测信号。

2.2 UCC2895

UCC2895 芯片是Texas Instruments 公司生产的专用PWM移相全桥DC/DC 变换器新型控制芯片，现对于UCC3895，它的工作温度范围更宽，达到了-40～+85。它在UCC3875 原有基础上增加了自适应死区设置和PWM软关断能力，适应了负载变化时不同的准谐振软开关要求。由于它采用了BICMOS 工艺，从而功耗更小，工作频率更高，更加符合电力电子装置高效率、高频率、高可靠的发展要求。通过不同的电路设置，它既可工作于电压模式，也可工作于电流模式，并且软启动/ 软停止可按要求进行调节。

本文中车载充电机控制系统采用电压/ 电流双闭环控制。通过电压电流硬件PI电路控制UCC2895产生移向信号，来调整整个系统的输出电压和电流。

本设计中UCC2895的工作频率设置为60KHz，死区时间设置为1uS。

2.3 电路设计

2.3.1 电压电流信号采集电路

整个系统需要采集的电压电流信号如下：（1）交流输入电压信号：该信号首先经过整流滤波后变为直流电压，然后通过LM293比较器产生输入过压和欠压信号，通过光耦发送到单片机的IO进行检测。（2）输入电流信号：单相交流输入电压经过主回路整流桥后，变为直流母线电压，在直流母线回路中串接霍尔电流传感器，经过滤波放大后通过LM293比较器与给定参考电压比较产生输入过流信号，由单片机进行检测。（3）输出电压信号：输出电压信号经过电阻分压后，通过LM258放大跟随后送入单片机的ADC。（4）输出电流信号：输出电流信号经过检流电阻后，通过LM258放大跟随后送入单片机的ADC。（5）蓄电池电压信号：蓄电池电压信号经过电阻分压后，通过LM258放大跟随后送入单片机的ADC。

2.3.2 温度检测电路

温度控制电路主要检测车载充电机内部的温度信号。由于车载充电机的防水要求，整个车载充电机是密封的，所以检测整个充电机内部的环境温度对整个充电机的正常运行至关重要。温度检测热敏电阻，通过分压电阻采集到温度模拟信号经过放大处理后送入单片机ADC进行检测。温度超过+70时，充电机电流降额输出；超过+85时，充电机关闭输出；过温后，当温度降低到+80以下时，充电重新输出。

2.3.3 LED显示电路和输出继电器控制电路

LED显示电路由两个LED灯组成，通过不同的亮灭和闪烁状态显示充电机所处的状态。输出继电器控制电路有单片机IO口通过74HC14缓冲器直接驱动。

3 系统程序设计

本系统采用C语言进行程序设计，采用的编译环境为KEIL公司的uVision4。程序流程图如图3。

4 结语

该车载充电机控制电路经过试验测试，最高效率达到93%，满足了车载充电机的控制要求。对推广电动汽车的使用提供了更多的充电解决方案。

参考文献

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作者简介

解兆延（1981-），男，山东省济宁市人。硕士研究生学历。现为助理研究员。

作者单位

1.山东省汽车电子重点实验室 山东省济南市 250014

2.山东省科学院自动化研究所 山东省济南市 250014