基于 DSP的车载充电机的研究与实现

基于 DSP的车载充电机的研究与实现
作者：文 / 邓府
来源：《时代汽车》 2020年第15期
邓府
广西交通运输学校广西南宁市 530007
摘要：伴随着经济的提高，汽车数量增多，对汽车方面的技术也得到了提高。

车载充电机是区别于汽车建造的另一种装置，对于当前时代的人而言，因为时代的发展使得汽车技术得到
了很大程度上的完善，其次手机的普及以及其重要性，使得很多人都喜欢在汽车上为手机充电，因为汽车充电的便捷和灵活，不受地点和时间的限制，使得其受到了很大程度上的欢迎。

为电
动汽车动力电池安全自动的充满电，需要有效的设计一款基于DPS芯片的车载充电机，并且需
要科学的采取半桥拓扑介个，设计了适用于一款高频脉冲的一款变压器隔离的驱动电路，本文
针对基于DPS车载充电机的研究以及其实现展开针对性的研究和探讨，并且采取一系列的试验
证明其系统以及相关硬件设计的可行性。

关键词：电动汽车车载充电器研究与实现试验及可行性
Research and Implementation of Vehicle Charger Based on DSP
Deng Fu
Abstract：With the improvement of the economy, the number of automobiles has increased, and the technology of automobiles has also been improved. Car chargers are another device that is different from automobile construction. For people in
the current era, automobile technology has been improved to a large extent due to the development of the times. And the popularity and importance of mobile phones
has made many people like to charge their mobile phones in the car, because the convenience and flexibility of car charging, not restricted by location and time, make it popular to a large extent. For the safe and automatic full charge of the power battery of electric vehicles, it is necessary to effectively design an on-board charger based on the DPS chip, and to adopt a scientific half-bridge topology, and design a transformer isolation suitable for a high-frequency pulse. The drive circuit of this article is based on the research and implementation of the DPS vehicle charger and its implementation, and a series of experiments are taken to prove the feasibility of the system and related hardware design.
Key words：electric vehicle, on-board charger, research and implementation,
test and feasibility
1 引言
随着近年来的环境污染越来越严重，如何控制环境污染一直是当前我国致力研究的问题，
然而，烧油汽车的污染问题一直得不到解决与完善。

纯电动汽车的研发使世界看到了未来汽车
发展的可能性，节能，无污染的纯电动汽车相对于普通汽车有着天然的优势，是未来汽车发展
的重要方向，目前，随着国家对纯电动汽车的关注和重视，使纯电动汽车开发相对完善，已经
开始了销售的工作，使其进入了人民家庭中，并取得了不错的评价。

电动汽车通过电力所驱动，对于环境的污染较小，在节约资源和能源方面也有着巨大的优势。

在近年来，随着国内外对于
电动汽车以及相关技术的研究，使得电动汽车的发展逐渐得到了完善和加强，但是在发展电动
汽车的过程中，相对于我国传统的燃油汽车来说，电动汽车所存在的一系列续航问题一直以来
是制约着其发展的主要问题，因此，大力发展电动汽车电池，进而有效的推动电动汽车的发展，是当前的主要发展方向，就目前而言，车载充电机是使电动汽车可以使用的关键装置，也是为
电动汽车充电的主要仪器，因为充电机的相关技术以及建设规模，使得充电机一直得不到广泛
的普及，因此出现了车载充电机设备，车载充电机相对体积较小，并且更加方便快捷，对于电
动汽车的发展有着十分重要的意义，需要对其发展加以重视。

2 车载充电机的工作原理以及其相关分类研究
针对电动汽车充电机的定义来说，其是一个充电装置，是为电动汽车充电的主要设备，可
以有效的为电动汽车的电池进行有效的充电，进而保证电动汽车可以有效的运行。

电动汽车充
电机是电动汽车发展过程中不可忽视的装置，是满足且推动电动汽车发展的关键技术，因此，
如何加强电动汽车充电机的充电效率以及充电效果，最大程度上的提高电动汽车的使用时间和
电池的使用寿命是研究充电机的关键思想。

充电机的主要类型大概可以分为地面充电机以及车
载充电机两种，并且地面充电机的输入端与电流的电源所连接，使得输出端只需要完成电动汽
车的充电接口的对接，即可有效的实现对于电动汽车的充电工作。

其主要的工作原理为采取三
相交流电来作为其主要的输入电源，并且在经过全桥整流器的工作蒸馏，再有效的经过LC滤波后得到了直流母线的电压，进而再有效的通过其转换器实现电压的转换，车载充电机对于电动
汽车来说有着十分关键性的意义，并且因为车载充电机的试验成本较低，并且是电动汽车使用
过程中的关键装置，因此进行车载充电机的研究和探讨有着十分关键性的意义。

相对来说，地面充电机有着不错的优势，但是关于其建设的充电设施建设在我国并没有得
到普及以及优化，使得其仍存在一系列的问题需要解决。

但是对于车载充电机来说，它虽然没
有前者的优势，但是它相对更加方便和快捷，也可以有效的为电动汽车充电，相对于地面充电
机来说，车载充电机有着体积较小，并且可以灵活便捷的使用，可以有效的实现全天候充电等，因为这些优势，使得车载充电机在国内外都得到了很大的重视并且也开始了对其的研究和试验，并且在研究的过程中也得到了一系列的相关技术的研究。

3 对于硬件电路的设计以及其工作原理的研究探讨
本文所设计的电动汽车充电机主要是由功率部分以及控制部分所组成的，并且对于控制电
流来说主要是以芯片来作为主要的控制芯片，并且主要包含了DPS外围电路以及辅助电源电路
和驱动电路以及采样电路等，DPS主要完成工作的电压以及电路和对于温度等一系列的模拟量
的采集和反馈，并且可以有效的通过数字运算的方式来进行对于脉冲的调制，控制主回路功率
的器件开关，从而有效的进行调节和输出电压电流，进而有效的实现保护逻辑的运行。

3.1 对于主电路的研究和设计
对于主电路的研究和设计由下图中的图1所示。

该图上所设计出来的主电路可以有效的防
止在初始上电时浪涌电流过大的问题，并且有效的避免了因为电流过大而有可能会烧毁电阻丝
的问题。

其次，该主电路的设计可以有效的实现了输出直流电流直接输入到电池中，并且效率
较高效果较好，很大程度上的实现了在功率方面的转换，在对于电路的设计过程中，考虑到了
其安全性和稳定性，可以更好的实现对于电池的充电。

3.2 对于驱动电路的设计和研究
因为功率MOSFET所存在的特殊特点，使得其在工作的过程中很容易会受到电路的干扰，进而降低工作的效率效果甚至出现无法工作的情况，因此需要进行针对性的预防和解决。

因为光
电耦合器所存在的一系列的特点和限制，使得其所存在的工作频率得到了很大程度上的限制，
因此使得该装置并不适用于高频率的场合来工作，因此本文所采取的驱动电路还是以脉冲变压
器来作为阻隔电路的关键装置。

相对于光电耦合器来说，脉冲变压器所存在的优点以及优势更强，无论是其工作频率较高还是在其传递功率方面都是前者所无法比拟的，并且它也不需要辅
助电源的存在就可以有效的提供负压进而有效的实现功率的关断等。

本次设计主要采取了FAN来作为主要的驱动芯片，并且设计了图2所示的电路。

4 在充电策略方面的研究和探讨
在充电机设计的过程中，如果采取较为单一的恒流或者采取较为单一的恒压充电的方式，
就会很容易出现一系列的充电问题，导致在充电过程中出现不足的问题，因此需要针对这些问
题进行针对性的解决。

在当前而言，采取的充电策略主要是三阶段的方式来进行充电，相对于
传统的充电方式来说，采取三阶段的充电策略就相对于同时采取了恒流以及恒压的充电方式，
是二者的科学结合。

在进行充电开始的过程中，需要采取一系列的较大的电流来为电池进行有
效的充电，并且在电流逐渐衰弱之后减少一个预定的数值，进而再有效的转移到第三阶段，使
得充电的效率以及稳定性更高，避免了因为电流过大而导致的为电池充电不足或者过足的情况，对于电池来说就是一种破坏。

本文是以第三阶段的充电方法进行了一定的完善，增加了脉冲电流的预充电过程，就是在
充电的过程中对于电池进行一系列的脉冲电流充电，这样可以有效的防止因为充电过度或者对
于深度放电的电池进行一系列的损坏，很大程度上的提高了电池的使用寿命，并且也减少了电
池在充电的过程中所存在的极化现象。

本文所设计的充电流程由下图3、图4所示。

本文所采取的充电流程如上图所示。

在进行对电池充电的初始阶段，电压外环实现了饱和
的状态，并且在输出电流上得到了一定的限制，进而有效的实现了电池的快速充电。

并且，在
充电的过程中电池的电压达到了一定的数值的时候，电压的外环和电流的外环就会出现一系列
的共同作用，进而实现了为电池充电的过程中提供一个连续的可变电流，进而实现了恒定的输
出电压来为电池进行有效的高效率的充电。

5 结语
随着近年来的环境污染越来越严重，很多国家都展开了对于电动汽车的研究和试验，我国
也不例外，在近年来一直致力研究与电动汽车。

对于电动汽车来说，电池是其关键装置，是电
动汽车的灵魂，也是制造一个优质的电动汽车所必须要考虑的。

对于电动汽车的车载充电机的
设计的过程中，还需要针对其所存在的一系列问题进行不断的研究和深入的探讨，找出较为科
学便捷的方法来实现对于技术的完善，以技术稳定性强，安全性能交加以及运行效果良好的目标。

其次，车载充电机对于电动汽车的发展来说是十分关键且必要的，并且在车载充电机的设
计和研究的过程中成本较低，需要大量的实验和设计，具有较高的应用价值和意义。

参考文献：
[1]杨康. 非车载充电机大功率整流器设计与实现[D].武汉理工大学，2017.
[2]赵凌霄. 基于DSP的车载充电机的研究与实现[D].天津大学，2017.
[3]赵凌霄.基于DSP的车载充电机的研究与实现[J].电源学报，2018，16（03）：158-162.
[4]李国洪，李志永，解红岩.基于DSP的车载充电机的设计与实现[J].电源技术，2014，
38（01）：116-119.。