基于DSP的蓄電池充放電裝置的設計

1 系統主電路
蓄電池充放電的Buck―Boost主電路和TMS320LF2407控制目標板示于圖1。該電路的電流可雙向流動(dòng)：當電流由Udc流向Uba時(shí)，S1和D1輪番工作(S2和D2阻斷)，蓄電池充電；當電流由Uba流向Ude時(shí)，S2和D2輪番工作(S1和D1阻斷)蓄電池放電，此時(shí)Ude變成負載。用傳感器對Ude、Uba和IL進(jìn)行采樣送入DSP中，進(jìn)行AD轉換。當程序判斷電路工作正常時(shí)送出電路啟動(dòng)信號IOPB4。在這之前電路則處于關(guān)閉的不工作狀態(tài)。

2 系統控制原理
2．1控制方法簡(jiǎn)介
如圖1所示，由傳感器送來(lái)的Udc、Uba和IL三路采樣信號經(jīng)過(guò)DSP內部的AD模塊轉換。通過(guò)比較Ude和Uba電壓的大小判斷電路工作于充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)。當Ude>Uba時(shí)，電路工作于Buck(蓄電池充電)模式。根據Uba的大小判斷蓄電池工作于涓流充電、恒流充電還是恒壓充電方式。12V的蓄電池實(shí)際上是由6個(gè)單體蓄電池串聯(lián)而成，因此，UbaL=1．75 V6=10．5 V；Uba_H=2．256=13．5V。當蓄電池電壓過(guò)低，低于Uba_l,時(shí)，為了延長(cháng)蓄電池壽命采用小電流對蓄電池充電，充電電流為，ILL=O．0l C。當蓄電池電壓升高到UbaL時(shí)轉為恒流充電，充電電流為，IL_H=O．1 C。當蓄電池電壓升高到Uba_H時(shí)(13．5V)，轉為恒壓充電，充電電壓為13．5V，此時(shí)充電電流應該繼續減小。這里對于12V，100A．h的蓄電池來(lái)說(shuō)。C=100A。當UdcUba時(shí)，電路工作于Boost(蓄電池放電)模式。

2．2 三級充電模式
傳統蓄電池大多采用兩級充電模式，這種充電模式對于深度放電的蓄電池來(lái)說(shuō)(蓄電池單體電壓低于1．75V)是不夠的。本裝置在恒流、恒壓充電模式之前增加了涓流充電模式，如圖2所示。涓流充電模式對深度放電的蓄電池來(lái)說(shuō)是必不可少的。

2.3 非同步采樣方法
同步采樣方法是在開(kāi)關(guān)管開(kāi)始工作時(shí)進(jìn)行電壓、電流采樣，因為開(kāi)關(guān)管動(dòng)作會(huì )引起電壓、電流尖峰，采樣的數值就有很大偏差，造成系統不穩定，因此，采用非同步采樣方法控制精度更高。如圖3所示，本裝置的PWM開(kāi)關(guān)頻率為20kHz，通過(guò)在周期中斷程序中延時(shí)5μs，就可以避免開(kāi)關(guān)管動(dòng)作對采樣值產(chǎn)生影響，實(shí)現非同步采樣。

2.4帶滯環(huán)的PI調節器
DC／DC變換器的動(dòng)態(tài)和穩態(tài)調節目標不同。動(dòng)態(tài)時(shí)要求系統響應快，超調量小，此時(shí)要求調節器能有效控制系統振蕩，快速進(jìn)入穩定狀態(tài)。穩態(tài)時(shí)要求系統穩定性好，穩定范圍寬。針對這兩種狀態(tài)，對蓄電池充放電的PI調節實(shí)行滯環(huán)調節。

式中：f[e(k)]為PI調節函數。

當輸出誤差e(k)的絕對值比較小時(shí)，采用滯環(huán)兩點(diǎn)控制；當e(k)在滯環(huán)外時(shí)(誤差的絕對值較大時(shí))采用PI調節。這樣就可以既快速又平穩地調節蓄電池充放電了。

3 軟件設計
采用DSP的通用定時(shí)器T1、T2分別產(chǎn)生PWM，、PWM2輸出，控制S1、S2的開(kāi)通和關(guān)斷，選擇連續增計數模式，產(chǎn)生PWM步驟如下：
1)根據載波周期設置TxPR；
2)設置TxCON寄存器以確定計數模式和時(shí)鐘源，并啟動(dòng)PWM輸出操作；
3)將對應于PWM脈沖的在線(xiàn)計算寬度(占空比)的值加載到TxCMPR寄存器中。

控制主程序通過(guò)比較電路兩端電壓Uba和Uda大小來(lái)判斷蓄電池的工作方式。圖4是蓄電池充電程序流程圖，通過(guò)比較蓄電池電壓的大小來(lái)選擇充電模式。每種充電模式都包含一個(gè)滯環(huán)PI調節。圖5是蓄電池放電程序流程圖。圖6是系統中斷程序流程圖，當處于蓄電池充電模式時(shí)x=1，程序返回重新比較蓄電池電壓，判斷充電方式，處于放電模式時(shí)x=2，程序返回重新進(jìn)行PI調節。

4 試驗結果
采用圖1的Buc-k．Boost電路，用DSPTMS320LF2407來(lái)控制的蓄電池充放電裝置，采用20kHz的采樣頻率。如圖7所示，分別為蓄電池工作于涓流充電、恒流充電、恒壓充電和放電的電壓、電流波形。

5 結語(yǔ)
采用電流雙向流動(dòng)的Buck-Boost電路和16位DSP實(shí)現蓄電池充放電功能，增加了蓄電池脈沖充電模式，采用非同步采樣法，運用滯環(huán)PI調節，延長(cháng)了蓄電池壽命，提高了系統的控制精度和穩定度，提高了蓄電池的充電和供電質(zhì)量。