燃料電池車(chē)載大功率DC/DC變換器的設計與應用
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對DC/DC變換器的高端低端電壓電流進(jìn)行采樣，作為控制DC/DC變換器功率的回饋參考數據，并上傳CAN網(wǎng)絡(luò )做為整車(chē)控制的重要參考數據。高端和低端的電流采樣用傳感器WBV151S07,為電壓隔離傳感器，輸入范圍為0～75mV,輸出為0～5V，供電為±12V。被測母線(xiàn)通過(guò)分流，將電流以比例衰減到電流傳感器的輸入范圍內，并通過(guò)車(chē)用微控制器MC9S12D64的AD采樣傳感器的輸出端。
高端和低端的電壓采樣用傳感器WBV151S01，當被測電壓低于500V時(shí)，將電壓傳感器直接掛接到被測母線(xiàn)上，通過(guò)控制器AD采樣接口讀取傳感器輸出端的值。
3.4溫度傳感器
車(chē)載DC/DC變換器為大功率器件，散熱是重要性能指標之一，因此為DC/DC變換器設置了溫度傳感器，來(lái)實(shí)時(shí)檢測溫度，當散熱器不能滿(mǎn)足其散熱要求時(shí)，根據溫度傳感器采集的溫度量來(lái)啟動(dòng)散熱風(fēng)扇，并以溫度為依據設定風(fēng)扇的轉速大小。溫度檢測采用的是美DALLAS半導體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數字式溫度傳感器DS18B20。它的測量范圍為50℃到125℃，精度可達0.1℃，不需要A/D轉換，直接將溫度值轉換為數字量。DS18B20嚴格的遵守單線(xiàn)串行通信協(xié)議，每一個(gè)DS18B20在出廠(chǎng)時(shí)都用激光進(jìn)行調校，并具有唯一的64位序列號。這也是多個(gè)DS18B20可以采用一線(xiàn)進(jìn)行通信的原因。
工作中控制單元對DS18B20的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現。其中ROM操作指令分別為：讀ROM(33H) 、匹配ROM(55H) 、跳過(guò)ROM(CCH) 、搜索ROM(F0H)和告警搜索(ECH)命令。暫存器指令分別為：寫(xiě)暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復制暫存存儲器(48H)、溫度轉換(44H)和讀電源供電方式(B4H)。
4,DC/DC變換器的軟件設計
軟件設計的開(kāi)發(fā)環(huán)境為Code Warrior for S12,它是面向以HC12和S12為CPU的單片機應用開(kāi)發(fā)的軟件包。包括集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE、處理器專(zhuān)家庫、全芯片仿真、可視化參數顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調試器。其調試方式為BDM方式, BDM(Background Debug Mode)是Freescale公司的一種系統調試方式，具備基本的調試功能，包括資源訪(fǎng)問(wèn)及運行控制，與指令掛牌及斷點(diǎn)邏輯配合就可以實(shí)現很多重要的開(kāi)發(fā)功能。
4.1 DC/DC變換器工作模式
DC/DC變換器設計三種工作模式，使能工作模式，正常工作模式和故障模式。在使能工作模式下DC/DC處于未被啟動(dòng)狀況，需要將其引出的兩使能腳短路使其使能成功，使能成功后即進(jìn)入正常工作模式，在正常工作模式下可對DC/DC變換器進(jìn)行提取功率操作。DC/DC的控制單元如果檢測到故障，將使DC/DC變換器進(jìn)入故障模式，此時(shí)整車(chē)控制器指令對DC/DC變換器的操作無(wú)效。
4.2DC/DC變換器工作協(xié)議
作為燃料電池車(chē)的電壓變換器，需要根據工作方式制定協(xié)議，并規定每上傳比特位的意義，DC/DC變換器則根據相應的協(xié)議向整車(chē)CAN網(wǎng)上傳數據，整車(chē)控制器則從CAN網(wǎng)上采集相應的數據按協(xié)議翻譯并參與控制策略運算。DC/DC變換器的協(xié)議包括上傳數據協(xié)議和接受數據協(xié)議。
4.3流程圖
如圖9所示，為DC/DC變換器的工作主流程圖，此外，在CAN中斷處理程序中，按協(xié)議接受CAN網(wǎng)數據供主程序使用，并在定時(shí)中斷中定時(shí)上傳數據，每100ms上傳一幀數據,采用CAN2.0 通訊協(xié)議，29位ID，每幀8個(gè)字節數據量通訊方式。
5,結束語(yǔ)
本文作者創(chuàng )新點(diǎn)：以飛思卡爾單片機MC9S12D64做為控制單元設計成的燃料電池車(chē)載DC/DC變換器經(jīng)上車(chē)實(shí)驗具有如下創(chuàng )新點(diǎn)：
①DC/DC電路采用沒(méi)有隔離的雙向Zeta-Sepic 直流變換器電路，可靠穩定，適應燃料電池車(chē)的工作要求。②采用車(chē)用微控制器MC9SD64為DC/DC變換器的控制單元，提高了現場(chǎng)的抗干擾能力，確保DC/DC變換器在電磁環(huán)境較為惡劣，電磁干擾因素居多環(huán)境下正常運行。③采用數字溫度傳感器DS18B20檢測散熱器溫度，使溫度檢測系統結構簡(jiǎn)單，抗干擾能力強，精度高；④利用CAN總線(xiàn)與整車(chē)CAN網(wǎng)通訊，與整車(chē)通訊協(xié)議匹配，保證通信流暢，提高了DC/DC變換器的通信的抗干擾能力。
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