基于FPGA和Profibus的直流充電機控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于電力電子技術領域，涉及電動汽車充電機控制系統，適用于直流充電機的通用控制部件。
【背景技術】
[0002]隨著全球能源危機的不斷加深，石油資源的日趨枯竭以及環境污染日益嚴重，各國政府及全球的汽車企業均認識到節能和減排是未來汽車的發展方向，電動汽車得到世界各國政府和汽車制造商的一致認可，普遍重視并競相大力發展電動汽車技術，取得了一定成果和進步。
[0003]電動汽車充電機作為電動汽車車用電池充電的設備，是具有特定功能的電力變換裝置。目前，電動汽車充電機分為直流充電機和交流充電機，充電機主要是由機械柜體、主回路、控制系統、驅動回路、冷卻系統、電源系統、輔助系統等組成。
[0004]充電機控制系統的主要功能是控制電力電子半導體開關器件，產生開通、關斷信號，從而輸出電動汽車需要的電壓或電流，實現對電池的充電功能。同時，充電機控制系統可以實時跟蹤充電機的工作狀態，采集、記錄運行參數，與電動汽車BMS系統交互信息，故障處理等。目前，充電機控制系統一般主要采用微處理器(microprocessor)、微控制器(microcontroller)或數字信號處理器 DSP (Digital Signal Processor)為控制運算核心。以微控制器或者數字信號處理器為控制運算核心的控制系統硬件上含有較多的外圍電路，影響了系統運行的可靠性和抗干擾性。
【發明內容】
[0005]本發明實施例的目的在于提供一種電動汽車直流充電機的控制系統，實現多路直流輸出，而且提高系統的抗干擾能力和運行可靠性。
[0006]本發明技術方案如下:
一種基于FPGA和Profibus總線的電動汽車直流充電機的控制系統，包括一個AC/DC整流控制模塊和若干個DC/DC變換控制模塊，AC/DC控制模塊和DC/DC控制模塊均以FPGA為運算控制核心，AC/DC控制模塊和若干DC/DC控制模塊之間通訊采用基于Profibus-DP的主從架構，實現整個充電機系統的運行。
[0007]AC/DC整流控制模塊與DC/DC變換控制模塊之間基于Profibus-DP的主從架構進行通訊，AC/DC整流控制模塊為主站，若干DC/DC變換控制模塊為從站。
[0008]AC/DC整流控制模塊和DC/DC變換控制模塊均以FPGA為核心運算控制芯片。
[0009]AC/DC控制模塊包括主站FPGA、主站采樣單元、主站脈沖分配單元、數字量輸入輸出單元、模擬量輸入輸出單元和主站Profibus通訊單元；所述主站采樣單元、主站脈沖分配單兀、數字量輸入輸出單兀、模擬量輸入輸出單兀、主站Profibus通訊單兀均與主站FPGA連接通信。
[0010]主站采樣單元包括交流電壓采樣、交流電流采樣和直流電壓采樣；交流電壓采樣和交流電流采樣分別基于電壓互感器(PT)和電流互感器(CT)采樣，經濾波處理后進入模數轉換器(ADC)，經ADC轉換后送入主站FPGA ;直流電壓采樣采用電阻分壓采樣方式，電阻分壓后的輸出量處理送入模數轉換器(ADC)，經ADC轉換后送至主站FPGA ;主站脈沖分配單元采集功率模塊的電流和溫度信號，經模數轉換器(ADC)轉換后輸入主站FPGA，主站FPGA根據控制指令和輸入的電壓和電流信號算生成PWM脈沖信號，PWM脈沖信號經脈沖分配單元處理輸出；
主站脈沖分配單元產生功率器件(IGBT)驅動信號；
數字量輸入輸出單元和模擬量輸入輸出單元接收充電機系統的狀態輸入送至主站FPGA,主站FPGA根據狀態輸入判斷充電機系統運行情況，輸出控制信號至電機控制系統，保持電機系統正常穩定運行。
[0011]主站Profibus通訊單元用于主站與各個從站的Profibus單元通信,發送控制指令并接收從站DC/DC模塊狀態信息。
[0012]DC/DC控制模塊包括從站FPGA、從站采樣單元、從站脈沖分配單元和從站Profibus通訊單元；所述從站采樣單元、從站脈沖分配單元、從站Profibus通訊單元均與從站FPGA相連接。
[0013]從站采樣單元包括直流電壓從站采樣和直流電流從站采樣，直流電壓從站采樣采用電阻分壓采樣方式，電阻分壓后的輸出量處理送入模數轉換器(ADC)，經ADC轉換后送至從站FPGA ;直流電流從站采樣采用電流霍爾方式，電流霍爾輸出經ADC轉換后送至從站FPGA ;從站FPGA根據輸入的電壓和電流信號生成脈沖信號，脈沖信號經從站脈沖分配單元處理輸出，驅動DC/DC功率器件(IGBT)。
[0014]本發明AC/DC控制模塊和若干DC/DC控制模塊之間通訊采用基于Profibus-DP的主從架構，AC/DC模塊為主站，若干DC/DC模塊為從站，AC/DC模塊和DC/DC模塊間通過Profibus總線交換控制和狀態信息，實現AC/DC模塊和DC/DC模塊的協調運行。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果包括:
采用基于FPGA作為控制系統的核心，減小控制系統的外圍電路，提高處理速度，增強抗干擾性，提高系統實時性和性能；AC/DC控制模塊和DC/DC控制模塊間通訊采用基于Profibus-DP的主從架構，提高了模塊間的通訊速率，保證了系統的控制實時性；
同時，本發明基于Profibus-DP的主從架構，實現多路直流同時輸出，多路直流輸出相互獨立且輸出特性一致，可以同時為多輛電動汽車充電。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發明的基于FPGA和Profibus總線的電動汽車直流充電機控制系統連接示意圖。
【具體實施方式】
[0017]下面結合附圖和具體的實施例對本發明技術方案作進一步的詳細描述，以使本領域的技術人員可以更好的理解本發明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發明的限定。
[0018]如圖1所示，一種基于FPGA和Profibus總線的直流充電機控制系統，包括一個AC/DC整流控制模塊和若干個DC/DC變換控制模塊；若干個DC/DC變換模塊的DC輸入側并聯后與AC/DC整流模塊的DC側連接，所述DC/DC變換模塊的DC輸出側為充電機的多路輸出。
[0019]AC/DC整流控制模塊與DC/DC變換控制模塊之間基于Profibus-DP的主從架構進行通訊，AC/DC整流控制模塊為主站，若干DC/DC變換控制模塊為從站。
[0020]AC/DC整流控制模塊和DC/DC變換控制模塊均以FPGA為核心運算控制芯片。
[0021]AC/DC控制模塊包括主站FPGA、主站采樣單元、主站脈沖分配