高压重频充电电源控制系统的设计分析

张捷

[摘 要]针对高压重频充电电源来说，控制系统属于重要部分，只有积极落实好控制系统各项设计工作，才能实现对高压重频充电电源整个使用运行过程的高效控制。故本文主要探讨高压重频充电电源内部控制系统设计，仅供参考。

[关键词]充电电源；高压重频；控制系统；设计；

前言

伴随现代科技持续的进步发展，大功率充放电电池被广泛运用至工业、科研、农业及医疗等众多领域当中。高压重频充电电源，其属于大功率充放电电池系统当中应用最为广泛的一类激励电源，它的各项性能对大功率充放电电池装置实际转换效率及其输出的稳定性均有着直接影响，这就决定了积极开展高压重频充电电源内部控制系统设计分析工作较为重要。

1. 设计构思

高压重频充电电源内部控制系统总体设计思路即为：控制系统接收源自上位机所发出相应控制指令，及时执行各项操作，接通/断开主电路、启/停电源、检测计算充电电压和电流、查询及响应故障信息、实时检测及反馈电源运行状态等。电源操作过程，可选远程或本地这两种不同的控制方式。本地控制，技术员现场便可将大功率充放电电池电源相应操作完成，便于实验调试；远程控制该方式之下，借助计算机的上位机系统软件，通过光纤的通信系统对电源实施远程控制，人员安全可得以保证。结合用户所设参数，该控制系统将触发信号发送给放电装置，大功率充放电电池装置完成放电操作。以其余设备所发出信号为控制信号，并从外部触发接口合理引入，便可控制电源外部触发。外部触发及放电信号密切配合，大功率充放电电池装置系统内部各设备整体上可实现同步运行操作^[1]。

2. 系统设计

2.1 硬件设计

1）在主控芯片和供电电源层面

结合大功率充放电电池装置对于控制系统所提出要求，选定TMS320LF2407A数字化信号处理装置为高压高频的充电电源内部控制系统核心控制芯片，此芯片呈大容量、高频率及低功耗优势，内含事件管理装置、脉冲宽度的调制输出等功能，且自带有模数转换A/D控制装置及串行通信的SCI模块，内含多个可编制的服用I/O口，仅需简单配置外围电路，多种系统控制功能即可实现。充电电源的控制板当中，选用+3.3V的直流电源、+5V的直流电源，其经电源的转换芯片获取。开关电源可提供+5V的直流电压经磁珠滤波，以容值不同电容实现滤波，获取稳定、干净+5V的直流电压。借助电压所转换芯片获取+3.3V的直流电压，再经磁珠和电容滤波，可用为数字化信号处理装置内部供电电源^[2]。

2）在PWA驱动和开关量的控制电路层面

高压高频的充电电源内部逆变装置正常运作，对电源实现正常充电来说有着基础保证作用，故需为逆变装置开关器件部分提供稳定、精确PWM驱动的脉冲信号。DSP内部PWM的输出端接入74LVTH245芯片，驱动能力可得以增强，所有PWM的输出端均下拉电阻，确保无脉冲细情况下驱动信号均为低电平。经PWM增强信号、光耦TLP351，将其隔离转换成15V绝缘栅的双极类型晶体管部位驱动板相应输入信号。高压高频的充电电源内部，主电路的启/停信号、放电信号、故障电路自动复位相应开关量的控制信号均借助DSP内部不同的I/O口予以发出，大功率充放电电池装置应用情况下，该部分控制信号能够准确可靠地传输至其余设备当中。

3）在故障问题保护电路层面

高压重频充电电源内部控制硬件系统设计当中，针对故障问题保护电路具体设计层面，主要设计过热、过流、过压、超时的保护电路，确保故障发生情况下，充电可被及时停止。

4）在光纤通信的控制系统层面

为确保通信系统具备极强抗干扰性，此次高压重频充电电源内部控制硬件系统设计当中，设光纤通信的控制系统，电源及上位机的PC两端，把电信号合理转化成光信号实施远程传输，确保通信系统自身抗干扰性得到提升，且控制端和运行端可实现电气隔离。

5. 在负载电压的反馈系统层面

因充电电源负载通常是较大容量高压电容装置，大功率充放电电池装置系统内部的电容装置需瞬时实施大电流的放电操作，故测量电容器层面电压，需借助高压分压装置实施，确保分压装置和控制系统实现电气的有效隔离，避免负载放电情况下，地线上面大电流的干扰情况出现，防止控制系统遭受高压击穿问题产生。故高压侧的反馈电路当中，借助压频转换成光纤的隔离电路，借助AHFBR-1521及HFBR-2521光电的转接头，促使电光及光电实现有效转换。

5. 在电磁的兼容性层面

电源板，其输出至各个功能板导线，选用双绞线将差模干扰消除，借助磁环滤波确保各个功能板均获取干净电源；控制板和检测板所连接导线选定磁珠滤波或磁环，确保导线上面电磁干扰得以减小，为信号精度提供保证。光线的反馈板采样电压所在输出端，借助容值不用电容对于所输入的电压信号予以滤波，确保所反馈电压信号准确且平稳；驱动板至逆变装置连接现借助磁环对其驱动信号实施滤波，确保逆变装置所获取开关信号正常可靠；主控系统整体封装至机箱内部独立空间，借助金属挡板对空间辐射所传播其余器件电磁干扰起到阻挡作用。

2.2 软件设计

1）在DSP系统程序层面

DSP系统程序内部以主程序、各个中断系统为主，程序执行时间集中于主程序当中，但定义特定的时间到来情况下会中断。因中断为较高优先级，系统程序会结合所产生中断向量，自动跳转至中断系统程序当中，执行所设任务。同时产生几个中断情况下，系统程序可结合所预设中断的优先级情况，执行其优先级当中最高中断。该中断子系统程序完成执行动作，便返回主系统程序执行。该中断子系统程序内含定时计数、保护、SCI串口、外部触发等中断。所有中断子系统程序均内含串口及保护功能模块。控制系统待上电复位，系统程序则自定执行初始化各项任务，进入至循环执行操作阶段，若此时并未产生中断，则系统持续检测是否存在故障信号，为充电电源提供安全保证，故障排除期间因故障中断并未响应，且无法及时执行故障处理操作。循环执行期间，若某定义事件已经出现，系统程序会跳转至所对应中断子系统程序执行相应任务。中断子系统程序相应任务执行完毕，系统程序跳转至主程序持续开展执行动作。高压高频类充电电源当中运用大功率充放电电池装置，DSP系统程序各项功能的实现可利用中断完成。结合不同功能和大功率充放电电池装置电源所产生影响情况，把不同功能合理设定于不同的优先级相应中断程序当中^[2]。

2. 在上位机系统程序层面

上位机系统程序属于电源控制界面系统程序，借助串口协议RS232及DSP实现通讯。该上位机面向DSP发出启/停、复位、接通/断开主电路各项控制指令，借助上位机把各项参数输入进气，对高压高频的充电电源实际电压、重频次数及频率、保护时间等实施有效调节。为便于用户实施电源监控，在上位机上设波形、重频次数、运行状态及时间、实验数据信息记录各项功能。因上位机系统程序控制界面，其直接面对用户，故需界面设计期间需考虑到使用便捷性。为满足实际需求，可借助面向对象可视化的编程语言Visual Basic，将上位机控制系统程序设计完成。

3. 结语

综上所述，高压重频充电电源内部控制系统设计实践中，需设计者能够结合具体的需求情况及各项标准，做好整体的设计构思，并从硬件及软件两个层面着手，高效落实具体的设计工作，以确保高压重频充电电源内部控制系统设计效果能够得到提升，更为充分地满足使用者们的现实需求。

参考文献

[1] 蒋培, 刘新竹, 罗劼. 高频谐振软开关的高压充电电源设计研究[J]. 电力电子技术, 2020, 54(009):410-411.

[2] 钱晨, 马善斌, 柳玉文,等. 基于STM32的战车电源转换控制系统设计[J]. 兵器装备工程学报, 2021, 42(002):529-530.