围绕单处理器开发智能HEVEV基础设施充电器

　　引言

　　随着路上行驶的电动车比例的增加，对于充电站的需求也随之出现爆炸式的增长。尽管在一些饭店和购物中心有许多充电站供免费使用，但是城市和农村地区对“付费充电站”的需求也日益增长。这些充电站可让电动车实现更远的行驶距离。这就需要更高的技术来实现系统内通信，包括实现移动支付的近场通信（NFC）技术，完成支付处理的Wi-Fi、以太网和电力线通信（PLC）技术，并需要运用先进的电表和辅助控制功能。C2000™ C28x数字信号处理器（DSP）+ARM® Cortex™-M3器件出现以后，现在我们可以把所有这些功能集成到一颗单独的低成本处理器中。

　　集成通信

　　今天，越来越多的人们开始使用电动车，不管是摩托车、特种交通工具还是日常乘坐的公共交通工具。它导致对于充电站的需求也随之增长，特别是在帮助这些交通工具增加行驶距离方面。尽管许多场所都提供免费充电服务，但是付费充电站也很有必要。城市中有许多充电站，其外形和工作方式都与停车计时器类似，只是多了一条连接电动车的充电线。

　　到目前为止，共有三种常见的充电站（按级划分）。1级和2级为常见的“电量计”交流电源，使用电动车的板上充电功能。现在，第三种常见充电站（目前还不能称作一个级别）为直流“快速充电器”，其绕过电动车板上功率因数校正（PFC），直接向电池充电级提供400V的直流电源。所有这三种系统的功率电平和功率级都不同，但是都需要测量用电多少并向消费者说明充电量，同时都要求能够与后端网络进行通信。

　　对于xyk充电、移动用户手机充电甚至现金交易处理来说，同多个后端网络通信非常必要。而对设计人员来说，他们需要它来实现其构架的灵活性。利用TI的C2000双核微控制器等处理器，我们现在可以在一颗单处理器中拥有PLC、Wi-Fi、10/100以太网和NFC通信的灵活性，它还能够处理电表功能、家政管理甚至是系统内的功率级控制。通过把所有东西都集成到一颗单控制器内，我们可以减少板空间、材料清单成本，并集成高级保护功能，所有这些都融入到一颗单控制器中。

　　实时C2000 DSP+ARM的优势

　　起价仅7美元的C2000 DSP+ARM系列微控制器是一种新型混合信号、多核处理器器件，属于TI MCU系列器件。它拥有C28x DSP内核的32位处理的性能优势，同时结合了工业标准ARM Cortex-M3内核灵活性，在混合信号、通信型系统中为设计人员提供无可比拟的灵活性。开发人员还可利用这些器件的模拟处理功能，其拥有多达24条ADC通道、6个集成模拟比较器以及工业标准的通信协议，包括USB、10/100以太网、I2C和SPI接口，以便同其他无线电技术进行通信，从而在一颗处理器中提供一套完整的系统。集成内存、电源和监视外围器件也都被集成到器件中，进一步减少了对于外部组件的需求。

　　C2000 DSP + ARM微控制器简介：

　　•双处理器技术—独立C28x 32位控制内核和ARM Cortex-M3通信内核

　　•高达1.5MB和232KB的SRAM嵌入式闪存，用于应用存储器和程序存储器

　　•集成模拟外围器件，包括24条12位ADC通道、6个模拟比较器和27PWM输出通道

　　•集成通信，包括USB、10/100以太网、I2C、SPI和CAN外围器件

　　•单电源运行

　　•集成上电重置和断电重置功能

　　所有电表系统基础均不超过主处理单元的模拟处理能力。利用C2000双核器件的模拟功能，我们可以轻松地实现要求电压，以及单相和三相交流电测量要求的电流监测功能，并能对更高输出直流型系统的输出水平进行监测。为了简化本文的一些图，我们把系统分解成2个子部分：

　　1、 受监测的电源本身

　　2、 系统的低压通信端

　　由于我们正处理低压和高压系统，因此我们还必须考虑高压和低压系统之间的隔离要求。尽管C2000双核器件可以处理功率级控制，但本文仅侧重于更高级别的测量和通信。

　　电表应用的C2000双核微控制器

　　如前所述，电动车充电器目前分为三类：1级和2级代表交流充电，3级为直流快速充电。在1级和2级系统中，充电站构架看起来与大多数智能电网应用的标准电表应用非常类似。这种电表简单地连接一个单相或者三相交流电源（公共电网），系统内没有功率控制级。它的工作原理与家用电表完全一样，其监测通过系统的电流，只是增加了与充电电动车之间的通信，并作为一个支付网关，它还可能会包含安全断开功能。1级和2级充电器都使用电动车板上充电系统，其包括功率因数校正增压级和高压直流充电电路。1级充电器基于标准的120/240V交流级别，提供最大16安培的充电电流。2级充电可使用240V交流或者480V三相交流，但两者都被限定为32A。另外，在1级或者2级情况下，充电器仅充当通用电网和接受充电电动车之间的一个电表功能，没有能量转换级。

　　图1 “智能”固定充电站的简化信号链

　　直流快速充电系统的工作方式很不同，它把交流电源电压级别转换为增压DC直流级别，能够提供高达400安培的电流。尽管1级或者2级充电器可在4到8小时内完成普通电动车的充电，但是直流增压充电器却可在20到30分钟内完成相同的充电工作。相比3级充电器，1级和2级的功率级非常不同，但是这种电表应用常用于所有这三种充电器，因为测量输入始终为交流电源，并且在所有PFC级前面。