基于ADUC831和UCC3895的非车载充电机控制电路的研制

解兆延，王平来，李小伟，张晓鹏

（1.山东省汽车电子重点实验室 2.山东省科学院自动化研究所，济南 250014）

面对当前能源危机和环境污染问题的双重压力，发展电动汽车，实现汽车能源动力系统的电气化，推动传统汽车产业的战略转型，在国际上已经形成了广泛共识。目前，尤其是” 十二五”以来我国已出台许多政策，扶持和引导电动汽车行业的快速发展。在电动汽车的发展过程中，电动汽车充电站这一基础设施的建设具有重要的推动和保障作用，而非车载充电机又是电动汽车充充电站的核心部件，因此研究非车载充电机具有很重要的意义。本文介绍了一种基于ADUC831和UCC3895的非车载充电机，主要分析其控制系统的设计和研制。

1 简介

本文设计的充电机输入电压为三相工频交流电压，输出电压400V～600V，输出电流最大为20A，输出功率最大10KW。本充电机采用了一种基于副边CDD嵌位的ZVZCS的电路拓扑结构，如图1所示。

2 充电机的控制系统设计

充电机的控制系统以ADI公司的8为模拟控制器ADUC831和TI公司的UCC3895为核心。ADUC831负责外围信号的采集和监测、充电机输出电压电流的控制以及整个充电机系统的各种保护功能；UCC3895根据系统要求产生移向控制信号，控制整个主回路的正常工作。整个系统的结构如图2所示。

2.1 ADUC831

ADuC831 M icroConverter 是一款完全集成的单芯片12位数据采集系统。与ADI公司的所有M icroConverter产品一样，它在单芯片上提供精密模数和数模转换功能以及一个Flash微控制器。ADuC831硬件完全向后兼容ADuC812。ADuC831提供52引脚PQFP或56引脚CSP封装，采用3V或5V电源供电。

该单片机主要有以下特点：8通道、5 s、自校准、12位ADC；两个12位轨到轨电压输出DAC；两路灵活的PWM输出；工业标准8052微控制器；62KB可在线重新编程的闪存程序存储器；4KB可读写的非易失性闪存数据存储器；2K-By te SRAM (8052内核还有256字节存储器) ；温度监控器；基准电压源、串行接口端口、看门狗定时器、电源监控器、上电复位等；嵌入式下载/调试和仿真功能。

充电机的控制电路中主要用到了单片机的以下模块：

1）ADC模块。采用单片机的ADC0、ADC1、ADC2三个通道，分别采集充电机的输出电压、输出电流和充电机的内部温度信号。

2）DAC模块。采用单片机的DAC0，DAC1，分别提供充电机输出电压和输出电流的给定值。

3）定时器0。采用单片机的定时器模块，定时20毫秒一个工作周期。

4）UART模块。采用单片机的UART模块，接收上位机的控制信号，发送充电机的工作状态等信息。

2.2 UCC3895

UCC3895 芯片是Texas Instrum en ts 公司生产的专用PWM移相全桥DC/DC 变换器新型控制芯片。它在UCC3875 原有基础上增加了自适应死区设置和PWM软关断能力，适应了负载变化时不同的准谐振软开关要求。由于它采用了BICMOS 工艺，从而功耗更小，工作频率更高，更加符合电力电子装置高效率、高频率、高可靠的发展要求。通过不同的外围电路设置，它既可工作于电压模式，也可工作于电流模式，并且软启动/ 软停止可按要求进行调节。本文中充电机控制系统采用电压/ 电流双闭环控制。通过电压电流硬件PI电路控制UCC3895产生移向信号，来调整整个系统的输出电压和电流。

本设计中UCC3895的工作频率设置为20KHz,死区时间设置为5uS。

2.3 电路设计

2.3.1 电压电流信号采集电路

整个系统需要采集的电压电流信号如下：

1）交流输入电压信号：该信号首先经过整流滤波后变为直流电压，然后通过LM 393比较器产生输入过压和欠压信号，通过光耦发送到单片机的IO进行检测。

2）输入电流信号：三相380V交流输入电压经过主回路整流桥后，变为直流母线电压，在直流母线回路中串接霍尔电流传感器，经过滤波放大后通过LM 393比较器产生输入过流信号，发送到单片机进行检测。

3）输出电压信号：输出电压信号经过电阻分压后，通过LM 358放大跟随后送入单片机的ADC。

4）输出电流信号：输出电流信号经过检流电阻后，通过LM 358放大跟随后送入单片机的ADC。

2.3.2 温度控制电路

温度控制电路包括温度检测电路和风扇驱动电路。温度检测采用LM 35模拟温度传感器，采集到的温度模拟信号经过放大处理后送入单片机检测，单片机通过温度的高低驱动风扇的运行。

2.3.4 RS485接口电路

RS485接口电路负责充电机与外部充电桩进行通讯，控制充电机的电压和电流的输出，同上检测充电机的工作状态和故障信息。采用MAX485作为接口电平转换芯片。

2.3.5 键盘显示电路

键盘显示电路主要是设置充电机的运行参数，包括电压电流的限制值等。采用74CH164驱动数码管显示充电机的各种运行信息。

3 试验结论

在三相380V交流电压下对充电机进行了测试，主要测试设备包括：横河DL750示波记录仪，高压差分探头751574，以及LEM公司的电流互感器。

其中CH5为超前臂上管电压，CH6为滞后臂下管电压，CH7为谐振电感两端电压，CH8为变压器原边电流波形。通过波形可以判断，谐振电感发生了谐振，原边电流的波形符合ZVZCS的要求。

4 结语

该充电机控制电路经过试验测试，最高效率达到93%，满足了整个充电机的控制要求。对国家推广电动汽车的充电设施建设提供了更多的解决方案。

[1] ANOLOG DEVICES. ADUC831: 精密模拟微控制器 [ EB/OL] .[2014-03-29] .

[2] 万文斌，项健，贾建雄. 大功率智能充电机控制系统研制[J] .蓄电池充电,2013(1) :33-36.

[3] 张凤英，伍理勋，冯晓云，张斌斌. 基于移向控制的电动汽车用充电机主回路分析研究[J] . 电源技术应用,2007(3):5-9.

[4] 李树靖, 林凌, 李刚. 蓄电池在线智能监测仪的设计[J] .工业仪表与自动化装置，2003（6）：21-24,40.

[5] 牟翔永, 陈庆川, 朱明. 基于UC3875 的ZVZCS PWM 软开关直流电源的研制[J] . 真空，2008,45（4）：105-105

[6] 朱会清,陈名松.基于UCC3895 软开关技术的通信电源的设计[J] .信息科技，2011（20）：74-76.