TI Stellaris LM3S2000：動(dòng)力電池充電器解決方案分析

德州儀器（TI）公司的Level 3電動(dòng)/混合動(dòng)力汽車(chē)電池充電器采用數(shù)字功率控制器、通信器件、高性能驅(qū)動(dòng)器以及接口器件。Level 3充電器包括從AC產(chǎn)生DC電壓的帶PFC的AC/DC轉(zhuǎn)換器，DC/DC轉(zhuǎn)換器，其核心器件是實(shí)時(shí)C2000系列MCU。
　　插入式混合電動(dòng)車(chē)（PHEV）和電池電動(dòng)車(chē)（BEV）是兩種正在日益興起的技術(shù)，它們采用強(qiáng)大的電機(jī)和高壓電池組作為動(dòng)力和能量源。由于電池具有一個(gè)確定的能量性能，因此PHEV和BEV必須周期性的進(jìn)行補(bǔ)充，一般是通過(guò)連接電網(wǎng)進(jìn)行補(bǔ)充。這樣做的時(shí)候，一些形式的通信（PLC，無(wú)線或RFID）可能被用于管理充電活動(dòng)并幫助對(duì)車(chē)輛或車(chē)主進(jìn)行認(rèn)證，從而進(jìn)行計(jì)費(fèi)。Level 3充電在公共充電領(lǐng)域?qū)l(fā)揮重要作用，以降低充電時(shí)間，并使用戶可以從充電過(guò)程中更多的受益。
　　針對(duì)汽車(chē)的Level 3充電系統(tǒng)包括一個(gè)AC/DC轉(zhuǎn)換器，用于從一個(gè)AC線生成一個(gè)DC電壓。即將充入的電量將需要進(jìn)行功率因數(shù)校正（PFC）以提升功率因數(shù)，從而滿足地區(qū)性的規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)。在反極器的中心是一個(gè)實(shí)時(shí)C2000微控制器。這個(gè)控制器經(jīng)過(guò)編程為控制回路實(shí)現(xiàn)所需的電源管理功能，包括采用PCF的AC/DC和DC/DC，從而為電池創(chuàng)建所需的元素。C2000控制器包括先進(jìn)的外設(shè)，如高精度PWM輸出和ADC，其設(shè)計(jì)用于讀取ADC并在一個(gè)單獨(dú)的時(shí)鐘循環(huán)內(nèi)調(diào)節(jié)PWM，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。
　　
　　圖1 DK-LM3S9B96開(kāi)發(fā)板方框圖
　　由于C2000管理著電源，因此主機(jī)控制器有責(zé)任采用通信模塊所提供的信息和感應(yīng)的溫度來(lái)驅(qū)動(dòng)與板上電池組的直接通信。充電狀態(tài)所需要的信息會(huì)傳送到功率控制器，重要的充電診斷和電池狀態(tài)將發(fā)送到Level 3充電系統(tǒng)的顯示器。
　　出于安全方面的考慮，在處理器與電源和電壓之間，以及通信總線與外部環(huán)境之間需要進(jìn)行隔離處理。TI的數(shù)字隔離器具有由TI二氧化硅（SiO2）隔離阻障分隔開(kāi)的邏輯輸入和輸出緩沖器，提供了4kV的隔離電壓。在與隔離的電源聯(lián)合應(yīng)用時(shí)，這些器件阻隔了高電壓，隔離接地電壓并防止了噪聲電流進(jìn)入地面，影響和破壞敏感型的電路。高性能模擬部件可用于提供重要的系統(tǒng)功能，如MOSFET驅(qū)動(dòng)器、感應(yīng)器反饋、芯片電源和通信收發(fā)器。
　　簡(jiǎn)易系統(tǒng)上的通信可以通過(guò)一個(gè)單獨(dú)的處理器進(jìn)行控制。像Level 3充電系統(tǒng)這樣、更多的具有復(fù)雜顯示器和線性計(jì)帳/報(bào)告功能的系統(tǒng)可能都需要第二個(gè)控制器。采用的一個(gè)低頻NarrowBand PLC （LF NB PLC）解決方案在帶寬、功率和成本要求方面提供了一個(gè)較好的配置。在窄帶域（頻率高達(dá)500kHz）運(yùn)行保證了數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)使系統(tǒng)成本降低。這樣一來(lái)，這一標(biāo)準(zhǔn)將會(huì)權(quán)衡現(xiàn)有的電源線架構(gòu)，并提供了一個(gè)集成智能監(jiān)視的高性價(jià)比方式，并對(duì)新的汽車(chē)系統(tǒng)進(jìn)行控制。數(shù)據(jù)率可以根據(jù)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)，在1.2kbps至上百kbps間變化。在plcSUITE 資源庫(kù)中提供了TI的PLC軟件，并使用戶可以在一種設(shè)計(jì)中支持?jǐn)?shù)種調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)。開(kāi)發(fā)者可以在一個(gè)單獨(dú)的設(shè)計(jì)中執(zhí)行SFSK ICE61334，PRIME和G3標(biāo)準(zhǔn)以及FlexOFDM標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)OFDM的定制化，并對(duì)于即將推出的標(biāo)準(zhǔn)具有適用性。另外，可能需要將無(wú)線通信和/或RFID用作為第二通信協(xié)議及認(rèn)證和計(jì)費(fèi)的方式。
　　Stellaris LM3S2000系列，設(shè)計(jì)用于控制器局域網(wǎng)（CAN）應(yīng)用，利用Bosch CAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（這是短程工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的黃金標(biāo)準(zhǔn)）拓展了Stellaris系列。它的推出標(biāo)志是采用革命性ARM Cortex-M3內(nèi)核的CAN性能的首次集成。另外，幾款LM3S2000系列MCU也編輯在存儲(chǔ)器ROM的StellarisWare軟件特性中。
　　TI將32位性能和ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器的所有優(yōu)勢(shì)滲透到微控制器高場(chǎng)的方方面面。對(duì)于目前的8位和16位MCU用戶而言，采用Cortex-M3內(nèi)核的Stellaris系列提供了對(duì)于強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)具系統(tǒng)、軟件和行業(yè)知識(shí)的直徑訪問(wèn)路徑。那些將更換使用Stellaris的設(shè)計(jì)者將獲益于大量的工具、小代碼占位空間和出色的必能。而且更為重要的是，設(shè)計(jì)者可以在對(duì)$1~1GHz的兼容發(fā)展路線圖充滿信心的基礎(chǔ)上進(jìn)行ARM子系統(tǒng)。對(duì)于目前32位MCU的用戶而言，Stellaris系列提供了采用Cortex-M3和Thumb-2指令集的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品。通過(guò)極為快速的響應(yīng)，Thumb-2技術(shù)整合了16位和32位指令，以提供代碼密度和性能方面的良好平衡。Thumb-2與32位代碼相比，所有存儲(chǔ)器降低了26%，卻提供了高出25%的性能。德州儀器Stellaris系列微控制器是ARM Cortex-M3內(nèi)核微控制器，將高性能的32位計(jì)算帶入到了成本敏感型的嵌入式微控制器應(yīng)用中。這些開(kāi)創(chuàng)性的產(chǎn)品讓客戶可以通過(guò)相當(dāng)于之前8位和16位器件的價(jià)格實(shí)現(xiàn)32位的性能，所采用的都是一個(gè)小引腳的封裝。