【文章內(nèi)容簡介】 關鍵 所在 ， 因此 設計 測量 電路適當 與否 對整個 設計的 系統(tǒng)至關重要。 由于 P87C591 嵌入式 A/D轉換器能夠工作在 5V 參考電壓下，所以使用的電流和電壓測 量電路如圖 所示。該電路不僅可確保當前采樣的電壓電流檢測電路數(shù)值可隨著電池的端電皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 壓的變化相對應的實時變化，還可以使數(shù)據(jù)更準確和可靠。 R 1 822 kR 1 910 kR 2 02kR 2 1 10 kR 2 210 kR 2 322 0 k321411U 2 :ALM 32 4567411U 2 :BLM 32 4B a t t e r y V inV V inA NI1 A NI0P 0 .0P 0 .1 圖 電流電壓 檢測 電路 溫度 檢測 模塊設計 溫度的測量對于電動車蓄電池管理系統(tǒng)來說無疑是很重要的一個環(huán)節(jié)，通 過單節(jié)電池溫度的變化，反映了蓄電池的狀態(tài)，若溫度過高，則應該停止電池的放電工作，來保護電池不受損害。 本設計采用美國 Dallas 公司 制造 的 DS18B20 數(shù)字單總線智能溫度傳感器， 物理量 溫度直接轉換成數(shù)字信號， 并通過 總線 方式 傳輸 傳送到控制器進行 處理 數(shù)據(jù)。 該器件的主要特點為：獨特的單線接口，只需一個接口引腳即可通信； 可用數(shù)據(jù)線供電； 不需要外部元件；不需要備份電源； 非易失性的， 用戶可定義的 報 警 溫度裝置。 DS18B20 對實測的溫度提供了 10位的數(shù)據(jù)和 溫度 報警寄存器，測溫范圍為 60~+140℃，其在 15~+90℃的范圍內(nèi)測量精度為 177。 1℃。此傳感器可適用于各種 環(huán)境 、各種 領域 的 系統(tǒng)控制 及 測量自動化 ，具有微型化、 低 功耗、 高性能、 強 抗干擾能力、 微處理器 宜配等優(yōu)點。 DS18B20 測溫原理如圖 所示。圖中 由于 受很小溫度影響 產(chǎn)生 振蕩頻率的 低溫度系數(shù)晶振 ， 因此用 計數(shù)器 1 接收 固定頻率 產(chǎn)生 的脈沖信號。 有顯著的 溫度變化 的 高溫度系數(shù)晶振其振蕩率 也有很大幅度的變化 ， 計數(shù)器 2 用作接收 其 所產(chǎn)生的 脈沖輸入的 信號。 計數(shù)器 1 和溫度寄存器 被 置放 在 一個基數(shù)值 所對應的 55℃ 溫度下 。對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號 計數(shù)器 1用 減法計數(shù) 進行 處理 ，當計數(shù)器 1 的預置值減到 0 時， 使得溫度寄存器的值 加 1， 重新 裝入 計數(shù)器 1 的預置，對低溫度系數(shù)晶振產(chǎn)生的脈沖信號 計數(shù)器 1 進行 開始 重新 計數(shù)， 依次進行 循環(huán) 下去 直到 計到 0 數(shù) 值出現(xiàn)在 計數(shù)器 2 時， 溫度寄存器 停止 其 值的 加 累， 這 時 所測溫度 的數(shù)值 即為 溫度寄存器中 的值 。 在 圖 的 測溫過程中 產(chǎn)生在 修正和補償 的 非線性 用 斜率累加器 處理 ，計數(shù)器 1的預置值 用于其輸出修正 。 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 8 頁 低 溫 度 系 數(shù) 晶 振斜 率 累 加 器高 溫 度 系 數(shù) 晶 振計 數(shù) 器 1預 置預 置= 0計 數(shù) 器 2溫 度 寄 存 器比 較= 0加 1L S B 置 位 / 清 除停 止 圖 DS18B20 測溫原理 圖 如圖 所示 是 測溫電路設計。 本次設計 系統(tǒng)采用 具有 熱傳導 性能 的粘合劑將 DS18B20器件在蓄電池 的 表面上 粘附 ， 蓄電池 表面溫度 與 其 管心溫度 之差大 概 在 ℃ 左右 。當被測量的蓄電池溫度 與 周圍 環(huán)境溫度 不同時，應將 引線和 器件的背面 隔離 周圍 空氣。通向管芯的最重要的熱量路徑 是接地引腳 ， 我們 一定要 確保 被測溫的蓄電池 和 接地引腳 也 有良好的熱接觸。 2 7 .0DQ2V C C3G N D1U7D S 1 8 B 2 0R71 0 k+ 5 VP 3 .2 圖 測溫電路圖 可控放電模塊 設計 本系統(tǒng)主要是針對電動車蓄電池組進行管理，使續(xù)航里程和壽命周期最大化。為此，選擇了基于 IGBT 的智能功率模塊 IPM 進行智能放電管理。 IPM 能根據(jù)控制電路發(fā)出的指令，實現(xiàn)對車載電池的智能放電，且有自動斷電 保護 的功能。 IPM 智能功率模塊特點 IPM 是先進的混合集成功率器件， 由 低功率、 高速的 IGBT（ 絕緣柵雙極型晶體管 ） 芯片和優(yōu)選的門級 驅動及保護電路構成 ,因此具有 集成度高、 開關速度快、 體積小 、 功耗低的特點。IPM 內(nèi)置的驅動和保護電路使系統(tǒng)硬件簡單、 可靠 ,使得 開發(fā) 系統(tǒng) 的 時間 大大的 縮短了 ,自保皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 9 頁 護 的 性能在 故障下 也 得到了很大的提高 。 每個 IGBT 模塊的最佳驅動條件都設計在了驅動電路之內(nèi)。 與普通 IGBT 模塊相比 ,IPM 進一步 改進了 IGBT 的 可靠性及 系統(tǒng)性能方面。 IPM 內(nèi)部框圖 功能 如圖 所示 ,IPM 內(nèi)部包含四種 保護電路 能夠提供的保護有 : 過流保護 OC、 過熱保護OH、欠壓保護 UV 和 短路保護 SC。 由于 采用 有 電流傳感功能 的 IGBT 芯片，能連續(xù)監(jiān)測功率器件的電流，從而實現(xiàn) 快 速的短路保護和過流保護。也正是由于 IPM 的這些 性能 及 結構 特點，進一步 使 系統(tǒng)的可靠性 提高 了 。 當任一 故障出現(xiàn) 在保護電路中 時，內(nèi)部電路會封鎖驅動信號并向外 傳送 故障信號 Fo，以便外部的控制單元及時 進行處理 故障信號，避免功率器件 進一步受到損壞。 D2R 2 41 0 kQ2+_驅動輸入 驅動電路溫度傳感器電源故障輸出OCSCUVOH=1Fo 圖 IPM 的內(nèi)部功能框圖 IPM 電路設計 IPM 電路 內(nèi)部 主要 提供了 驅動電路部分 以及保護電路部分。 （ 1） 驅動電路 所述驅動電路為 控制 電路和 主 電路的 IPM 之間的接口， 設計 驅動電路上優(yōu)良 的 系統(tǒng) 對 可靠性、 運行效率和安全性都有 巨大 作用 。以 一種 R 型的 IPM 即 PM75RSE120 為例 , 工作在1200V/75A條件以下 , 裝置 內(nèi)部 包 裝了 7 個 IGBT,最大 功率 開 關 的頻率為 20kHz。 IPM 內(nèi)置 電路 驅動和 IGBT電路 驅動設計 作 比 ,電路 驅動 外圍 的設計比較 簡單 ,IPM電路 的 光耦接口 設計電路和 電源 驅動 是其 重點的設計 所在 。 IPM 對 電壓輸出的 驅動電路 有 嚴格 要求 , 內(nèi)容 如下 : 皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 10 頁 ① 電壓 驅動 以 V15%)101( ?? 為 范圍 ,高 電壓 可能 將 導致 內(nèi)部部件 損壞 ,低于 電壓欠壓保護將 啟動 ； ② IPM 反向 極間 壓 耐值 最多是 驅動 絕緣電壓 電源的 1/2倍 ； ③ 驅動電流 要拿 器件給出的 要求電流 驅動 作 參考 ,根據(jù) 頻率 開關 進一步 實際 修正 ； ④ 隔離 彼此之間的 驅動電壓 ,來 使 地 線噪聲 的 干擾 減少 ； ⑤ 輸出端 驅動電流 不可以 有 過 大 濾波電容 ,由于 當 產(chǎn)生 超過 100pF 寄生電容 時 ,會產(chǎn)生 干擾 噪聲 將 有 可能 使 內(nèi)部驅動電路 誤觸發(fā) 。 必 須采用光耦 作為 IPM 接口電路 ,應盡量 縮 短 引腳IPM 和輸出腳光耦 之間的走線 ,最好 采用高速光耦 ，因為其 具有共模抑制比高 。 因為 較 大的dtu/d 常加 初、次級間 ,因此 為避免增加 耦合電容布線不 能 太靠近 初、次級。 高速光耦的 要求 規(guī)格為 nsKVKK C M LC M H /15?? 或 nsKV/10 () mstt PLHPHL ?? , %15?CTR? （ ） 其中 , CMHK 為 保持高時 輸出 光耦所能承 載 的共模電壓 最大 上升率 ； CMLK 為 保持低時 輸出光耦所能承受的共模電壓 最大 下降率 ； PHLt 為 下降沿 光耦延時 ； PLHt 為 延時 光耦上升沿 ； CTR?為 傳輸比 光耦電流。圖 所示為一種 用途較多 的可 信 性 高 的 智能功率器件 外部驅動 電路 。光電耦合器的輸入用 10μ F 和 F濾波電容器 C1， C2來保持 穩(wěn)定的電壓 控制和 穩(wěn)定的阻抗 線路的校正。輸入的控制信號 CCV 端子和輸入端應連接到 20k 的上拉電阻 R，上橋臂控制 路用 15V直流電源分別提供電源，然而下橋臂用一路電源共享的方式來驅動。 圖 IPM 外部光耦驅動 電路 圖 （ 2） 保 護電路部分 ① 欠壓保護 由 15V 電源 直流 供電 內(nèi)部 IPM 控制電路 。如果 出現(xiàn) 某種原因，在電源電壓下降到低于指定的電壓動作值（ UV ），將關閉電源的移動設備和產(chǎn)生一個故障輸出信號。小于指定 ouvT 的皖西學院本科畢業(yè)論文（設計） 第 11 頁 小毛刺并不影響工作的控制電路，將不工作 去保護欠壓電路 。 故障 之后， 正常 恢復運行， 欠壓復位值 （ rUV ） 一定要低于 電源電壓 。 欠壓保護在電路電源上電和掉電期間必須保持控制。 ② 過熱保護 在絕緣基板上，溫度傳感器安裝在靠近 IGBT 芯片上。如果襯底溫度超過過熱值（ OT ），IPM 控制 內(nèi)部電路關斷，直到 正常 恢復 溫度 ，從而功率器件 保護 的驅動器 柵極 不影響 輸入信號 控制。當溫度下降到復位值（ OTR）之下，而且 輸入 控制為高（關閉狀態(tài)），電源 IPM 將接受一個低級別的 信號 輸入（打開狀態(tài)），并恢復運行 正常 。 ③ 過流保護 當 電流 值 流過 IGBT 超出 動作 過流 的 數(shù)值（ OC ） 且 大于 )(OCofft 時 間 ， 將關斷 IGBT。 OC 值在當前短脈沖時間小于 )(OCofft 是沒有危險的， 電路 過電流保護將不會被處理。當檢測到過電流， 軟關斷 IGBT，故障信號 輸出 ?？刂栖涥P斷在關斷時產(chǎn)生的電流浪涌電壓可以控制。 ④ 短路保護 如果負載短路引起的上下臂同時關斷 IGBT， IPM 短路電路 內(nèi)置保護 。如果電流流過 IGBT大于短路保護值（ SC ）， 必須立即啟動 軟關斷，并輸出一個故障信號。為了縮短響應時間使用實時電流控制電路（ RTC）的 SC 檢測和 SC 關斷。 SC 動作時， 電路 實時 控制 電流，以直接檢測 IGBT 的驅動電路的最后階段，因此響應時間可以減少到不足的 100ns。 電量及狀態(tài)輸出 顯示 和報警模塊 電量及狀態(tài)輸出 顯 示模塊由液晶顯示模塊和簡易鍵盤組成。可以進行簡單的參數(shù)設定，可以顯示各單體蓄電池節(jié)點采集來的電壓、電流和溫度數(shù)據(jù)，同時根據(jù)這些數(shù)據(jù)向各節(jié)點發(fā)送放電控制命令，實時顯示狀態(tài)、溫度等數(shù)據(jù)。 鍵盤 采用 4*4 矩陣式鍵盤， 數(shù)據(jù)顯示采用7SEGMPX4CC四個共陰二極管顯示器，其中 1234 是陰公共端。 鍵盤掃描電路的設計 鍵盤是人與單片機打交道的主要設備。在單片機應用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設計上也不復雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。 鍵盤 的 矩陣式 描述：矩 陣鍵盤，也被稱為行列鍵盤 ， 這是由 Ｎ條 I/O 線為行線，Ｎ條 I/O線為列線 形成 的鍵盤。 按鍵 在 列 線和 行 線的 各 個 相交 點上 提供 。 所以，鍵盤