燃料電池車載大功率DC/DC變換器的設計與應用

3.3 DC/DC變換器低端高端電壓電流測量

對DC/DC變換器的高端低端電壓電流進行采樣，作為控制DC/DC變換器功率的回饋參考數(shù)據(jù)，并上傳CAN網(wǎng)絡做為整車控制的重要參考數(shù)據(jù)。高端和低端的電流采樣用傳感器WBV151S07,為電壓隔離傳感器，輸入范圍為0～75mV,輸出為0～5V，供電為±12V。被測母線通過分流，將電流以比例衰減到電流傳感器的輸入范圍內，并通過車用微控制器MC9S12D64的AD采樣傳感器的輸出端。

高端和低端的電壓采樣用傳感器WBV151S01，當被測電壓低于500V時，將電壓傳感器直接掛接到被測母線上，通過控制器AD采樣接口讀取傳感器輸出端的值。

3.4溫度傳感器

車載DC/DC變換器為大功率器件，散熱是重要性能指標之一，因此為DC/DC變換器設置了溫度傳感器，來實時檢測溫度，當散熱器不能滿足其散熱要求時，根據(jù)溫度傳感器采集的溫度量來啟動散熱風扇，并以溫度為依據(jù)設定風扇的轉速大小。溫度檢測采用的是美DALLAS半導體公司生產(chǎn)的可組網(wǎng)數(shù)字式溫度傳感器DS18B20。它的測量范圍為50℃到125℃，精度可達0.1℃，不需要A/D轉換，直接將溫度值轉換為數(shù)字量。DS18B20嚴格的遵守單線串行通信協(xié)議，每一個DS18B20在出廠時都用激光進行調校，并具有唯一的64位序列號。這也是多個DS18B20可以采用一線進行通信的原因。

工作中控制單元對DS18B20的操作以ROM命令和存儲器命令形式出現(xiàn)。其中ROM操作指令分別為：讀ROM(33H) 、匹配ROM(55H) 、跳過ROM(CCH) 、搜索ROM(F0H)和告警搜索(ECH)命令。暫存器指令分別為：寫暫存存儲器(4EH)、讀暫存存儲器(BEH)、復制暫存存儲器(48H)、溫度轉換(44H)和讀電源供電方式(B4H)。

4,DC/DC變換器的軟件設計

軟件設計的開發(fā)環(huán)境為Code Warrior for S12,它是面向以HC12和S12為CPU的單片機應用開發(fā)的軟件包。包括集成開發(fā)環(huán)境IDE、處理器專家?guī)?、全芯片仿真、可視化參?shù)顯示工具、項目工程管理器、C交叉編譯器、匯編器、鏈接器以及調試器。其調試方式為BDM方式, BDM(Background Debug Mode)是Freescale公司的一種系統(tǒng)調試方式，具備基本的調試功能，包括資源訪問及運行控制，與指令掛牌及斷點邏輯配合就可以實現(xiàn)很多重要的開發(fā)功能。

4.1 DC/DC變換器工作模式

DC/DC變換器設計三種工作模式，使能工作模式，正常工作模式和故障模式。在使能工作模式下DC/DC處于未被啟動狀況，需要將其引出的兩使能腳短路使其使能成功，使能成功后即進入正常工作模式，在正常工作模式下可對DC/DC變換器進行提取功率操作。DC/DC的控制單元如果檢測到故障，將使DC/DC變換器進入故障模式，此時整車控制器指令對DC/DC變換器的操作無效。

4.2DC/DC變換器工作協(xié)議

作為燃料電池車的電壓變換器，需要根據(jù)工作方式制定協(xié)議，并規(guī)定每上傳比特位的意義，DC/DC變換器則根據(jù)相應的協(xié)議向整車CAN網(wǎng)上傳數(shù)據(jù)，整車控制器則從CAN網(wǎng)上采集相應的數(shù)據(jù)按協(xié)議翻譯并參與控制策略運算。DC/DC變換器的協(xié)議包括上傳數(shù)據(jù)協(xié)議和接受數(shù)據(jù)協(xié)議。
4.3流程圖

如圖9所示，為DC/DC變換器的工作主流程圖，此外，在CAN中斷處理程序中，按協(xié)議接受CAN網(wǎng)數(shù)據(jù)供主程序使用，并在定時中斷中定時上傳數(shù)據(jù)，每100ms上傳一幀數(shù)據(jù),采用CAN2.0 通訊協(xié)議，29位ID，每幀8個字節(jié)數(shù)據(jù)量通訊方式。

5,結束語

本文作者創(chuàng)新點：以飛思卡爾單片機MC9S12D64做為控制單元設計成的燃料電池車載DC/DC變換器經(jīng)上車實驗具有如下創(chuàng)新點：

①DC/DC電路采用沒有隔離的雙向Zeta-Sepic 直流變換器電路，可靠穩(wěn)定，適應燃料電池車的工作要求。②采用車用微控制器MC9SD64為DC/DC變換器的控制單元，提高了現(xiàn)場的抗干擾能力，確保DC/DC變換器在電磁環(huán)境較為惡劣，電磁干擾因素居多環(huán)境下正常運行。③采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20檢測散熱器溫度，使溫度檢測系統(tǒng)結構簡單，抗干擾能力強，精度高；④利用CAN總線與整車CAN網(wǎng)通訊，與整車通訊協(xié)議匹配，保證通信流暢，提高了DC/DC變換器的通信的抗干擾能力。