TI Stellaris LM3S2000：动力电池充电器解决方案分析

德州仪器（TI）公司的Level 3电动/混合动力汽车电池充电器采用数字功率控制器、通信器件、高性能驱动器以及接口器件。Level 3充电器包括从AC产生DC电压的带PFC的AC/DC转换器，DC/DC转换器，其核心器件是实时C2000系列MCU。
　　插入式混合电动车（PHEV）和电池电动车（BEV）是两种正在日益兴起的技术，它们采用强大的电机和高压电池组作为动力和能量源。由于电池具有一个确定的能量性能，因此PHEV和BEV必须周期性的进行补充，一般是通过连接电网进行补充。这样做的时候，一些形式的通信（PLC，无线或RFID）可能被用于管理充电活动并帮助对车辆或车主进行认证，从而进行计费。Level 3充电在公共充电领域将发挥重要作用，以降低充电时间，并使用户可以从充电过程中更多的受益。
　　针对汽车的Level 3充电系统包括一个AC/DC转换器，用于从一个AC线生成一个DC电压。即将充入的电量将需要进行功率因数校正（PFC）以提升功率因数，从而满足地区性的规则标准。在反极器的中心是一个实时C2000微控制器。这个控制器经过编程为控制回路实现所需的电源管理功能，包括采用PCF的AC/DC和DC/DC，从而为电池创建所需的元素。C2000控制器包括先进的外设，如高精度PWM输出和ADC，其设计用于读取ADC并在一个单独的时钟循环内调节PWM，以实现实时控制。
　　
　　图1 DK-LM3S9B96开发板方框图
　　由于C2000管理着电源，因此主机控制器有责任采用通信模块所提供的信息和感应的温度来驱动与板上电池组的直接通信。充电状态所需要的信息会传送到功率控制器，重要的充电诊断和电池状态将发送到Level 3充电系统的显示器。
　　出于安全方面的考虑，在处理器与电源和电压之间，以及通信总线与外部环境之间需要进行隔离处理。TI的数字隔离器具有由TI二氧化硅（SiO2）隔离阻障分隔开的逻辑输入和输出缓冲器，提供了4kV的隔离电压。在与隔离的电源联合应用时，这些器件阻隔了高电压，隔离接地电压并防止了噪声电流进入地面，影响和破坏敏感型的电路。高性能模拟部件可用于提供重要的系统功能，如MOSFET驱动器、感应器反馈、芯片电源和通信收发器。
　　简易系统上的通信可以通过一个单独的处理器进行控制。像Level 3充电系统这样、更多的具有复杂显示器和线性计帐/报告功能的系统可能都需要第二个控制器。采用的一个低频NarrowBand PLC （LF NB PLC）解决方案在带宽、功率和成本要求方面提供了一个较好的配置。在窄带域（频率高达500kHz）运行保证了数据的完整性，同时使系统成本降低。这样一来，这一标准将会权衡现有的电源线架构，并提供了一个集成智能监视的高性价比方式，并对新的汽车系统进行控制。数据率可以根据现有标准，在1.2kbps至上百kbps间变化。在plcSUITE 资源库中提供了TI的PLC软件，并使用户可以在一种设计中支持数种调制和标准。开发者可以在一个单独的设计中执行SFSK ICE61334，PRIME和G3标准以及FlexOFDM标准，实现OFDM的定制化，并对于即将推出的标准具有适用性。另外，可能需要将无线通信和/或RFID用作为第二通信协议及认证和计费的方式。
　　Stellaris LM3S2000系列，设计用于控制器局域网（CAN）应用，利用Bosch CAN网络技术（这是短程工业网络的黄金标准）拓展了Stellaris系列。它的推出标志是采用革命性ARM Cortex-M3内核的CAN性能的首次集成。另外，几款LM3S2000系列MCU也编辑在存储器ROM的StellarisWare软件特性中。
　　TI将32位性能和ARM Cortex-M3内核微控制器的所有优势渗透到微控制器高场的方方面面。对于目前的8位和16位MCU用户而言，采用Cortex-M3内核的Stellaris系列提供了对于强大的开发具系统、软件和行业知识的直径访问路径。那些将更换使用Stellaris的设计者将获益于大量的工具、小代码占位空间和出色的必能。而且更为重要的是，设计者可以在对$1~1GHz的兼容发展路线图充满信心的基础上进行ARM子系统。对于目前32位MCU的用户而言，Stellaris系列提供了采用Cortex-M3和Thumb-2指令集的实现产品。通过极为快速的响应，Thumb-2技术整合了16位和32位指令，以提供代码密度和性能方面的良好平衡。Thumb-2与32位代码相比，所有存储器降低了26%，却提供了高出25%的性能。德州仪器Stellaris系列微控制器是ARM Cortex-M3内核微控制器，将高性能的32位计算带入到了成本敏感型的嵌入式微控制器应用中。这些开创性的产品让客户可以通过相当于之前8位和16位器件的价格实现32位的性能，所采用的都是一个小引脚的封装。