2019年10月
钻夹头何正东
（上海民航新时代机场设计研究院有限公司广州分公司，广东广州510405）【摘要】本文根据机场电动特种车辆充电的特点，设计了一种基于全桥变换器的全数字化大功率机场电动特种车辆充电电源。介绍了系统组
成及工作原理，详细阐述了所用主功率电路和控制电路的设计方案及特点。采用以DSP+CPLD 为核心的控制电路，不仅满足了对系统控制的 高性能要求，而且实现了对充电电源的快速保护。最后制作了一台600V/60A 的充电电源样机，实验结果表明，
该充电电源实现了全范围软开关，满载效率达96%，具有多种保护功能，性能参数均达到机场电动特种车辆的充电要求。
【关键词】机场电动特种车辆；充电电源；
全桥变换器【中图分类号】TM46【文献标识码】A 【文章编号】1006-4222（2019）10-0277-03
0引言
国务院印发的《打赢蓝天保卫战三年行动计划》(国发[2018]22号)明确民航相关的重点任务是加快推进机场场内“油改电”建设，推广使用新能源设备和车辆。机场电动特种车辆具有节能、环保等优点，发展机场电动特种车辆是提升行业结构性节能环保的重要途径，而机场电动特种车辆充电电源是制约机场电动特种车辆的发展及普及的重要因素之一，因此对机场电动特种车辆充电电源的研究具有十分重要的意义。
开关电源因效率高、体积小、重量轻成为机场电动特种车辆充电电源的首选[1-8]，全桥变换器在直流变换器中功率最大，是应用最为广泛的中大功率DC/DC 变换电路拓扑之一。充电电源在机场电动特种车辆充电后期，或者进行浮充充电时，有较长时间处于轻载运行状态。为了降低损耗，目前大功率开关电源一般采用软开关技术，但很多存在软开关范围小及实现效果不理想等，增加了功率器件的电压、电流应力，降低了系统的可靠性。
此外，因机场电动特种车辆类型较多，主要包含摆渡车、牵引车、客梯车、行李拖车、引导车和平台车等，装配的动力电池主要有铅酸电池和磷酸铁锂电池，标称电压范围较大，主要在80~600V 之间，充电电压范围较宽。
针对现状，本文设计了一种基于全桥变换器的大功率宽电压输出的充电电源，实现了全范围软开关，输出电压0~600V 可调；采用DSP 和CPLD 结合的控制电路,DSP 用于数据计算,CPLD 用于移相控制脉冲信号的合成及故障保护，不但克服了单个DSP 控制系统中采样频率与控制算法的复杂程度相互制约的缺点，而且用CPLD 进行PWM 信号的控制和保护比在DSP 中用软件实现相应功能更为快捷和可靠。
番荔枝种植1充电电源系统结构
充电电源主要由主功率电路和控制电路组成，系统结构如图1所示。
充电电源的主功率电路工作过程为：三相380V 交流电经三相整流滤波电路变换成高压脉动直流电，再经全桥变换
器变换成平滑的低纹波直流电。控制电路以DSP 为核心，通过对充电电源输出电压和电流进行实时采样，并与触摸屏或者上位机给定值进行比较，然后进行PI 运算，输出相应的PWM 驱动波形，以达到控制主功率电路输出的目的，使充电电源输出电压/电流符合给定值的精度要求。控制电路实时检测输入直流母线电压、变压器原边电流以及功率器件的温度等，当超过给定的范围时，故障信号发送到CPLD (复杂可编程逻辑器件)的数字逻辑保护模块，数字逻辑保护模块锁定PWM 驱动输出，以保护充电电源和电池。
2主功率电路设计
如图2所示，主功率电路主要由三相整流滤波电路、全桥变换器组成。主功率电路前的断路器主要起开关作用，并在输入过流时跳闸保护。在三相整流滤波电路前添加CBB 滤波电容和压敏电阻,CBB 滤波电容抑制充电电源对交流电网的反干扰，同时也抑制交流电网中的高频干扰传入充电电源；压敏电阻可吸收雷击等原因造成的电网浪涌过电压，对充电电源起到保护作用。主功率电路后的输出保护电路包括假负载电阻、直流接触器和快速熔断器。假负载电阻为输出滤波电容C f 提供放电通路，也使充电电源可以在恒压开路输出状态；直流接触器由控制电路控制其通断，便于充电电源与机场电动特种车辆动力电池的连接和断开；快速熔断器可对动力电池短路等起到有效的保护[9]。
2.1三相整流滤波电路设计
三相整流滤波电路由带可控硅的不控整流桥和LC 工频滤波电路构成。为了防止合闸浪涌电流，不控整流桥后一般串入限流电阻，当充电电源模块正常工作时，需短接限流电阻，避免不必要的损耗，因此在限流电阻两端并联可控硅，必要时使其导通将限流电阻短路。为了提高充电电源的输入功率因数，使输入电流成为与输入电压波形同相位的正弦波电流，三相不控整流桥后的电压波形需为标准的正弦波正半周期。若不控整流桥后并联大电容滤波，电容储能较多，使得滤波电容两端电压抬高，从而使得副边整流二极管在一段时间内
拟态计算机由于
图1充电电源
系统结构
图2主功率电路原理
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阴极电位高而不能导通工作，以致电流不能连续，在输入端就不可能有正弦波电流，限制了功率因数的提高；但若不加电容滤波，整流后的直流电含有大量高频成分，逆变输出的方波电压含有电压尖峰[10]，因此在整流桥后并联相对电解电容容量较小的高性能聚丙烯电容，其具有电容量非常稳定、高频ESR 极低、电流过载能力强、寄生电感极小、电压爬升率快等优点。为了抑制电流冲击，在三相不控整流桥后串入较小的滤波电感，与滤波电容一起构成LC 工频滤波电路。
2.2全桥变换器设计
全桥变换器是主功率电路的核心部件，其软开关一般采用ZVS 或ZVZCS 方式。由于ZVS PWM 全桥变换器存在占空比丢失[10]，而充电电源输出为600V 高压直流电，为了得到600V 的输出电压，需减小变压器变比，必将增大副边整流二极管的电压应力，不适合应用在高电压输出，并且功率器件采用I
G ⁃BT ，关断时存在拖尾电流,ZCS 方式比ZVS 更为有效的降低开关损耗，因此该充电电源主功率电路采用ZVZCS PWM 全桥变换器。
充电电源选用的ZVZCS PWM 全桥变换器主电路拓扑如图2所示[9]，全桥变换器副边添加一个无源钳位电路，该无源钳位电路由一个小电容C C 和两个小二极管D B 、D C 构成。
3控制电路设计
充电电源控制部分采用DSP 和CPLD 相互配合的设计方案，充分利用DSP 丰富的片内资源和高效的数据处理能力以及CPLD 具有I/O 多、规模大、设计灵活、速度快、逻辑处理能力强等优点。充电电源控制系统框图如图3所示。
输出电压采样调理电路和输出电流采样调理电路对充电电源输出电压和电流进行实时采样，并按比例转换成DSP 芯片可识别的电压值(0~3V )，控制系统通过A/D 转换得到输出电压、电流反馈值的数字信号，在控制周期内将反馈值与触摸屏或者上位机设定值比较计算得出相应的PWM 信号输出，以达到控制主功率电路输出的目的。
直流母线电压检测保护电路、原边电流检测及保护电路、过热检测电路分别实时监测充电电源的工作状态，当输入直流母线电压、变压器原边电流以及功率器件的温度等参数超过给定范围时,CPLD 的数字逻辑保护模块检测到故障信号，同时锁定PWM 信号输出，以保护充电电源和电池。
DSP 输出的PWM 信号在经过CPLD 形成带死区的移相控制脉冲信号时，还与故障信号进行逻辑组合，从而在充电电源发生故障时能及时锁定移相控制脉冲信号，并给出中断信号给DSP ，实现对充电电源和电池的快速保护。此外,CPLD 还
提供触发信号给可控硅继电器、交流接触器及直流接触器。同时充电电源还设计了触摸屏接口电路，方便显示充电电源的各种工作状况及设定充电电源的各种输出模式，便于现场操作控制。
4系统软件设计
充电电源系统采用DSP 和CPLD 联合控制，并根据其不同特点将程序进行分配，其中DSP 主要进行
数据计算，主要有输出电压、电流采样程序,PWM 信号产生程序、PI 控制算法程序等;CPLD 主要进行逻辑计算，主要有故障信号译码判断、驱动保护、移相控制PWM 信号合成、死区时间配置等。CPLD 主要起故障保护和带死区移相控制PWM 信号的合成，具有十分关键的作用，其主程序流程图如图4所示。
5实验结果
在系统设计的基础上，制作了一台36kW 的充电电源样机，并进行了实验研究。充电电源电路参数为：输入电压380V ±10%，输出电压0~600V ，输出电流0~60A ，开关频率20kHz 。
在充电电源满载(输出600V ,60A )运行时进行实验，图
5中依次为变压器原边电流、原边电压、副边整流电压波形。由图可见，采用副边无源钳位电路后，整流二极管两端电压被钳制，等于钳位电容两端电压与输出电压之和，不需添加任何缓冲吸收电路，且实验波形与理论分析一致，波形理想。
由于IGBT 实现软开关效果理想并且范围很宽，并且参数配置合理，因此充电电源具有很高的效率，满载运行达96%。6结论
本文介绍了机场电动特种车辆充电电源的原理、设计方案及实验过程。该充电电源采用DSP 和CPLD
结合的控制电路，充分利用两者的优势，弥补相互不足，不仅对系统实现了高效可靠的控制，而且具有多种保护功能，可对充电电源及
电
图3充电电源控
制系统
图4CPLD 主程序流程
图5变压器原边电流、原边电压和副边整流电压波形
论述
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池形成有力、迅捷的保护。基于此系统研制的36kW大功率充电电源，实现了全范围软开关，满载效率高，各种参数均达到了机场电动特种车辆充电的要求。
参考文献
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收稿日期：2019-09-10
作者简介：何正东(1985-)，男，汉族，江西丰城人，电气工程师，硕士，主要从事机场电气及助航灯光设计工作。
自动驾驶及其关键技术的研究
hdpe成品排水沟王奕博（山东省胶州市第一中学，山东省青岛市胶州市266300）
【摘要】在人类第五次通信技术革命后，随着互联网科技的高速发展和人工智能技术的再次兴起，汽车工业上也发生了翻天覆地的变化，无论是备受瞩目的新能源汽车还是基于人工智能技术的自动驾驶均成为当下研究热点。基于此，本文简要地分析了自动驾驶的技术路线，即环境感知、规划决策、控制执行三个部分，进一步的对核心的计算机视觉、高精度地图与V2X技术、深度强化学习等进行了研究，最后总结了自动驾驶的应用场景。
【关键词】自动驾驶；人工智能；计算机视觉；深度强化学习
【中图分类号】U284.48【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2019）10-0279-02
0引言
在飞速发展的今天，随着城市化的日益推进，机动车普及率不断提高。2019年1月11日，公安部交通管理局发布统计数据,2018年全国新注册登记机动车3172万辆，机动车保有量已达3.27亿辆，其中汽车2.4亿辆，小型载客汽车首次突破2亿辆；因交通事故造成的人员伤亡约6万人，研究表明有大约90%的事故是由于驾驶员失误所致。自动驾驶这种无需驾驶人员，依靠现代通讯、计算机及AI算法等技术相互配合，实现实时连续性的全自动驾驶技术，在稳定的技术手段之下能够有效的避免这类因操作失误的悲剧发生，在未来的“智慧中国”、“智慧城市”的建设中也扮演着举足轻重的角，因此受到了广泛的关注。基于此，本文对自动驾驶的技术路线和核心技术进行了研究与分析。
1自动驾驶技术路线
印染在线作为一个复杂的硬软件结合的系统——
—自动驾驶，在将传统驾驶员更替为AI智能体时，需要AI智能体能做出像传统驾驶员一样的行车判断[1]。首先要对道路的周边环境进行数据采集并进行车辆定位，再通过平台进行相应的路径规划等决策，最终驱动车体执行相应的决策命令，完成车辆的驾驶。而这些最基本的要求，便对应着自动驾驶领域中的三大基础模块：环境感知、规划决策、控制执行[2]。
1.1环境感知
自动驾驶的环境感知技术主要包含对：路面、静态物体以及以动物体三个方面的感知能力。感知数据的整体融合主要包括了对多个传感器获取的各方面动态及静态信息的检测识别并进行信息定位、对信息进行跟踪预测等融合处理，并及时做出反馈。其中在跟踪预测方面，重点对象为行人，机动车，非机动车等动态物体，同时能够对其行为进行初步预测，并且能够根据当前的运动速度计算出安全的行车距离。在这多传感器的信息融合技术中，相应的方案主要有：卡尔曼滤波法，卷积神经网络和贝叶斯信息融合法等[3]。
1.2规划与决策
在自动驾驶规划决策技术中，包括有全局路径规划、局部区域行为决策、驾驶行为决策三个层次。在全局路径规划过程中，自动驾驶主要从高精度地图所提供的两地间信息，进行路径规划；局部行为决策则是依赖于智能体的环境感知技术，通过传感器反馈回的周边环境信息，配合定位系统提供的位置信息，在顺应已规划路径的前提下，将相应行为应具有的速度、车轮转向幅度、加速度、经过计算，再向决策层提交完成这些指标的具体参数；驾驶动作决策则是在路径规划提供信息后，将已规划好的路径分为多个路径点，在每小段路径处，配合环境感知，局部行为决策，计算在该路径点处，进行包括转向、调头、刹车、加速等动作改变
1.3控制与执行
在自动驾驶的控制执行方面，主要是借助智能体所搭载的控制平台核心模块，通过自适应控制和协同控制这两种控
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