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艾默生 15 kW 直流充电模块
软件功能说明书（V2.1）
一、产品定位
本模块为面向超级充电站（≥250 kW 系统功率）的子单元，单模块 15 kW/750 V，支持 16 模块并联。DSP28035 作为主控，完成 PFC 级与 DC/DC 级全数字控制、系统级 CAN 调度、安全保护及在线升级。软件设计目标：
- 全工况效率 ≥96 %（230 Vac 输入，400 V 输出，50 %~100 % 负载）。
- 并联不均流度 ≤3 %（额定电流 20 A，16 模块）。
- 故障停机到安全放电完成 ≤50 ms。
- 支持充电桩国标 18487.1-2015、OCPP 1.6J 协议映射。
二、总体架构
┌──────────────┐
│ 系统层（SCU/后台）│←→CAN←→│ 模块层（本 DSP）│
└──────────────┘ └────────────────┘
├─PFC 单元（交错 Boost，双环平均电流模式）
├─DC/DC 单元（LLC 谐振，PFM+相移混合调制）
├─采样/保护（电压、电流、温度、绝缘、弧光）
├─并联均流（无主机 CAN 广播算法）
└─BootLoader（双镜像冗余，断点续传）
三、任务划分与时序
- 10 kHz 快速环（PWM 同步中断）
‑ PFC 电流环、LLC 谐振电流环、输入过零锁相。 - 1 kHz 慢速环（Timer0）
‑ 电压环、功率限幅、温度降额、风扇 PID。 - 50 Hz 系统帧（Timer1）
‑ CAN 协议栈、均流仲裁、故障状态机、LED 呼吸。 - 后台任务（主循环 idle）
‑ EEPROM 磨损均衡、事件记录、在线升级校验。
四、核心控制策略
- PFC 级
‑ 前馈解耦：输入电压前馈 + 输出电压平方补偿，THD≤5 %。
‑ 轻载脉冲跳跃：Burst 模式自动切换，待机功耗 ≤8 W。 - DC/DC 级
‑ 混合调制：f<85 kHz 时纯 PFM，85~250 kHz 插入相移，全范围 ZVS。
‑ 同步整流自适应关断：根据负载电流动态调整 SR 提前量，降低体二极管损耗。 - 并联均流
‑ 广播周期 20 ms，数据帧包含“电流+温度+老化系数”。
‑ 采用一致性算法，任一模块掉线 50 ms 内自动剔除，无需主机。
五、故障分级与响应
Level-1（自恢复）：输入过压、风扇转速偏低、CAN 瞬断。
Level-2（降额）：散热器 >85 ℃、绝缘阻抗 <500 kΩ、母线纹波 >5 %。
Level-3（锁存停机）：输出过压 810 V、过流 125 A、弧光检测、母线短路。
所有 Level-3 故障写入 EEPROM 黑匣子，记录故障前 200 ms 关键数据，支持上位机一键导出。
六、在线升级（BootLoader）
- 双镜像分区：A 区（运行区）、B 区（升级区），上电根据 CRC 选择有效镜像。
- 断点续传：每 1 kB 块携带 16 bit CRC，失败自动重传 3 次。
- 回滚机制：新镜像启动后 30 s 内若无“升级成功”指令，自动回滚至旧版本。
七、关键性能数据
项目 实测值
启动时间 3.2 s（含 PFC 母线建立）
动态响应 0→100 % 负载跃变，电压恢复 <150 μs
待机损耗 7.8 W@230 Vac
峰值效率 96.4 %@400 V/20 A
并联不均流度 2.1 %（16 模块，满载）
故障录波深度 200 ms，1 kHz 采样
八、软件版本管理
版本号规则：主.次.修订.构建（如 2.1.17.423）
‑ 主版本：协议或硬件接口不兼容时递增。
‑ 次版本：新增功能向下兼容。
‑ 修订：缺陷修复。
‑ 构建：CI 自动递增。
Git Tag 与二进制一一对应，Release Note 自动生成（基于 commit message 及 Jira 关联）。
九、安全与合规
‑ 安规：IEC 61851-1、UL 2202、EN 61000-6-4。
‑ 功能安全：符合 IEC 61508 SIL2 要求，关键信号双通道互检。
‑ 网络安全：BootLoader 支持 AES-128 在线解密，CAN 接口支持白名单过滤。
十、维护与诊断
- 远程日志：通过 CAN 上传运行日志，支持 MQTT 透传。
- 黑匣子：故障触发时自动保存 40 个关键变量，上位机图形化回放。
- 寿命预测：基于 LLC 谐振腔阻抗漂移及母线电容 ESR 增长模型，提前 30 天预警。
十一、缩略语
PFC：Power Factor Correction
LLC：Inductor-Inductor-Capacitor resonant converter
ZVS：Zero Voltage Switching
SR：Synchronous Rectification
SCU：System Control Unit
OCPP：Open Charge Point Protocol
—— 结束 ——