正如我們?cè)谒谐潆娂?jí)別中所看到的一樣，在電表（支付）充電器應(yīng)用中，我們需要（或者可能需要，具體取決于記賬和通信方法）下列功能：

　　?充電電動(dòng)車的實(shí)際用電量（通常以kWh計(jì)）

　　?故障管理和系統(tǒng)保護(hù)

　　?支付處理（信用卡、智能卡、收款機(jī)或者通過NFC手機(jī)支付）

　　?商業(yè)處理通信（Wi-Fi、以太網(wǎng)或者PLC）

　　?電動(dòng)車充電管理通信（CAN或者藍(lán)牙）

　　由于作為雙子系統(tǒng)器件的C2000雙核器件本身的原因，我們可輕松地劃分我們的電表系統(tǒng)，從而將所有這些功能都集成到一顆單控制器中。另外，TI為無線通信和系統(tǒng)級(jí)隔離提供多種解決方案，從而為完整封裝提供一套完整的產(chǎn)品線。

　　由此，我們可以根據(jù)上面列舉的各種功能進(jìn)一步將系統(tǒng)分解成許多更小的子系統(tǒng)，其第一個(gè)要求便是測量和確定消費(fèi)者需要支付的千瓦小時(shí)（kWh）。

　　圖2 模擬子系統(tǒng)多相電表連接

　　電量計(jì)級(jí)利用C2000雙核器件模擬系統(tǒng)，使用內(nèi)部ADC與C28x DSP內(nèi)核處理能力以及一個(gè)變流器。為了獲得更高的抗干擾能力，還可能需要添加一個(gè)分流電阻電路。當(dāng)與實(shí)時(shí)時(shí)鐘組合使用時(shí)，kWh測量處理便成為一種標(biāo)準(zhǔn)電壓和電流測量過程，它可以輕松地處理C2000器件的7個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入，具體取決于變流器和分流電阻是否并聯(lián)，同時(shí)也取決于總相數(shù)。

　　利用一個(gè)數(shù)控閉環(huán)過電流保護(hù)方案（如下所示），我們可以通過增加主充電總線的物理延遲來提高系統(tǒng)層安全性。通過C2000雙核器件的片上模擬比較器，輸出連接至一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)GPIO，并且使用DRV110延遲驅(qū)動(dòng)器，我們可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)閉環(huán)，即“智能”電路保護(hù)方案。這種保護(hù)方案提供由用戶或CPU控制的重置功能，同時(shí)具有低功耗構(gòu)架，并減少了所需外部組件的數(shù)目。

　　圖3 利用DRV110和延遲實(shí)現(xiàn)線路斷開

　　繼續(xù)信號(hào)鏈討論，需要考慮的下一個(gè)問題是支付處理。由于C2000雙核器件擁有一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)ARM Cortex-M3內(nèi)核，因此我們?cè)谥骺刂破髦斜憧蛇\(yùn)行商業(yè)處理服務(wù)。今天，支持處理的主要形勢(shì)為直接信用卡刷卡或者使用收款機(jī)、投幣機(jī)，或者還可以使用手機(jī)通過NFC功能實(shí)現(xiàn)支付。處理信用卡要求更強(qiáng)大的處理能力，但ARM Cortex-M3內(nèi)核可以提供充分的支持，并且擁有多種在線解決方案。利用微控制器的另一個(gè)ADC輸入，可以實(shí)現(xiàn)信用卡直接讀取（直接從磁條頭讀取）。另外，多個(gè)商家在線提供磁條數(shù)據(jù)解碼解決方案，或者也可以自己開發(fā)一種解決方案。盡管ARM Cortex-M3處理器可以實(shí)現(xiàn)收款或者投幣系統(tǒng)，但為了簡單起見，我們將把它們看作為一些使用C2000雙核主處理器數(shù)字接口的單獨(dú)系統(tǒng)。

　　最近，NFC作為一種支付方式獲得了普遍使用。這種情況在新推出的手機(jī)上較常見，它讓客戶可以通過其手機(jī)賬單功能直接購買服務(wù)。NFC是一種超短距離通信標(biāo)準(zhǔn)，其原理非常接近于射頻身份識(shí)別技術(shù)。每一部手機(jī)或具備NFC功能的設(shè)備，都有其獨(dú)特的身份識(shí)別代碼，它與一個(gè)支付賬戶相關(guān)聯(lián)。當(dāng)用戶把手機(jī)靠近某個(gè)基于NFC通信技術(shù)的支付網(wǎng)關(guān)時(shí)，便被要求輸入一個(gè)PIN碼，其使用方式與借記卡類似。在完成銀行（支付賬戶）安全交易并驗(yàn)證通過以后，用戶便可享受相應(yīng)的充電服務(wù)。把C2000雙核器件的處理能力同NFC芯片組（例如：TRF7970）結(jié)合以后，開發(fā)人員便能將這種功能直接集成到主處理器中，從而進(jìn)一步減少了所需組件的數(shù)目。

　　C2000雙核微控制器通信層

　　由于我們已經(jīng)為你簡要介紹了支付處理，現(xiàn)在，我們需要討論C2000器件所支持的通信層，這一點(diǎn)很重要。它本身就對(duì)IPv6 10/100 TCP/IP棧提供軟件支持，并支持有線以太網(wǎng)的內(nèi)部以太網(wǎng)媒介訪問控制（MAC）。

　　除有線以太網(wǎng)外，C2000雙核器件還通過SimpleLink? CC3000解決方案的軟件支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)無線Wi-Fi通信的支持。SimpleLink是一種獨(dú)立的無線解決方案，為無線接入提供一種簡單的解決方案，可實(shí)現(xiàn)小型化無線B/G協(xié)議，擁有IPv4 TCP/IP棧，并包括高無線安全性的補(bǔ)充軟件。通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的SPI接口，便可將CC3000器件連接至C2000主處理器。

　　對(duì)于那些沒有Wi-Fi或者以太網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的地區(qū)來說，C2000雙核器件還提供了PLC靈活性。利用C28x內(nèi)核的計(jì)算能力，除前面講到的主機(jī)通信和測量功能以外，設(shè)計(jì)人員還可以在相同器件上實(shí)現(xiàn)PRIME、G3、CENELEC和FlexOFDM等低頻窄帶標(biāo)準(zhǔn)，并且所有標(biāo)準(zhǔn)都可配置。TI還提供一個(gè)配套模擬前端器件即AFE031，以完成PLC實(shí)現(xiàn)。關(guān)于PLC需要注意的一點(diǎn)是，在歐洲的一些使用案例中，CENELEC PLC實(shí)際用于汽車通信，而非電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。

　　除提供多種通用協(xié)議主機(jī)通信支持以外，C2000雙核器件還包括2個(gè)CAN控制器，用于連接充電車輛（如果有的話）。盡管它現(xiàn)在還不是一種充電通信標(biāo)準(zhǔn)，但一些汽車制造廠商可能會(huì)選擇一種專有充電器的CAN通信接口，從而讓該選項(xiàng)可用。

　　目前，SAE和ACEA委員會(huì)以及多家汽車制造廠商正在對(duì)數(shù)種智能通信協(xié)議進(jìn)行評(píng)估，以開發(fā)出一種單獨(dú)的世界“標(biāo)準(zhǔn)”插頭接口，從而確保汽車和充電器之間的通用性。但是，作為SAE J1772和IEC 61851標(biāo)準(zhǔn)的組成部分，目前的充電器均使用兩個(gè)“信號(hào)針腳”來幫助為充電系統(tǒng)提供預(yù)防性安全措施。盡管很少有真正的通信，但還是會(huì)有一個(gè)1Khz方波信號(hào)被注入到充電電路的L1線路中，然后通過接地針腳返回。在接受充電的電動(dòng)車內(nèi)部，通過使用一個(gè)具有電動(dòng)車可接受的充電水平電阻器二極管電路，使電路閉合。然后，通過充電器對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測，以確定電動(dòng)車的正確充電電量，并在無閉合電路時(shí)從交流電壓斷開充電線。這樣便提高了人操作充電器的安全性，因?yàn)樵谶B接以前充電線上沒有電壓。通過使用C2000雙核器件的PWM生成器，這種信號(hào)可被注入到L1線中，然后通過接地線反饋，內(nèi)部ADC通道中的一條可對(duì)其進(jìn)行采樣。為了降低系統(tǒng)復(fù)雜程度，這種功能可與前面講到的過電壓/過電流安全斷開系統(tǒng)集成到一起。

　　總結(jié)

　　本文中，我們研究了幾種通信協(xié)議以及一些電表功能，它們均可集成到一塊單微控制器內(nèi)，以簡化電動(dòng)車充電器付費(fèi)電表應(yīng)用的設(shè)計(jì)。盡管我們主要側(cè)重于EV充電器應(yīng)用，但是所有這些功能可用于任何單或者三相交流電系統(tǒng)電表應(yīng)用，包括家庭應(yīng)用。
　　作者：德州儀器 （TI） C2000微控制器市場營銷經(jīng)理 Brett Novak

本文轉(zhuǎn)摘自電子發(fā)燒友網(wǎng)《汽車電子特刊》5月刊

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