三相21KW交流智能充电桩 - 硬件设计如何避免充电桩的底层问题

深圳冰河导航科技有限公司，简称冰河

新能源汽车和充电桩市场是这样理解和预期的: 今年全国新能源汽车销量预计超过500万台，全球超过一千万台，对充电速度有要求的用户占比按20%计算，市场规模国内100万台全球200万台，在这个市场中咱们的方案占比按能做到5-10%计算，销售预期5-20万台。到2030年全球新能源汽车销量达到50%占比的时候，市场规模将增加到今年的5倍以上

冰河导航三相21KW交流智能充电桩销售方式不仅仅只是整机销售，也包括智能充电桩的主控板，给充电桩厂家提供最有竞争力的充电桩软硬件方案，他们拿咱们提供的成品电路板组装之后就可以直接销售。

冰河导航三相21KW交流智能充电桩的立项已经通过了，

智能充电桩的外观也在按计划进行产品的开模

在产品硬件的设计之前，

发现国标交流充电桩4个底层问题的详细描述

以下4个问题按重要程度排序，前面的问题最重要。

一、SPI接口的通信问题

在充电桩上SPI接口的功能需求是，

• 交流充电桩需要通过SPI接口连接一颗电能计量芯片实现电量读取功能
• 直流充电桩需要通过SPI接口连接三颗芯片，一颗电能计量芯片、两颗CAN总线芯片，两个CAN总线芯片分别连接直流充电模块和电车。为什么直流充电模块和电车不能挂在同一条CAN总线上，确切原因我也一直没搞懂。

SPI通信方面遇到问题有三个：

• SPI片选信号有问题，没办法挂多个SPI设备。
• SPI通信不稳定，有时候可以通信，有时候不能通信。
• SPI信号的波形不好（时钟线波形还是数据线波形？），看上去像是软件模拟的SPI，担心工作可靠性。

二、PWM管脚高电平的电压采样问题

交流充电桩和电车之间没有通信链路，为了能够让充电桩获取车端的反馈，设计者采用了拉低CP管脚电压的方式达到这个目的，方法是在车端导通不同的电阻网络，把PWM电压拉低到12V、9V或者6V。充电桩需要实时监测CP管脚的电压并做出反馈，国标在实时性方面的要求是小于100ms，我们测试过的方案都在20ms左右。

最初的实验方法是在死循环中不间断读取ADC，但是就算这样也只能到1KHZ，在声明电流小于32A，PWM占空比不足50%的时候，需要更多次检测才能读取到高电平电压，超过了100ms，达不到国标的要求。

后来改进的方案是通过门电路产生一个和PWM输出同步的波形，输入给GPIO，等检测到上升沿之后再启动ADC采集。但是这个GPIO会把高电平拉低到0.5V导致上升沿检测失效。这种情况在下一个问题中也有出现。

三、用于点亮显示屏的触摸按键的不可靠问题

模拟按键的高电平输入，3.3V经电平转换为1.8V后输入给GPIO，但是被拉低到0.5V。2个样品，1个检测不到高电平输入，一个有时可以检测到高电平输入。

这个GPIO把输入的高电平拉低到0.5V导致上升沿检测失败，这个场景在第二个问题中也有出现，是不是722的GPIO管脚有特殊的配置要求？

四、PWM输出波形不正确的问题

充电桩允许输出的最大功率是通过1KHZ PWM波的占空比声明的，最初代顺治说PWM相关的API有问题，并且PWM输出的波形不好看。

现在代顺治说已经通过NDK以GPIO软件模拟的方式把这个问题解决了。

我对软件模拟的方式有个担心，万亿程序跑飞的时候会不会出现异常的占空比？比如保持在拉高状态，这是国标不允许的。如何避免出现这样的情况？

不同充电桩电流的PWM占空比：

1. 16A，26.7%（16/60），特斯拉在中国的三相11KW充电桩
2. 32A，53.3%（32/60），国内多数电动车的单相7KW充电桩
3. 48A，80.0%（48/60），特斯拉在美国的单相11KW充电桩
4. 63A，89.2% （4*63+640）/1000，比亚迪老款E5/E6的三相充电桩

我们在设计的过程需要需要解决这些问题

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