【正文】 流小信號電路，PCB中常規(guī)信號線寬采用10MIL（1MIL=）走線，電源線寬采取50MIL、30MIL，也就是說涉及到電源和地的線路都做了加寬的處理。根據(jù)以上思想，實際得到電路板布局如圖318所示。6. 電源地回路的處理，電源通道是設(shè)計中的全局重點，是系統(tǒng)電磁兼容性能成敗的關(guān)鍵。4. 模塊內(nèi)部器件完成細化布局后，再次進行整體的模塊布局調(diào)整，這一次布局是對第一次模塊布局的確認和細化。本電路布局思想如下：1. 對有嚴格位置要求的器件優(yōu)先考慮，如連接外部，位置固定的接口。PCB器件庫要求非常嚴格，它決定電路管腳的電氣連接，和板子上器件的安裝。6. 電路板畫線，PCB電路板中完成器件的電氣連接線。2. 繪制原理圖，取出原件，繪制電路原理圖。(六) 幀應(yīng)用舉例 1. 上位機聯(lián)機握手幀：位置235610112114定義56688XxxxxxxxxxxxxxCRCAA、BB2. 下位機應(yīng)答握手幀：位置235610112114定義56699XxxxxxxxxxxxxxCRCAA、BB3. 上位機發(fā)電源類參數(shù)命令幀位置235610112114定義5660C01 xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB4. 下位機應(yīng)答電源類參數(shù)命令幀位置235610112114定義566CC01 xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB5. 上位機發(fā)溫度類參數(shù)查詢幀位置235610112114定義5660D02xxxxxxxxxxxxCRCAA、BB6. 下位機發(fā)應(yīng)答溫度類參數(shù)查詢幀位置235610112114定義566DD02xxXxxxxxxxxxCRCAA、BB7. 下位機發(fā)報錯幀位置235610112114定義56644XxxxXxxxxxxxxxCRCAA、BB 控制板電路板設(shè)計 PROTEL 設(shè)計技術(shù)Protel 99 SE是Altium公司最為代表性的一款功能強大、深受電路設(shè)計者歡迎使用的EDA設(shè)計系統(tǒng)軟件。 4. 長度 參數(shù)長度指后面參數(shù)數(shù)據(jù)占用的字節(jié)數(shù)。0x0C—上位機發(fā)命令； 0xCC—下位機發(fā)命令回答；0x0D—上位機發(fā)查詢； 0xDD—下位機發(fā)查詢回答；0x88—上位機聯(lián)機命令； 0x99—下位機聯(lián)機應(yīng)答；0x44—下位機接收錯誤報錯。圖317 連機超時提示(四) 幀類別1. 計算機發(fā)出的幀類別：命令幀、查詢幀。本通訊不要求較高的實時性，這種一問一答方式簡單而可靠。二． 串行通信協(xié)議 本充電器通過485串行接口與上位機進行串口通訊，485通信協(xié)議一般都是根據(jù)應(yīng)用需求自己定義，現(xiàn)自定義通信協(xié)議如下：(一) 物理層：RS485接口標(biāo)準(zhǔn)，波特率9600，校驗位無，數(shù)據(jù)位8，停止位1。隔離雖能有效的抑制高共模電壓，但是總線上還會有浪涌沖擊、電源線與485線短路、雷擊等潛在危害，所以我們在總線端再采取一定保護措施。C。它提供了可靠的低成本的直連數(shù)據(jù)線接口，不需要其它外部元件。在RS232的基礎(chǔ)上提出了改進的RS449，再到現(xiàn)在使用的RS485，現(xiàn)已被大量采用。二、電源輸出開啟控制 開關(guān)電源的緩上電完成后，開關(guān)電源開始工作，但是輸出端還沒有打開，沒有輸出直流電壓，直流電壓的輸出由開啟電路控制電路（如圖315所示），由控制器27腳發(fā)出的C_p信號控制輸出打開，C_p為低電平時，Q1導(dǎo)通打開開關(guān)電源的光耦合器控制端，使能開關(guān)電源內(nèi)部的PWM控制，開關(guān)電源輸出充電電壓。圖314 繼電器信息輸出接口電路 開關(guān)電源啟動控制電路充電器開關(guān)電源的啟動控制包括緩上電控制和輸出開啟控制，緩上電控制開關(guān)電源的交流輸入，輸出開啟控制開關(guān)電源的直流電壓輸出。 繼電器信息輸出接口電路 充電器的繼電器信息輸出接口（如圖314所示），通過外插6針接線，完成與風(fēng)力發(fā)電力機主控制系統(tǒng)的通信，通過繼電器的開關(guān)狀態(tài)上傳充電器的工作信息，詳細狀態(tài)信息見表31。此三階低通濾波器的傳遞函數(shù)如式332所示[3]：充電器三階段充電的恒流與恒壓階段控制是由硬件實現(xiàn)的轉(zhuǎn)換控制，軟件中設(shè)置PWM的參數(shù)控制充電電流和電壓值，它決定恒流與恒壓的臨界轉(zhuǎn)換點，、PWM1來設(shè)置的，這兩路PWM產(chǎn)生的固定值分別與開關(guān)電源中的電流和電壓控制進行比較。C），16V直流輸入REF02的2腳，6腳輸出+5V供給PWM電路。這里是通過改變脈沖的占空比進行調(diào)壓實現(xiàn)對充電電壓和電流的控制。[40]在電池智能充電器中，一般采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度都相等的脈沖列作為PWM的波形，然后通過改變脈沖的寬度，改變脈沖列周期調(diào)頻，再采用適當(dāng)?shù)能浻布刂品椒ň涂梢允闺妷号c頻率協(xié)調(diào)變化。同時，控制器根據(jù)采集的電壓值進行軟件的電壓監(jiān)測管理，當(dāng)軟件監(jiān)測電壓跌落到70%的時候，就進行系統(tǒng)的參數(shù)和功能保護，這樣起到系統(tǒng)的掉電保護功能。LM258雙運放只用了UL2A，UL2B為空置狀態(tài)。，靜態(tài)電流50μA，溫度系數(shù)35ppm/℃，SOT233封裝，溫度范圍（40，125℃），溫度漂移100ppm/C。100176。風(fēng)華高科的NTC熱敏電阻傳感器（FHCWF103F3950F），是以錳、鎳、鈷和銅等金屬氧化物為主要材料，該傳感器具有高精度，高穩(wěn)定性，響應(yīng)速度快，優(yōu)良的抗熱沖擊性和以及耐濕性能。高溫降低恢復(fù)到85℃以下，系統(tǒng)自動撤銷報警，充電器恢復(fù)正常工作。外殼溫度分為高溫警告和嚴重超溫報警兩個保護等級。KTY系列傳感芯片結(jié)構(gòu)基于擴散電阻原理，芯片大小約500*500*240mm。溫度低于20℃時不能自動恢復(fù)，需要系統(tǒng)重新啟動。一． 電壓和電流采集接口充電器的四路電流電壓采集接口電路如圖37所示，BAV99是一個高速的雙開關(guān)二極管，開關(guān)時間（Trr）最大6ns，工作在導(dǎo)通和截至兩個狀態(tài)，正常情況下二極管處于截至狀態(tài)。如果在芯片處于調(diào)試狀態(tài)的時候，掃描寄存器就可以把芯片和外圍的輸入輸出隔離開來。該復(fù)位控制采用光耦隔離器SFH6156進行系統(tǒng)內(nèi)外隔離，避免外部干擾，正常情況下光耦截至，Reset18_in為高電平，短接復(fù)位時光耦導(dǎo)通，Reset18_in低電平向控制器第39腳發(fā)出的復(fù)位信號，在控制器內(nèi)采用程序由軟件指令實現(xiàn)復(fù)位。圖32 晶體振蕩器電路圖33 STM32F103RB控制器電路圖三． 復(fù)位電路一般，控制器常用復(fù)位方式主要有：上電復(fù)位，看門狗復(fù)位，人工復(fù)位。STM32其它啟動模式Boot0=1，Boot1=0時系統(tǒng)存儲器為啟動區(qū)域；Boot0=1，Boot1=1時SRAM存儲器為啟動區(qū)域?？刂破麟娐肥钦麄€充電器的控制核心，它分析采集到的六路AD信號值，然后發(fā)出對系統(tǒng)的控制信號，同時完成與發(fā)電機主控設(shè)備的通信控制。RTC有單獨的供電電路，內(nèi)置的開關(guān)使其可由外接紐扣電池供電，或主電源供電。英國的ARM公司成立于1991年，它是一家出售IP技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)的公司，ARM（Advanced RISC Machine）作為一種嵌入式系統(tǒng)處理器，是采用RISC架構(gòu)，它以高性能、低功耗、低成本等優(yōu)點占領(lǐng)了大部分市場。4. 外部遠程復(fù)位接口電路，風(fēng)力發(fā)電機主控板發(fā)出信號遠程控制充電器復(fù)位。表31 充電器的功能信息表監(jiān)控功能H2H3H4繼電器1繼電器2輸入過壓√√輸入欠壓√√輸出過壓√√輸出欠壓√√輸出短路√√電池盒溫度過高報警√√電池盒溫度傳感器故障√√機殼溫度高報警√√機殼溫度√√機殼溫度傳感器故障√√機盒內(nèi)部環(huán)境溫度惡劣√√機盒內(nèi)部環(huán)境溫度過高報警√√機盒內(nèi)部環(huán)境溫度過低報警√√機盒內(nèi)部溫度傳感器故障√√空載輸出√√基準(zhǔn)電壓故障√√EEPROM 讀寫錯誤√√充電器控制板功能需求如下：1. 完成對開關(guān)電源的AD采集控制，它接收開關(guān)電源接口板傳遞過來的四路AD電壓和電流信號，輸入到STM32控制器進行AD轉(zhuǎn)換控制。1%25℃恒流充電電流177。~，補充蓄電池自身的自放電，使蓄電池維持滿電量狀態(tài)長期保養(yǎng)維持?？刂瓢宀捎靡夥ò雽?dǎo)體的工業(yè)級32位ARM內(nèi)核控制器，完成對整個充電器的充電過程控制、故障檢測控制、以及對外的信息通信等智能控制。采用脈寬調(diào)制技術(shù)，高效率，高功率因數(shù)；紋波系數(shù)低，對其它設(shè)備干擾小。1%，具有與被充電池一致的電壓/溫度特性，其電壓/℃，對于12AH的電池，平均充電效率不低于80%。蓄電池與電源模塊并聯(lián)安裝在風(fēng)機葉片的電機負載上運行，在正常情況下，電機負載供電由電源直接供給，在設(shè)備故障或者電力不充足的情況，就由蓄電池給電機負載供電。整個電池組的浮充電壓等于蓄電池只數(shù)乘以單體蓄電池浮充電壓值，同時要根據(jù)電池的負溫度補償系數(shù)–4mV/單體/℃進行調(diào)整，也就是25℃溫度的基礎(chǔ)上每升高1℃，單體電池的充電電壓降低4mV，由此得到整個電池組溫度補償后的實際充電電壓值。國外一般選擇稍高的浮充電壓。 風(fēng)力發(fā)電機蓄電池及充電器 目前，風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)中尚無完全理想的專用深放電、長壽命蓄電池，廣泛應(yīng)用的是閥控封閉式免維護鉛酸蓄電池。但對于大容量的蓄電池，充電時間就會拖得很長，時效低，造成諸多不便。在充電流程中，電池電壓逐漸增高，充電電流逐漸降低。浮充電壓過低，蓄電池會充不滿，過高就會造成過量充電。循環(huán)充電多應(yīng)用于小容量移動型的便攜式設(shè)備蓄電池中。隨著新技術(shù)發(fā)展，脈沖快速充電的方法也越來越多。 恒流充電：充電過程中充電電流保持不變，這種方法充電速度快。反之，電壓過高，開始時電流較大，電量充滿后，因為充電器和蓄電池電動勢之間始終存在差值，仍有不小的充電電流，而導(dǎo)致過充電，電池內(nèi)部的活性物質(zhì)脫落，容量減小。在充電過程中，蓄電池的吸氣和極化現(xiàn)象始終存在，并逐步加劇，嚴重影響充電質(zhì)量，縮短電池壽命。 閥控式鉛酸蓄電池的充電方法一、閥控式密封鉛酸蓄電池的充電特性蓄電池充電理論與實踐都已經(jīng)證明，充電接受電流I是充電時間t的指數(shù)函數(shù)，其函數(shù)如式12所示[14]。閥控式鉛酸蓄電池在開路狀態(tài)下，其正負極的活性物質(zhì)二氧化鉛和海綿狀鉛與電解液的反應(yīng)都趨于穩(wěn)定，也就是說，正負極的氧化速率和還原速率相等，這樣的電極電動勢為平衡電動勢。其過程如下[10]：充電過程：閥控式鉛酸蓄電池負極上的硫酸鉛被還原為金屬鉛的速度大于硫酸鉛的形成速度，使硫酸鉛轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘巽U；同樣，在蓄電池正極上的硫酸鉛被氧化為二氧化鉛的速度也增大，導(dǎo)致正極轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸U。實際上，絕對控制H2與O2的析出是不可能的，電解液仍有少量消耗，仍有少量的氧氣和氫氣析出。多年來，它以其優(yōu)異穩(wěn)定的性能，一直在工業(yè)、民用和軍工領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。本充電器具有充電速度快、充電還原效率高、無人值守的高度智能化、可超長時間充電、無過充電危險、蓄電池使用壽命長等特點。各項性能指標(biāo)完全達到了產(chǎn)品要求?？刂破鞑捎靡夥ò雽?dǎo)體公司STM32F103RB，它完成對蓄電池和開關(guān)電源的電壓、電流、溫度等8路AD信號的采集，然后進行三段式充電的分析控制，其間進行充電電壓和電流的溫度補償控制，進行充電器自身安全工作的監(jiān)測和控制，進行充電器對外部設(shè)備的串行通信控制。本智能充電器配套風(fēng)力發(fā)電機控制系統(tǒng)中，完成對蓄電池的全自動充電。采用鉛酸蓄電池存儲電能，作為風(fēng)力發(fā)電機安全運行的重要保障，它位于發(fā)電機輪轂中，為發(fā)電機工作提供后備電源。本充電器采用開關(guān)電源技術(shù)，基于32位ARM內(nèi)核控制器的三段式全智能充電。本論文所涉及的ARM控制板，完成了對溫度、電流、電壓的監(jiān)測控制及報警，完成了三段式充電及溫度補償控制，完成了與上位機的通信控制和參數(shù)在線配置。本課題基于企業(yè)需求的實際產(chǎn)品，研究和開發(fā)了一種專用于風(fēng)力發(fā)電機輪轂中的鉛酸蓄電池智能充電器，為風(fēng)力發(fā)電機的控制系統(tǒng)進行設(shè)備配套。電池氣壓升高，單向排氣閥會自動打開排出氣體，當(dāng)自動關(guān)閥后防止空氣進入蓄電池。[4] 圖12 蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)原理圖閥控式鉛酸蓄電池在使用過程中基本上不產(chǎn)生氫氣，并且正極產(chǎn)生的氧氣能以電池內(nèi)循環(huán)的方式被陰極吸收，稱為陰極吸收機理。 閥控式鉛酸蓄電池充電技術(shù) 閥控式鉛酸蓄電池充電的化學(xué)反應(yīng)閥控式鉛酸蓄電池充放電的基本電極反應(yīng)是鉛（Pb）和二價鉛（Pb2+）及四價鉛（Pb4+ ）之間的轉(zhuǎn)化。因為是放電后，兩極的活性物質(zhì)都轉(zhuǎn)化為硫酸鉛，所以叫“雙極硫酸鹽化” 。極化主要是由電化學(xué)極化、歐姆極化和濃差極化這3種因素造成的，因為3種極化的存在，在使用中要嚴格設(shè)置各種充放電電流和充放電電壓，避免使用不當(dāng)對蓄電池的性能造成大的影響。 二、閥控式鉛酸蓄電池的充電方法 閥控式鉛酸蓄電池的運行壽命和性能，與充電方法密切相關(guān)，好的充電方法應(yīng)該是效率高而不傷電池，達到電池溫升低，壽命長，充電快，充電足，失水少。電壓較低時，電流較小，充電時間短，蓄電池不能充足，長期虧電，常此下去，