【正文】 和設(shè)定值的誤差向逐漸減小的趨勢(shì)進(jìn)行，直至每階段的采樣電流/電壓值與恒流/恒壓要求的數(shù)值一致，由 SG3525 進(jìn)行狀態(tài)穩(wěn)定。二、設(shè)計(jì)（論文）的主要技術(shù)指標(biāo)按照充電進(jìn)行的順序，分別是 30A 恒流充電（此時(shí)充電電壓逐漸升高） ， 恒壓充電（此時(shí)充電電流逐漸減小） ，15A 恒流充電（此時(shí)充電電壓逐漸升高） ， 恒壓充電（此時(shí)充電電流逐漸減低） ，充電電流降到 3A 時(shí)充電器停機(jī)，待電池端電壓降至 時(shí)重新啟動(dòng)，以恒壓 并限制電流在 3A 以內(nèi)進(jìn)行浮充充電。5V，來完成對(duì)電流電壓的調(diào)整和比較作用。~ 完成開題答辯，著手準(zhǔn)備進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。與同學(xué)進(jìn)行討論學(xué)習(xí)，了解前端電路開關(guān)電源部分和后端單片機(jī)控制部分的工作原理，使對(duì)電路有更好的全局把握。及時(shí)與導(dǎo)師進(jìn)行溝通，得到修改意見。因此，研究符合電池接收能力的智能充電系統(tǒng)有著十分重要的意義。不僅對(duì)鉛酸蓄電池有良好的充電效果，而且對(duì)電池的充電損耗有修復(fù)功能，可大大提高蓄電池的使用壽命。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）所用的方法 首先對(duì)論文課題進(jìn)行可行性分析論證，通過查閱資料對(duì)現(xiàn)有的電動(dòng)汽車電池充電方式進(jìn)行研究和分析，理解各充電方式的實(shí)現(xiàn)手段及優(yōu)缺點(diǎn)。四、主要參考文獻(xiàn)與資料獲得情況[1] 華中理工大學(xué)電子學(xué)教研室, 康光華. 電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)[M]. 第四版. 北京:高等教育出版社, 1999:277310.[2] 王遠(yuǎn). 模擬電子技術(shù)[M]. 第一版. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1994:312317.[3] 浙江大學(xué)電子學(xué)教研室, 鄭家龍, 王小海. 模擬集成電子技術(shù)教程[M]. 第一版. 北京:高等教育出版社, 2022:213216.[4] 北方交通大學(xué)馮敏昌. 模擬集成電路系統(tǒng)[M]. 第二版 . 北京: 中國(guó)鐵道出版社, 1998:167180.[5] 吳運(yùn)昌. 模擬集成電路原理與應(yīng)用[M]. 第一版. 廣州 :華南理工大學(xué)出版社, 1995:198201.五、指導(dǎo)教師審批意見簽字： 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)工作中期檢查Ⅰ附表三 2022 年 3 月 20 日課題名稱 30A/60V 電動(dòng)汽車充電器控制電路的設(shè)計(jì)姓 名 專業(yè)和班級(jí) 電子信息工程五班 指導(dǎo)教師一、畢業(yè)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容、目標(biāo)和可能遇到的問題畢業(yè)設(shè)計(jì)具體內(nèi)容：電動(dòng)汽車充電器的控制電路，它能夠在與前端電路開關(guān)電源和后端單片機(jī)的配合下控制充電器自動(dòng)完成不同充電階段恒流充電和恒壓充電的模式轉(zhuǎn)換，并在各階段穩(wěn)定起作用電流值和電壓值。另外，理論與實(shí)際的差別、電路仿真與實(shí)際應(yīng)用之間的不同也是會(huì)遇到的問題。圍繞每個(gè)模塊進(jìn)行基本的參數(shù)選擇分析，得出大致范圍后整合所有模塊對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。對(duì)于控制電路的研究已經(jīng)有一定的理論和技術(shù)基礎(chǔ)，加之仿真的環(huán)境提供了足夠的調(diào)試空間，使設(shè)計(jì)能夠在理論和實(shí)際的結(jié)合下完成。通過導(dǎo)師和同組同學(xué)的講解，對(duì)前端電路開關(guān)電源部分和后端單片機(jī)控制部分都有了簡(jiǎn)單的了解，對(duì)整體電路有了更好的把握，在具體的設(shè)計(jì)時(shí)也能一并考慮前后端的匹配連接問題。如何綜合考慮元器件的特性，在其基本結(jié)構(gòu)上引入正確的輔助器件使其更符合實(shí)際應(yīng)用的需求也是當(dāng)前所遇到的問題。除去由于充電電池物理特性造成的不可抗影響外，如何通過改變充電方式來延長(zhǎng)其使用壽命已成為近些年研究的重點(diǎn)。最大的創(chuàng)新之處在于利用二極管的單向?qū)ㄐ?，通過電路參數(shù)的合理設(shè)置，用一個(gè)SG3525芯片同時(shí)完成對(duì)恒流、恒壓階段的控制。另一方面，能源的過度消耗直接刺激了二氧化碳?xì)怏w排放量的快速增長(zhǎng)，而在目前我國(guó)的二氧化碳排放中，約有25%來自于汽車。當(dāng)前的純電動(dòng)汽車技術(shù)還存在不少問題，然而對(duì)于主導(dǎo)市場(chǎng)份額的消費(fèi)者來說，面對(duì)檔次相仿的電動(dòng)汽車，在缺乏相應(yīng)專業(yè)知識(shí)的情況下，蓄電池的使用壽命便成為其最為關(guān)注的問題之一。但在實(shí)際生活中，由于技術(shù)手段的限制，達(dá)到這樣的充電效果是不可能的；另一方面，單純的恒流或者恒壓充電的方法雖然易于實(shí)現(xiàn)且占據(jù)大部分的市場(chǎng)份額，但是這兩種方式都在一定程度上對(duì)充電電池的性能有傷害或者無法在短時(shí)間內(nèi)完成充電，加上不正確的充電習(xí)慣的影響，電池的壽命將在一次次的充電后急速縮短。性能良好耐用的電池不僅可以作為商家吸引消費(fèi)者的主打牌，也可以免去因電池售后維修和更換所帶來的企業(yè)支出。最后通過仿真軟件對(duì)方案的完成效果進(jìn)行驗(yàn)證。 圖 鉛酸蓄電池接收能力曲線當(dāng)充電特性曲線能夠完全與蓄電池接收曲線重合時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)理想狀態(tài)下在不損壞蓄電池性能的情況下以最大允許電流或電壓在最短時(shí)間內(nèi)完成充電的設(shè)想。如果設(shè)定的電壓恒定值適宜，就既能保證蓄電池的完全充電，又能盡量減少析氣和失水。充電電路易于實(shí)現(xiàn)。 恒流充電與恒壓方式相對(duì)應(yīng)，在充電過程中，充電電流維持在恒定值，也是一種目前被廣泛采用的充電方法，充電電路多用開關(guān)電源控制實(shí)現(xiàn)。 涓流充電大部分電池充滿電后，電量會(huì)由于自放電現(xiàn)象不停流失，涓流充電可通過對(duì)保持在近似完全充電狀態(tài)的蓄電池進(jìn)行連續(xù)小電流充電以補(bǔ)償流失電量。因此又稱維護(hù)（浮充）充電。恒流充電階段：在初始恒流充電階段要選擇合適的充電電流值，過大會(huì)導(dǎo)致電池極板的損壞，而過小則會(huì)延長(zhǎng)充電時(shí)間。 涓流充電階段：恒壓充電結(jié)束后轉(zhuǎn)入浮充充電階段，大約需要24小時(shí)左右來使蓄電池容量恢復(fù)到100%。但是由此一來，就需要更多的控制環(huán)節(jié)來完成調(diào)控使系統(tǒng)復(fù)雜化。 恒壓充電直至充電電流下降為 3A，停止充電(停機(jī))。開關(guān)電源是利用現(xiàn)代電子電力技術(shù)，通過控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時(shí)間比率，調(diào)整輸出波形的占空比，并能在各個(gè)調(diào)整階段維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源。由此看來，直流開關(guān)電源能夠很好地完成精確調(diào)節(jié)和穩(wěn)定電流、電壓的任務(wù)。輸入端接入 220V 50Hz 的電網(wǎng)電壓，首先通過橋式整流利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒄?fù)變化的交流電壓變?yōu)閱蜗虻拿}動(dòng)電壓，即脈動(dòng)直流電；再通過濾波電路利用電容將脈動(dòng)電壓的交流諧波部分濾除，最終輸出相對(duì)穩(wěn)定的直流電壓。其工作原理如下：位于對(duì)角線上的晶體管各為一組。另外，并聯(lián)在每個(gè)晶體管旁的吸收電容和吸收電阻可以防止交流方波出現(xiàn)“毛刺現(xiàn)象” 。經(jīng)過與第一階段相類似的整流和濾波過程，最終得到可供電動(dòng)汽車充電器使用的穩(wěn)壓電源。30A 恒流充電直至電壓升至 ，切換為恒壓充電模式。電壓下降至 ，重新啟動(dòng)，進(jìn)入浮充充電過程。由充電過程進(jìn)行分析，第一恒流階段中，充電電壓慢慢升高。即：電流采樣和電流給定，電壓采樣和電壓給定。由于電流信號(hào)和電壓信號(hào)要分別起作用，初步將電路設(shè)計(jì)為上下基本對(duì)稱的兩部分：電流調(diào)節(jié)部分和電壓調(diào)節(jié)部分。通過 P（比例調(diào)節(jié)）和 I（積分調(diào)節(jié)）的共同作用，改變控制電路的輸出值，推動(dòng)調(diào)節(jié)功能的進(jìn)行，最終消除自控系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。這就使得當(dāng)控制電路輸出電壓偏高或偏低時(shí)，即 1 號(hào)管腳接收電壓高于或低于 時(shí)，SG3525 自動(dòng)通過 PWM 脈寬調(diào)制對(duì)開關(guān)電源 IGBT 電路部分兩組晶體管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間進(jìn)行控制，增加或減小輸出電壓波形的占空比，使控制電路輸出電壓重新回落或上升至 。由于 SG3525 的 2 管腳穩(wěn)定在 ，1 管腳電壓在 上下小范圍波動(dòng)，并最終穩(wěn)定在 。在細(xì)節(jié)方面，因?yàn)殡娐穱@運(yùn)放進(jìn)行設(shè)計(jì)，為了提高輸出結(jié)果的精度，在運(yùn)放外部加入調(diào)零電路是必要的?？紤]到單片機(jī)等外圍器件對(duì)工作電壓有限制，故在輸出端前再加入一個(gè)比例電路，適當(dāng)調(diào)節(jié)采樣電壓，使之與下級(jí)電路要求的輸入電壓相匹配。下面對(duì)各個(gè)模塊的作用進(jìn)行分析。此時(shí)的方波占空比可作為參考在編寫單片機(jī)程序時(shí)使用，當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中，需要以仿真值為基準(zhǔn)，進(jìn)行多次調(diào)試，才能得出各階段所需 PWM 波形最準(zhǔn)確的占空比。下圖是一個(gè)典型的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。電路的對(duì)稱性。采樣值通過適當(dāng)?shù)谋壤s放可得到一個(gè)負(fù)值電壓，分別作為 PI 調(diào)節(jié)器的部分輸入和后端比例放大器的全部輸入，同時(shí)要考慮到兩者的輸出范圍，并保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，因此放大倍數(shù)的選擇顯得尤為重要。當(dāng)且僅有比例控制時(shí)，系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差（Steadystate error） 。首先對(duì)積分電路進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，基本的積分電路如下圖所示：圖 積分電路同樣在理想情況下，由“虛短”和“虛斷”特性可得到以下方程式：????dtuRCdtiuiIOCIR1若對(duì)上式在 到 時(shí)間段進(jìn)行積分，則有：1t2??21)(1tOIOtudu其中 為積分起始時(shí)刻的輸出電壓。因此，如果將其與動(dòng)態(tài)反應(yīng)較快的比例控制結(jié)合起來構(gòu)成 PI 調(diào)節(jié)系統(tǒng)，就可以既做到靜態(tài)準(zhǔn)又做到響應(yīng)快。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)電路進(jìn)行調(diào)整使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。出于對(duì)電路整合性考慮，決定使用一個(gè)四運(yùn)放集成塊和一個(gè)雙運(yùn)放集成塊配合完成。為了提高電路的精度，相較于使用 BJT（Bipolar Junction Transistor 雙極結(jié)型晶體管，又常稱為雙載子晶體管）的輸入運(yùn)放來說，JFET（即 PN JFET：PN Junction FET，通常也稱 JFETPN 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管）在工作時(shí)的輸入阻抗要更高，輸入偏置電流就變得很小，無需再加入平衡電阻來平衡運(yùn)放兩個(gè)輸入端的失調(diào)電流。因此信號(hào)變化速度越快越大、頻率越高，要求運(yùn)放的 SR 也越大。但一般來說，只要不要求特別高的放大倍數(shù)運(yùn)放的 GBW 都是比較合適的。 分壓電路由上文可知，控制電路需采樣的最大電壓值為 ，最大電流值為 30A，最終的目標(biāo)是使兩者的采樣值趨于一致（電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)） 。???采 樣但在實(shí)際采樣過程中，分壓比會(huì)受到后端電路等效電阻并聯(lián)的影響，比如在仿真中， 恒壓階段分壓后采樣電壓要小于理論值 ，在 3V 左右。5%，而 以下的電阻精密度可達(dá)到177。2 比例放大電路比例放大電路的參數(shù)選擇對(duì)調(diào)零電路的參數(shù)選擇有很大影響，這里先對(duì)比例放大部分進(jìn)行分析，首先來確定運(yùn)放網(wǎng)絡(luò)的電源電壓。但是考慮到整個(gè)控制電路的電壓都是圍繞 SG3525 提供的基準(zhǔn)電壓 進(jìn)行變化，送入單片機(jī)的電壓也需保持在 0~5V 的范圍內(nèi)，結(jié)合分壓電路的采樣輸出情況，運(yùn)放電源電壓選擇在常用的177。實(shí)際上，當(dāng)電路中電阻取值過大時(shí)，一方面由于工藝原因，電阻的穩(wěn)定性差且噪聲大；另一方面，當(dāng)反饋電阻阻值與集成運(yùn)放的輸入電阻等數(shù)量級(jí)時(shí)，比例系數(shù)又會(huì)發(fā)生較大的變化。?k綜合考慮分壓電路的分析結(jié)果：經(jīng)采樣的電流信號(hào)最大為 60mV，電壓信號(hào)理論最大值 （仿真最大值 ） 。理論上來說，作用于電流和電壓采樣的兩個(gè)比例電路的放大倍數(shù)在這個(gè)基準(zhǔn)上有適當(dāng)波動(dòng)都是可行的。從理論值來看，三個(gè)恒壓電壓值、 在通過第一級(jí)放大電路后分別為：－、－、－，第二級(jí)放大倍數(shù)在 左右即可。?k考慮到非理想狀態(tài)的實(shí)際應(yīng)用中，電流、電壓采樣值在恒流恒壓階段會(huì)產(chǎn)生小范圍的波動(dòng)。對(duì)運(yùn)放調(diào)零就是考慮到其輸入失調(diào)電壓和輸入偏置電IOV流的影響，為了減低輸出失調(diào)電壓，特別是對(duì)直流放大效果的影響才進(jìn)行的。比較常用且易實(shí)現(xiàn)的反相端調(diào)零電路如下圖所示：圖 調(diào)零電路其失調(diào)電壓的可調(diào)范圍是： ]/)[(321RVUC??失 調(diào)考慮到運(yùn)放失調(diào)電壓一般為（1~10）mV，如在177。5V 和 5V 電壓供電，先假設(shè) （此情況下失調(diào)電壓應(yīng)該范圍更?。?，由此來近似推算調(diào)零部?C?分電阻阻值范圍。假設(shè)CV?R1=R2=2022 ，R=1000 ，則此時(shí)的 = ，代入上述公式進(jìn)行計(jì)算得出?CV?1，對(duì)于電路的整體平衡性來說這個(gè)數(shù)量級(jí)還是有些大。所以，對(duì)于多級(jí)放大電路來說，調(diào)零是針對(duì)整體電路來說的，只要調(diào)整使最后一級(jí)輸出值在誤差范圍即可，各級(jí)運(yùn)放產(chǎn)生的誤差會(huì)在內(nèi)部進(jìn)行抵消。簡(jiǎn)單的 RC 網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的濾波電路參數(shù)選擇可根據(jù)公式：，其中 T 為方波信號(hào)周期2)5~3(RC?推算大致的取值范圍，但最終確定還需經(jīng)過仿真和實(shí)際測(cè)試。過大的阻值會(huì)造成濾出電壓值下降，而阻值過小則會(huì)造成濾波不充分。而且此濾波電阻可以直接和前端采樣電壓信號(hào)時(shí)用來進(jìn)行分壓的 10K 接地電阻構(gòu)成并聯(lián)回路，利用現(xiàn)有的元器件實(shí)現(xiàn)新的功能。圖 控制電路 PI 調(diào)節(jié)簡(jiǎn)圖在理想情況下，根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特性，假設(shè)流經(jīng) RR R 3 的電流分別為 、 和 ，流經(jīng)電容 C 的電流為 ，均指向輸出方向，則可得到1i23i Ci以下關(guān)系式：?????dtiCRiuuiiROIIC3321132整理可得： ??????????tutuIIIIO 21213由上式可以看出， 是反相端兩輸入值在單純的2121 33IIII RRu??比例放大環(huán)境中放大結(jié)果的累加，而 則是兩者在單獨(dú)??dtuCdtuII21積分運(yùn)算環(huán)境中得到結(jié)果的累加。在仿真中通過反復(fù)調(diào)試發(fā)現(xiàn)，當(dāng)電容 C 容量一定時(shí)，增大 R3 的阻值，輸出波形的波動(dòng)會(huì)加劇，逐漸呈現(xiàn)出鋸齒波的狀態(tài)；而減小 R3 的阻值對(duì)輸出值并無很大影響。對(duì)于 RR 2 來說，若增加其阻值，并達(dá)到經(jīng)二極管輸出 的效果，通過仿真可以發(fā)現(xiàn)，給定 PWM 方波的占空比需相應(yīng)調(diào)?。蝗魷p小其阻值，就會(huì)造成輸入阻抗的減小。此外，當(dāng)采樣值小于其對(duì)應(yīng)給定值時(shí)，PI 調(diào)節(jié)輸出端可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)值；而PI 調(diào)節(jié)的最終目的是與 進(jìn)行比較并穩(wěn)定在 。下面結(jié)合單片機(jī)控制對(duì)充電流程進(jìn)行詳細(xì)的說明。此時(shí)，是 30A恒流充電狀態(tài)，并將，在充電電壓未達(dá)到設(shè)置值之前，保持恒流充電狀態(tài)。15A充電階段與30A階段工作模式相仿，只是在此階段初期，對(duì)應(yīng)于15A和，沒有上一階段短暫的時(shí)間差。，電壓控制起作用。5 電路仿真結(jié)果模擬電路從輸入到輸出的變化往往比較復(fù)雜，如果只是依靠單純的理論計(jì)算，很難得出結(jié)果，甚至?xí)泻艽笳`差