【文章內(nèi)容簡介】 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34 控制器手動復(fù)位控制電路四． JTAG仿真JTAG（Joint Test Action Group）該組織致力于統(tǒng)一芯片測試技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過IEEE批準(zhǔn)后標(biāo)準(zhǔn)化，它一整套芯片測試標(biāo)準(zhǔn)和接口，在測試和仿真技術(shù)中大量JTAG技術(shù)，現(xiàn)在大部分的CPU內(nèi)核里都實現(xiàn)了JTAG邏輯技術(shù)。 [1]圖35 JTAG仿真接口電路JTAG調(diào)試的關(guān)鍵是基于一種邊界掃描技術(shù)，它在芯片的管腳上增加一個移位寄存器單元。因為這些移位寄存器單元都分布在芯片邊界上，故被稱為邊界掃描寄存器（BoundaryScan Register Cell）。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。然后通過這些邊界掃描寄存器單元，實現(xiàn)對芯片輸入輸出信號的觀察和控制。圖36 LED顯示電路五． LED顯示如圖36所示，充電器通過四路LED發(fā)光二極管顯示電路，向外發(fā)出系統(tǒng)的各類狀態(tài)和報警信息，詳細(xì)報警信息見表31所示。 AD采集接口電路八路AD采集充電器的5個電流電壓工作狀態(tài)和3個溫度狀態(tài)，八路項目如下： （1）交流電壓輸入VacIn；（2）充電器內(nèi)部環(huán)境溫度；（3）充電器外殼溫度；（4）蓄電池盒溫度；（5）充電器充電電壓VDCtz；（6）蓄電池的實際電壓VDCjc；（7）充電器輸出充電電流IDC；（8）。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)。當(dāng)AD通道電壓過高或者過低時，二極管導(dǎo)通，通道電位被二極管鉗位，起到限壓的保護(hù)作用，它可以防止高過電源的電壓以及負(fù)脈沖的干擾。圖37 四路電流電壓采集接口電路二． 充電器內(nèi)部環(huán)境溫度和充電器外殼溫度的采集接口（一） 充電器內(nèi)部環(huán)境溫度充電器的控制電路板上有個KTY溫度傳感器暴露在空氣中，采集充電器控制電路板的內(nèi)部空氣環(huán)境溫度(采集電路如圖38所示)，溫度超出（20℃，75℃）范圍，控制器就會點亮紅色LED報警，同時通過繼電器2閉合向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號。高溫降低恢復(fù)到70℃以下，系統(tǒng)自動撤銷報警，電路恢復(fù)正常工作。溫度低于20℃時不能自動恢復(fù)，需要系統(tǒng)重新啟動。(REF2933)和電阻分壓網(wǎng)絡(luò)（R80、R8KTY8C35）組成。KTY81阻值隨溫度變化，這樣分壓網(wǎng)絡(luò)的電壓VAD1_ hj隨溫度而變化， VAD1_ hj電壓送到控制器15腳（PA1）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換控制。圖38 充電器內(nèi)部環(huán)境溫度采集電路測溫傳感器采用飛利浦的硅電阻熱敏傳感器KTY81210，該傳感器具有高精度，高可靠性，高穩(wěn)定性，產(chǎn)品壽命長等特點。KTY系列傳感芯片結(jié)構(gòu)基于擴(kuò)散電阻原理，芯片大小約500*500*240mm。芯片上層覆蓋著一層二氧化硅絕緣材料，絕緣層上開有一個直徑20mm的金屬孔，整個底層全部被金屬化。KTY系列的主要參數(shù)：溫度系數(shù)TC(%/K)，測量溫度范圍50℃~150℃，%。[37] （二） 充電器外殼溫度圖39 充電器外殼溫度采集電路充電器的外殼散熱器底座上緊固有一個NTC熱敏電阻傳感器，它采集充電器開關(guān)電源的散熱器溫度(采集電路如圖39所示)，采集溫度AD值送給控制器，控制器分析完成報警和自我保護(hù)。外殼溫度分為高溫警告和嚴(yán)重超溫報警兩個保護(hù)等級。高溫警告是指散熱器溫度超過80℃是，控制器就會點亮LEDH3報警，同時通過繼電器2閉合向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號。高溫降低恢復(fù)到75℃以下，系統(tǒng)自動撤銷報警，電路恢復(fù)正常工作。嚴(yán)重超溫報警是指散熱器溫度超過90℃時，控制器關(guān)閉開關(guān)電源，沒有輸出充電電壓，同時點亮LEDH2報警，并通過閉合繼電器2向風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主控制系統(tǒng)發(fā)出報警信號。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。充電器外殼溫度的采集電路由阻容分壓網(wǎng)絡(luò)R8R8R8XC3C38組成，它與內(nèi)部環(huán)境溫度采集電路共用一個基準(zhǔn)源。X5通過插線連接FHCWF103熱敏電阻傳感器，該傳感器采用螺釘緊固在充電器整機(jī)底座的散熱器外殼上，采集外殼散熱器溫度。采集的溫度電壓值經(jīng)阻容網(wǎng)絡(luò)分壓后，從VAD2_ jk送到控制器16腳（PA2）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換控制。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。該傳感器典型參數(shù)：25176。電阻值為10KΩ177。1%，使用溫度范圍（ 40176。，100176。），傳感器B值B25/50=3950K177。1，熱時間常數(shù)(空氣中)τ=30sec。[36] (三) REF2933電壓基準(zhǔn)，如圖38所示。，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。[5]三． 蓄電池盒溫度的采集接口蓄電池盒溫度的采集接口電路由溫度傳感器、光電隔離放大器和運算放大器變換處理電路三個部分構(gòu)成（電路如圖310所示）。HCPL7840是一種電流采樣的一路線性光電隔離放大器，它采用差分信號方式，其輸入取蓄電池盒溫度傳感器的電流，輸出經(jīng)偏置放大后送到AD轉(zhuǎn)換器件進(jìn)行變換處理。電池盒的實時溫度電流通過一個外部采樣電阻得到模擬電壓，通過原級采樣信號輸入端進(jìn)入7840芯片，在次級得到一個差分的輸出電壓，該差分的輸出電壓正比于溫度傳感器的電流，輸出電壓經(jīng)LM258構(gòu)成的差動式轉(zhuǎn)換器進(jìn)行變換處理，得到的溫度電壓經(jīng)AD7box端口輸入到控制器芯片23腳的AD通道，在控制器內(nèi)進(jìn)行溫度AD的處理。LM258雙運放只用了UL2A，UL2B為空置狀態(tài)。測溫傳感器采用風(fēng)華高科的NTC熱敏電阻傳感器（FHCWF103F3950F），與上節(jié)的機(jī)殼溫度傳感器相同。蓄電池盒溫度的AD信號從HCPL7840光電隔離放大器采集后，通過RC一階無源濾波器進(jìn)行濾波處理，然后到達(dá)差動型積分器（LM258運放電路）處理，經(jīng)AD7box，送到控制器26腳（PA7）進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換和分析控制。圖310 蓄電池盒溫度的采集接口電路四． 電源監(jiān)測管理電路圖311 電源監(jiān)測管理電路控制板的電源監(jiān)測管理電路（如題311所示），采用TLC7733B低功耗單路電源基準(zhǔn)監(jiān)控芯片，它提供控制器的上電復(fù)位信號使能控制器，同時提供電源欠壓（或者掉電）的系統(tǒng)保護(hù)功能，以確保系統(tǒng)工作可靠。同時，控制器根據(jù)采集的電壓值進(jìn)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(jìn)行系統(tǒng)的參數(shù)和功能保護(hù)，這樣起到系統(tǒng)的掉電保護(hù)功能。TLC7733B的詳細(xì)參數(shù)請查閱器件手冊。 按下S1按鍵開關(guān)可實現(xiàn)控制器的手動復(fù)位功能，TLC7733B的第1腳REF輸出的基準(zhǔn)電壓AD0Vref送到控制器第14腳，進(jìn)行基準(zhǔn)電壓源的AD采集。 PWM控制輸出接口電路脈沖寬度調(diào)制PWM（Pulse Width Modulation），就是用改變脈沖寬度來控制輸出電壓，通過改變周期來控制其輸出頻率，它是利用微控制器輸出數(shù)字信號對模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。[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。通過調(diào)整PWM的周期、PWM的占空比，達(dá)到控制充電電壓與電流的目的。本充電器的PWM控制電路包括：控制器PWM輸出、基準(zhǔn)電壓源、MOS開關(guān)電路和低通濾波器四個部分組成（電路如圖312所示）?？刂破鱌WM輸出，控制器STM32F103RB內(nèi)部采用定時器產(chǎn)生PWM信號，PWM的占空比和頻率由軟件可編程設(shè)置，然后通過控制器的662管腳輸出PWM。這里是通過改變脈沖的占空比進(jìn)行調(diào)壓實現(xiàn)對充電電壓和電流的控制。充電器的PWM供電基準(zhǔn)采用REF02，它是一款5V（177。%）的串聯(lián)型精密電壓基準(zhǔn)源，噪聲低（型峰峰值15181。V），具有出色的溫度穩(wěn)定性（ ppm/176。C），16V直流輸入REF02的2腳，6腳輸出+5V供給PWM電路。[5] 充電器控制器管腳（662）輸出的兩路PWM信號，分別經(jīng)FDC5612（60V的N溝道MOSFET管）進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)換控制，F(xiàn)DC5612具有較快的開關(guān)速度，和極低的柵極電荷（），F(xiàn)DC5612在PWM信號的作用下工作在截至和導(dǎo)通兩個狀態(tài)，然后輸出進(jìn)入低通濾波器。圖312 兩路PWM控制電路圖313 電壓控制三階低通濾波器充電器PWM輸出濾波采用電壓控制單端正反饋型三階低通濾波器（電路如圖313所示[3]），該濾波器將一個一階低通基本節(jié)和一個二階低通基本節(jié)電路級聯(lián)起來構(gòu)成三階低通濾波器，但這需要在一階低通和二階低通間采用一個緩沖器。實際中，我們節(jié)省了一個運算放大器，這里我們采用LM258，LM258 內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，這里采用16V供電。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(jìn)行比較。開始充電時，由PWM1鉗定開關(guān)電源的充電電流，得到恒流階段。隨著充電的進(jìn)行，蓄電池電壓逐步升高，當(dāng)電壓升高到PWM0設(shè)定的電壓值時，開關(guān)電源的充電電壓被鉗定，同時電流鉗定結(jié)束，實現(xiàn)電流鉗定到電壓鉗定的轉(zhuǎn)換，這樣完成恒流階段到恒壓階段的轉(zhuǎn)換控制。第三階段浮充電控制，是在軟件中檢測充電電流，當(dāng)恒壓充電使電流逐步減低到100毫安以下時，即由軟件控制進(jìn)入第三階段的浮充電，浮充電流由PWM1設(shè)置充電電流維持在50~100毫安之間循環(huán)振蕩，完成浮充電。 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(jī)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(xì)狀態(tài)信息見表31。充電器的整個工作過程和狀態(tài)采用K1K2的兩個繼電器通斷動作產(chǎn)生兩路開關(guān)信號，通過X9插座的X16123和X16456的兩組端口傳遞給風(fēng)力發(fā)電機(jī)的主控器。開機(jī)啟動時K1K2通電閉合，正常工作情況下K1K2是維持常閉狀態(tài)（X16123的23接通，X16456的56接通）。當(dāng)充電器有需要傳遞的信息時，相應(yīng)的繼電器斷電（X16123的12接通，X16456的45接通）。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。一、開關(guān)電源緩上電控制 充電器開關(guān)電源在開機(jī)時，需要進(jìn)行延時緩沖上電（簡稱緩上電），該緩上電功能由控制板軟件控制完成。緩上電控制接口就是控制板到開關(guān)電源之間的接口電路（如圖315所示），該接口電路包括DQQR33~36等器件，控制器26腳發(fā)出緩上電的開關(guān)控制信號C_HSD，C_HSD為高電平時Q2Q3截至，使X1第3腳為高電平，斷開開關(guān)電源的開關(guān)繼電器，電源關(guān)閉；反之C_HSD為低電平時開關(guān)繼電器閉合，電源開啟。開機(jī)過程由控制器監(jiān)測充電器的輸入電源，軟件延時后通過C_HSD閉合繼電器，啟動開關(guān)電源工作，緩上電完成。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。（注：開關(guān)電源原理不是本文所述，具體請查閱開關(guān)電源相關(guān)資料。）圖315 開啟電源輸出的接口控制電路 串行通信電路及協(xié)議一． 485接口電路隨著通信技術(shù)的迅速發(fā)展，對通信速度的要求越來越高，要求距離越來越遠(yuǎn)。根據(jù)RS232標(biāo)準(zhǔn)，它最高傳輸速率是20kb/s時，最遠(yuǎn)距離只有15m，其最大距離也可達(dá)到60m，但這仍然遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足通信技術(shù)發(fā)展對速度和距離所提出的要求。在RS232的基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)的RS449，再到現(xiàn)在使用的RS485，現(xiàn)已被大量采用。在采用雙絞線，不要MODEM的情況下，在100kb/s的傳輸速率時，可傳送1200m，若速率9600b/s，則傳送距離可達(dá)1500m。[9]充電器采用RS485接口與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接受上位機(jī)的控制，主要目的是實現(xiàn)同步控制，和參數(shù)更新等功能。485接口電路（如圖316所示），RS485接口芯片采用美國TI公司SN65LBC184的差分?jǐn)?shù)據(jù)線收發(fā)芯片，它有內(nèi)置高能量的瞬變噪聲保護(hù)器，它能夠顯著提高抵抗數(shù)據(jù)的同步傳輸電纜上的瞬變噪聲，該可靠性超過了多數(shù)現(xiàn)有同類器件。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。它能承受的峰值為400W（典型值）的過壓瞬變，該接收器包括一個高輸入電阻，等效于1/4單位的負(fù)載允許在總線上連接最多128個類似器件。SN65LBC184工作溫度在–40176。C至85176。C。圖316 485通信接口電路