【文章內(nèi)容簡介】 主要充電方法就是負(fù)脈沖組合充電。電池的充滿檢測方法也有很多種，常用的有[10]：(1)峰值電壓(最高電壓)法當(dāng)電池充滿時，其端電壓會達到一個峰值，通過檢測這個峰值電壓和預(yù)設(shè)值比較來判斷充電的終點。這種方法是最簡單也是最不可靠的，因為不同類型的電池有不同的峰值電壓，即使是同一類型的電池或同一塊電池使用時間不一樣，其峰值電壓也會不同，所以這種充電方法會造成電池的過充電或欠充電。(2)dT/dt法通過檢測電池峰值溫度變化率來判斷充電的終點。(3)OT法電池充滿電時溫度與環(huán)境溫度之差會達到最大。(4)計時(最長時間)法通過設(shè)置一定的充電時間來控制充電終止，一般設(shè)定要充進130%標(biāo)稱容量所需的時間來控制。這種充電方法同樣會造成電池的過充電或欠充電。(5)一△V法當(dāng)電池充滿達到一峰值電壓后，電壓會下降一定的值△V，通過檢測這個一△V來判斷電池是否充滿。這種方法是目前電池界公認(rèn)的最佳檢測方法。(6)零△V(O△V)法當(dāng)電池充滿達到一峰值電壓后不變化，通過檢測這個峰值電壓，即零△V來判斷電池是否充滿。第三章 可充電穩(wěn)壓電源總體方案設(shè)計與普通穩(wěn)壓電源不同，智能可充電穩(wěn)壓電源是通過用戶選擇，單片機控制輸出不同的電壓，并且充電等操作過程也全部由單片機完成，不需人工干預(yù)，達到智能化。根據(jù)電源設(shè)計方案，本章首先提出具體的技術(shù)指標(biāo)和性能要求，然后進行開關(guān)電源電路、單片機控制電路和充放電控制電路與方案的設(shè)計。(1)穩(wěn)壓供電：12V/24V。(2)電池浮充：177。 / 27177。(3)電池激活：對新電池或長期不用的電池進行激活，恢復(fù)電池容量。(4)常規(guī)充電：。(5)快速充電：。(6)對鎳鎘、氫鎳電池組充電為負(fù)脈沖組合充電，對鋰電池組為恒壓限流法充電。充電過程中采用零斜率、負(fù)斜率檢測及最大時間、最高電壓保護。電池充滿時，指示燈閃爍并有音響提示，自動停止充電，以確保電池不過充電。(7)具有輸出保護功能①177。，電源能自動停止輸出，告警指示燈亮，并有音響告警。②輸出電壓選擇12V時，若輸出電壓=16177。，電源能自動停止輸出，告警指示燈亮，并有音響告警。③輸出電壓選擇24V時，若輸出電壓=31177。，電源能自動停止輸出，告警指示燈亮，并有音響告警。(8)具有輸入保護功能當(dāng)輸入交流電壓高于264V～272V或低于150V～160V時，關(guān)斷輸出，告警指示燈亮，并有音響告警，電壓恢復(fù)正常時，自動恢復(fù)工作。(1)交流電壓輸入范圍：160V～270V , 50Hz177。13Hz；(2)外形尺寸：256mm163mm73 mm；(3)重量：；(4)環(huán)境要求①工作環(huán)境溫度 穩(wěn)壓供電:40℃～+55℃。 充電:25℃～+55℃。②儲存溫度:55℃～+70℃；(5)充電①被充電池組電壓:標(biāo)稱電壓為12V/24V的隔鎳、氫鎳或鋰電池組。②充電時間:常規(guī)充電時間=360min?？焖俪潆姇r間＝150min。③充電容量:充電后電池組的平均放電容量不低于電池組實際容量的95%。④最大充電電流:。(6)直流穩(wěn)壓①輸出直流電壓 穩(wěn)壓供電:12177。177。 12V供電設(shè)有浮充電壓:177。 24V供電設(shè)有浮充電壓:27177。②輸出最大直流電流:6A/24V、。③負(fù)載效應(yīng):Su177。13%。④源效應(yīng):Si177。2%。⑤紋波電壓:輸入220V，負(fù)載電流為6A時，紋波+噪聲電壓峰—峰值1%。(7)電源效率:n≥80%；(8)電磁兼容:符合GJB151A中CE102, CS101, CS114, RE102, RS103要求；(9)沖擊要求:；(10)振動:；(11)溫?zé)?；(12)鹽露:；(13)防雨:。根據(jù)電路功能把電源劃分為開關(guān)電源電路、單片機控制電路和充放電控制電路三部分。圖3. 1電源的系統(tǒng)框圖 開關(guān)電源電路半橋式開關(guān)電源具有變壓器雙向勵磁、無變壓器偏磁問題，而且對比全橋式開關(guān)電源開關(guān)較少、成本低，設(shè)計和開發(fā)相對容易，所以電源選用了半橋式開關(guān)電源。，利用PWM控制器SG1525A搭建半橋式開關(guān)電源。能夠提供選擇的電壓輸出，具有過流、過壓等硬件保護措施。，單片機控制電路包括:(1)穩(wěn)壓供電時監(jiān)測輸出電流、電壓。(2)充電時監(jiān)測電池端電壓和調(diào)整輸出電流。(3)監(jiān)測輸入電壓的變化。(4)接收按鍵信息并做出相應(yīng)的處理。(5)提供工作和故障時的聲音和燈光指示。(6)在有故障時迅速做出相應(yīng)的保護。單片機采用美國Microchip公司的PIC系列單片機，本身帶有10位A/D轉(zhuǎn)換功能，已足夠滿足對輸入、輸出電流、電壓的采樣檢測精度。并且單片機提供有足夠的I/O口，能滿足按鍵、蜂鳴器和指示燈的要求。考慮到要滿足惡劣條件下使用，常用的液晶顯示屏在低溫下會顯示不清，所以用溫度范圍寬的高亮二極管替代。穩(wěn)壓充電控制電路主要是利用開關(guān)電源輸出進行脈沖充、放電控制。包括充電控制電路和放電控制電路。圖3. 3充放電控制電路框圖不同種類的電池具有不同的充電特性。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，要求電源能對不同容量和端電壓的鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池組充電?？紤]到目前裝備配發(fā)的電池大多為鎳鎘、鎳氫電池，所以把重點放在了怎樣對鎳鎘、鎳氫電池進行高效地充電。不過充、不欠充，并對這些電池的“記憶”效應(yīng)進行消除。對電池采用脈沖充電，并在充電脈沖的間歇插入短暫的放電脈沖，在不充不放的時間段檢測電池的電壓，送入A/D轉(zhuǎn)換，以檢測一△V和O△V的到來。利用三次完整的放—充循環(huán)消除電池的“記憶”效應(yīng)。對鋰離子電池采用先恒流后恒壓的方法，保證將電池充滿。電池的放電考慮放電電阻的體積不能太大和散熱的因素，按電流的大小當(dāng)選擇12V電池組的時候?qū)⒎烹姽芡耆蜷_進行直流放電。 24V電池組將采用脈沖放電以減小平均電流。在硬件實現(xiàn)上主要利用單片機PIC16F877控制PWM控制器產(chǎn)生脈沖輸出或直流輸出，并利用單片機本身的10位A/D進行△V檢測。第四章 可充電穩(wěn)壓電源的硬件設(shè)計 根據(jù)電源的硬件設(shè)計方案，本章對電源的硬件進行具體設(shè)計。包括開關(guān)電源電路、單片機控制電路、充放電控制電路和電磁兼容方面的設(shè)計。 利用PWM控制器搭建半橋式開關(guān)電源電路。 半橋式電路原理圖 輸入交流220V通過噪聲濾波器，再經(jīng)過橋式整流濾波B2得到直流電壓約E=300V,此電壓加到半橋式功率變換器上。 ，在t0期間，當(dāng)半橋變換器加上直流300V，而開關(guān)管Ql, Q2的基極無控制脈沖時，它們都處于截止?fàn)顟B(tài)，由電容器C25, C26的分壓作用，Q1, Q2的源一漏間電壓均為1/2E，開關(guān)變壓器T2兩端無電壓。 在t1期間，來自PWM的控制脈沖加到Q1的柵極時，Q1導(dǎo)通，電源電流ICl從E經(jīng)Q1,隔直電容器C2開關(guān)變壓器T2和電容器C26流向地，此時Q1導(dǎo)通飽和，開關(guān)管Q2源極電壓升為E，變壓器T2兩端電壓V=1/2E。在t2期間，無控制脈沖送入Q1, Q2的柵極，它們都處于截止?fàn)顟B(tài)，開關(guān)變壓器T2兩端電壓為零。在t3期間，來自PWM的控制脈沖加到Q2的柵極時，Q2導(dǎo)通，電流IC2從E經(jīng)電容器C2變壓器T電容器C27和Q2流向地，此時Q2導(dǎo)通飽和，開關(guān)管Q2源極電壓降為0,變壓器兩端電壓V=1/2E 。由此類推，當(dāng)Q1, Q2按一定PWM控制脈沖方波交替導(dǎo)通和截止，變壓器兩端得到交變的準(zhǔn)方波。圖4. 2開關(guān)變壓器初級電壓波形在開關(guān)變壓器次級產(chǎn)生的矩形脈沖經(jīng)高速整流二極管D2整流，再經(jīng)由扼流圈Ll,L2和電容C21, C22, C32構(gòu)成的II形濾波器濾波，得到純凈的直流輸出。為了改善控制脈沖的前后沿陡度和防止振蕩，減小IGBT集電極大的電壓尖脈沖，一般在柵極串聯(lián)電阻Rg，一般選Rg為幾歐～十幾歐，這里取10歐。 主要器件參數(shù)設(shè)計(1)工作頻率開關(guān)電源的開關(guān)頻率越高，高頻變壓器、扼流圈就可做得越小，電源體積也就越小。然而，開關(guān)頻率越高，意味著功率開關(guān)管的開關(guān)損耗要增加、效率會降低，所以開關(guān)頻率要受到功率開關(guān)管的制約，這里選取開關(guān)頻率為20KHz。(2)功率開關(guān)管開關(guān)電源的開關(guān)元件有很多種類，例如雙極性晶體管、快速晶閘管、可關(guān)斷晶閘管、場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極型晶體管等。其中，經(jīng)常使用的是場效應(yīng)晶體管和絕緣柵雙極型晶體管，在小功率變換器上也延續(xù)使用雙極性晶體管。 隨著現(xiàn)代電力電子器件技術(shù)的發(fā)展，絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)以其電壓型驅(qū)動、驅(qū)動功率小、開關(guān)速度高、飽和壓降較低以及可耐高電壓大電流的優(yōu)點，己成為當(dāng)前在工業(yè)領(lǐng)域中應(yīng)用最廣泛的電力電子器件。 IGBT有如下優(yōu)點:①IGBT的開關(guān)速度高、開關(guān)損耗小。②在相同電壓和電流定額的情況下，IGBT的安全工作區(qū)比大功率晶體管(GTR)大，而且具有耐脈沖電流沖擊的能力。③IGBT的通態(tài)壓降比功率場效應(yīng)晶體管(MOSFET)低，特別是在電流較大的區(qū)域。④與GTR相比，IGBT的耐壓和通流能力還可以進一步提高，同時可保持開關(guān)頻率高的特點。本電源選用功率開關(guān)管為SGF80N60UF(80A, 600V)。(3)高頻變壓器由于電源為對稱半橋式，變壓器無需加氣隙。為了減小漏感、降低電磁干擾，高頻變壓器磁芯選用R2KB材質(zhì)環(huán)形鐵氧體，尺寸為:37237mm，用4個疊繞。①確定原邊匝數(shù)Np原邊繞組匝數(shù)可由下面公式計算:Np=V/(KfFwBwAe) ()式中Kf—波形系數(shù)，方波時取4；Fw—開關(guān)頻率，電源為20KHz；Bw—磁芯工作磁通密度，；Ae—磁芯有效面積，電源為392mm2；V—變壓器原邊電壓，電源中V=則Np=20103392106＝，取整40匝。②計算原、副邊繞組匝數(shù)比及副邊繞組可按()式計算半橋式高頻變壓器的原、副邊匝數(shù)比: Np/NS=()