【導(dǎo)讀】的研究和充電系統(tǒng)的設(shè)計。在通過對蓄電池充電原理和充電方法研究的基礎(chǔ)上，提出采。用恒壓限流充電和脈沖充電相結(jié)合的充電方法。這種充電方法可以始終地使充電電流在。電池極化的措施。理論研究和實驗數(shù)據(jù)表明，這種充電模式可以大大縮短充電時間，提。的良好充電特性可得到充分發(fā)揮，使得蓄電池具有較高的使用容量和較長的循環(huán)壽命，靠性提供一條新的、有效的途徑。

　　

【正文】 值時，控制器才開始工作。該端與 GND 之間應(yīng)接低 ESR 和低 ESL 的旁路電容。 PWR GND(引腳 11):功率地。該端與 Uc(引腳 9)之間接陶瓷旁路電容。為抑 制噪聲，并最代限度地減小直流電壓的跌落，功率地與信號地應(yīng)單點相連。 CT(引腳 14):振蕩器頻率設(shè)置端。線性占空比取值范圍的上限值由定時電阻 RT 決定。定時電容 CT應(yīng)采用低 ESL 和低 ESR 的高品質(zhì)瓷片電容，其最小取值為 200uF。 UVSEL(引腳 16):欠電壓鎖定闡值設(shè)置端。當(dāng)該端與 Ui(引腳 10)相連時，欠電壓鎖定閩值電壓為 ，滯回電壓為 。當(dāng)該端懸空一時，欠電壓鎖定閩值電壓為，滯回電壓為 。 CLKSYNC(引腳 17):時鐘信號輸出端及同步信號輸入端。該端是雙向的，作為 輸出端時，該端可以輸出時鐘信號。作為輸入端時，該端可以輸入外部同步信號，可實現(xiàn)多只控制器同步工作。外部同步信號的頻率應(yīng)高于控制器的振蕩頻率。當(dāng)多只控制器通過CLKSYNC 相連時，將自動和振蕩頻率最高的控制器同步。另外，為提高該端驅(qū)動容性負載的能力，可以增加接地電阻。 Rr(引腳 18):時鐘信號 /同步信號占空比設(shè)置端。 UC3879 的振蕩器產(chǎn)生鋸齒波，鋸齒波的上升沿由定時電阻 Rr 和定時電容 Rc 組成的定時網(wǎng)絡(luò)決定。在鋸齒波上升沿過程中，調(diào)節(jié)器對占空比進行線性控制。當(dāng) COMP(引腳 2)上的電壓超過振蕩器的峰值電壓時 ，占空比將躍升為 100%， RT的取值范圍應(yīng)在 之間。 RAMP(引腳 19):斜坡電壓信號輸入端。該端為 PWM 比較器的輸入端，將其與 CT(引腳 14)相連可實現(xiàn)電壓模式控制。要實現(xiàn)電流模式控制，該端需與 CS(引腳 4)及電流檢測互感器相連。由 CT向該端輸入一定的斜坡電壓信號可實現(xiàn)斜率補償。 GND(引腳 20):信號地。布線時，定時電容、 Uref 和 Ui的旁路電容都應(yīng)盡可能安排在該端旁邊。 在本課題中， UC3879 的外圍電路設(shè)計圖如圖 所示。在圖 中，由UC3879 組成的移相控制 電路輸出四路 PWM 信號 A、 B、 C、 D， A、 B 控制一個橋臂， C、 D26 控制另一個橋臂， AB之間的死區(qū)時間由 R7 決定， CD之間的移相角受誤差電壓比較器控制，移相角可在 0180 度之間。如我們前面介紹的，為更好更安全地利用 IGBT，采取了使用專門的驅(qū)動芯片 EXB841 驅(qū)動 IGBT 的方法。在圖中，移相控制輸出 PWM 信號 A、B、 c、 D分別直接接到每個 EXB841 上，再由每個 EXB841 驅(qū)動相應(yīng)的 IGBT。此處涉及到電源隔離的問題。每個 EXB841 需要 20V 驅(qū)動電壓，因為全橋整流電路拓撲結(jié)構(gòu)的原因，使得四個 EXB841至少需要 3 個相互隔離的 20V 電源。下面具體講一下各個參數(shù)的設(shè)置。 RT腳和 CT 腳的設(shè)定決定開關(guān)頻率的大小。在圖 中， RC9決定此變量。在本充電系統(tǒng)中欲設(shè)計開關(guān)頻率為 30kHZ 的開關(guān)電源，取 C9=4700pF， R9=25K，則滿足 f=30KHz。 UC3879 的輸出驅(qū)動信號和零電壓開關(guān)的延遲時間由延遲設(shè)定端子 (DELAYSETAB， DELAY SETCD)的 R C7 和 RS、 CS確定?？煞謩e對 A、 B和 C、 D 兩對開關(guān)器件進行編程。因為該移相電路控制 IGBT 功率開關(guān)全橋逆變電路，所以延時時間一般設(shè)置為 23腳，取 R RS 為 100K 可滿足要求。 PWM 寬度的設(shè)置移相 PWM的相移控制是通過誤差放大器來實現(xiàn)的，在 UC3879中，誤差放大器的同相端與控制其內(nèi)部的 基準(zhǔn)電壓相連 。反相端 與電源輸出端經(jīng)光禍隔離后的反饋輸出相連，兩者相比較，差值經(jīng)放大輸出，送至移相脈寬控制器，控制 A、 B 與 C、 D之間的相位，最終調(diào)整波形占空比。 27 圖 UC3879的外圍電路圖 UC3879 各個 管腳的限制要求，設(shè)計其它參數(shù)如下 :C1=1uF， C2=47uF/25V， C3=270pf/16V， C4=1uf， C7=， CS=， C5=，R1=200K， R2=2K， R3=3K， R5=150K。 ，開關(guān)電源應(yīng)工作在額定輸出功率范圍之內(nèi)，避免電源工作在超出正常輸出狀態(tài)，但在實際工作中是很難預(yù)測的。在本電路的設(shè)計中，將高頻脈沖變壓器輸出的電流經(jīng)電路互感器耦合輸出，再經(jīng)過整流、濾波及分壓后，送至 UC3879的電流控制端，與比較器的同相端電壓進行比較，當(dāng)輸 入電壓高于 時， UC3879 的過流保護電路將開始工作。 UC3879 輸出電路采用圖騰柱式輸出，最大電流可達 2A，并可直接驅(qū)動功率晶體管和場效應(yīng)管。 充電系統(tǒng)的控制回路原理與設(shè)計 該充電系統(tǒng)的控制回路框圖如圖 : 28 圖 充電機控制系統(tǒng)硬件框圖 它主要由以下幾個部分組成 :80C196KB 單片機最小系統(tǒng)、模擬量檢測電路、鍵盤電路、顯示電路、執(zhí)行電路。下面就詳細介紹這幾部分電路的原理及功能。 80Cl96KB 單片機最小系統(tǒng)的設(shè)計 該單元是控制系統(tǒng)的中心環(huán)節(jié)，由 80C196KB 單片機、程序存儲器 276地址鎖存器 74HCT57地址譯碼器 74LS13 12MHZ 晶體振蕩器、上電復(fù)位電路等組成。電路原理圖如圖 。 80C196KB 單片機是一種片內(nèi)不帶 ROM 的 16 位單片機，它特別適用于各類自動控制系統(tǒng)，如工業(yè)過程控制系統(tǒng)、侍服系統(tǒng)、變頻調(diào)速電機控制系統(tǒng)等 。還適用于一般的信號處理系統(tǒng)和高級智能儀器，以及高性能的計算機外部設(shè)備控制器和辦公自動化設(shè)備 控制器等。這些系統(tǒng)均要求實時控制 、實時處理。 80C196KB 單片機和 MCS51系列單片機相比，至少在以下方面提高了系統(tǒng)的實時性 : 算術(shù)邏輯單元不再采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，而改用寄存器到寄存器結(jié)構(gòu) 。CPU的操作直接面向 256 字節(jié)的寄存器，消除了一般 CPU 結(jié)構(gòu)中存在的累加器的“瓶頸”效應(yīng)，提高了其操作速度和數(shù)據(jù)吞吐能力。 字節(jié)寄存器中， 24 字節(jié)是專用寄存器，其余 232 字節(jié)均為通用寄存器。其通用寄存器的數(shù)量遠比一般 CPU 的寄存器數(shù)量多，這樣就有可能為中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器，免除了中斷服務(wù)過程中保護寄存器現(xiàn)場 和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場所支付的軟件開銷，大大方便了程序設(shè)計。 鍵盤帶路 模擬檢測電路 顯示電路 執(zhí)行電路 80C196KB最小系統(tǒng) 29 圖 80C196KB單片機最小系統(tǒng)電路原理圖 、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)，可以對帶符號數(shù)和不帶符號數(shù)進行30 操作 。16 乘 16 位指令的執(zhí)行時間為 。32 位除 16 位指令的執(zhí)行時間為。還有符號擴展、數(shù)據(jù)規(guī)格化等指令。 模擬量檢測電路 模擬量檢測電路用于檢測充電電源輸出電壓、充電電源輸出電流、電池組充電電壓、電池組充電電流和環(huán)境溫度等。因 80C196KB 單片機只有 4 個模擬 量輸入通道，我們通過模擬開關(guān) (74HCT4053)實現(xiàn)充電機輸出電流和環(huán)境溫度之間的切換。需要說明的是，充電電源到電池組之間有一個二極管，因此充電電源輸出電壓和電池組電壓并非總是相等，而充電電源在為蓄電池充電的同時，還要為一些經(jīng)常性負載供電，所以，充電電源輸出電流和電池組充電電流也并非總是相等。電壓、電流的檢測分別選用北京萊姆公司生產(chǎn)的 CHV25 型電壓傳感器和 LA50p型電流傳感器。溫度的檢測，采用 AD590 型集成溫度傳感器，測量簡單、準(zhǔn)確。 鍵盤電路 該控制系統(tǒng)設(shè)有 4個輸入鍵，分別為主充鍵 、浮充鍵、均充鍵和報警屏蔽鍵。前 3個鍵用來進行充電方式的手動改變，故障屏蔽鍵用來屏蔽本次故障報警 (當(dāng)操作維護人員己經(jīng)知道故障發(fā)生，但還沒排除故障時使用 )。為提高抗干擾能力，鍵盤部分要加電容濾波，該 4個鍵通過 80C196KB 單片機的高速輸入口 ， ， ， 輸入 CPU。另外，通過 口接高電平或低電平，使 CPU 選擇常用充電方式或電力部規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)的 GZDW 充電規(guī)律。常用充電方式為電池制造廠家提供的，人們所普遍采用的從主充電、均充電到浮充電的充電方式。而 GZDW 充電方式和常用充 電方式的區(qū)別是，每隔 3個月要重復(fù) 1次從主充電、均充電到浮充電的全過程。鍵盤采用檢測法編程，每檢測一次延時 10ms，延時采用對主程序自然周期計數(shù)的方式實現(xiàn)，以提高程序運行效率，連續(xù) 3次檢測到某鍵被按下，才執(zhí)行該鍵處理程序。 顯示電路 顯示電路由以下幾部分組成 :充電電壓、充電電流數(shù)值顯示電路 。充電方式指示電路 。過電壓、過電流、交流電源失電等故障指示電路。充電方式指示電路和過電壓、過電流、交流電源失電等故障指示電路分別使用 、 、 HSQ3 和 、 、 等輸出口，后經(jīng) 74LS06 緩沖，驅(qū)動發(fā)光二極管進行狀態(tài)和故障指示。數(shù)值顯示共有 8 個數(shù)碼管單元，組成 2組 3位半數(shù)值顯示器，由地址譯碼器 74LS13反相器 74150數(shù)據(jù)總線緩沖器 741L24鎖存器 74HCF573 和數(shù)碼管專用驅(qū)動電路 7549大尺寸共陽極數(shù)碼管 LA235141 等組成。地址譯碼器 74LS138 的 3 腳分別接低位地址線 A0、 A31 A2， 4腳接 CPU 的寫信號線 WRITE， 5 腳接 80C196KB 單片機最小系統(tǒng)中 D4 的 11 腳， 6腳接高電平， 1 1 1 1 15 為譯碼器輸出，經(jīng)反相 器 74LS04 以作為數(shù)碼管顯示的位選線，接 74HCT573 的 11腳。數(shù)值顯示采用靜態(tài)顯示，先將數(shù)據(jù)線用 2片 74LS245 緩沖，再分別驅(qū)動 4個鎖存器 74HCT573， 74HCF573 的輸出經(jīng)過 75492 放大后，驅(qū)動大尺寸共陽極數(shù)碼管 LA23511。根據(jù)上述接法， 8 個數(shù)碼管的地址分別為 8000H到 8007H。 執(zhí)行電路 該控制系統(tǒng)的執(zhí)行電路非常簡單，其控制任務(wù)有 2個 : :根據(jù)充電方式需要、電池容量狀態(tài)、操作命令等，分別進行主充電、均充電和浮充電。主充電為恒壓限流充電，實現(xiàn)辦法是通過 輸出主充電流的給定值，從 輸出高電平，通過模擬開關(guān) 74HCT4053 的 10 腳，將反饋信號切換為電池組充電電流。浮充電為恒壓充電，須從 輸出浮充電壓給定值，從 輸出低電平，以實現(xiàn)電壓閉環(huán)。均充電為恒壓充電，此時從 輸出均充電壓給定值， 為低電平，電壓閉環(huán)。 :用 PL3 輸出報警信號，經(jīng) 74LS06 緩沖，晶體管 9013 放大后，驅(qū)動蜂鳴器，進行聲音報警輸出。 系統(tǒng)保護措施的設(shè)計 過流保護 過流保護是很重要的一個部分，可以想象，如果功率變換器逆變失 敗，會造成變換器橋臂短路，開關(guān)管因瞬間流過大電流而燒毀。對系統(tǒng)的過流保護采取了以下幾個方法進行綜合保護。 在變換器前直流側(cè)采用霍爾傳感器進行檢測，如圖 。霍爾傳感器通過外接取樣電阻轉(zhuǎn)換成電壓輸出信號，此信號一方面直接加到 UC3879 的過流保護腳 (4腳 )，另一方面通過 A/D 轉(zhuǎn)換送入 CPU。當(dāng)變換器橋臂因逆變失敗造成短路時，瞬間增大的電流會在逆變橋輸入直流側(cè)表現(xiàn)出來，此時霍爾傳感器檢測輸出電壓信號送入UC3879 的 4 腳，與基準(zhǔn) 比較，若 4 腳電壓超過 5V 時，輸出脈沖被立即封鎖，由此達到快速過 流保護的目的。另外，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況造成故障時，可由霍爾傳感器采樣后送入 CPU，當(dāng)電流超過一定數(shù)值時，可由程序控制 UC3879 的移相控制角，達到封鎖輸出脈沖的目的。 在驅(qū)動模塊 EXB841 的 6 腳接快恢復(fù)二極管，用以檢測 IGBT 集電極電位變化來識別32 是否過流，如過流就快速關(guān)斷 IGBT。同時 EXB841 的 5腳把過流信號經(jīng)光禍送到 UC3879的 4 腳，當(dāng)該腳電壓超過 時，封鎖移相控制脈沖的輸出，達到保護 IGBT 的目的。 圖 霍爾傳感器檢測電路 軟啟動保護 軟啟動保護是指在系統(tǒng) 開機工作時，要保證系統(tǒng)的輸出電壓由最小電壓開始逐漸加大到正常電壓，以達到系統(tǒng)保護的目的。在程序中作如下設(shè)計 :每次開機時，移相控制角設(shè)置為 0，然后根據(jù)實際情況逐漸加大 。每次關(guān)機時，由程序控制將移相控制角設(shè)置為 0 再關(guān)機。這些措施確保系統(tǒng)的軟啟動腳。 5 系統(tǒng)的軟件設(shè)計 充電系統(tǒng)的主程序設(shè)計 軟件設(shè)計采用匯編語言，采用模塊化、結(jié)構(gòu)化的設(shè)計方法，軟件程序包括主程序以及中斷子程序、去極化子程序等。整個充電系統(tǒng)的主程序框圖如圖 。 33 圖 充電系統(tǒng)的主程序框圖 開機后進行系統(tǒng)初始化、并允許實時時鐘中斷、通用定時器 1 中斷，然后開總中斷。 若實時時鐘定時時間到，則執(zhí)行實時時鐘中斷服務(wù)程序，采集鉛酸蓄電池的端電壓、溫度和充電電流值，與蓄電池的參數(shù)進行比較，判斷應(yīng)采用的充電模式，若通用定時器1中斷發(fā)生，則執(zhí)行通用定時器 1 中斷服務(wù)程序。 開始 初始化 開中斷 實時時鐘中斷服務(wù)程序 通用計時器 1 中斷服務(wù)程序 報警及故障顯示 去極化程 序 切回主電路 實時時鐘中斷 通用計時器 1中斷 蓄電池是否極化 充電是否結(jié)束 有故障碼 Y N