【導(dǎo)讀】隨著新能源技術(shù)的空前發(fā)展，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)被提到了一個(gè)全新的高度。工作提供后備電源。本智能充電器配套風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中，完成對(duì)蓄電池的全自動(dòng)?？刂瞥绦?、測(cè)試驗(yàn)證的設(shè)計(jì)工作。本論文主要對(duì)充電器ARM控制板的軟硬件設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行闡述。充電器實(shí)現(xiàn)了工作過(guò)程無(wú)人值守的全智能化，它能監(jiān)測(cè)電源和溫度進(jìn)行。設(shè)備自動(dòng)保護(hù)，它能進(jìn)行設(shè)備故障的自我診斷，并把診斷信息發(fā)送給發(fā)電機(jī)的主控設(shè)備。成了三段式充電及溫度補(bǔ)償控制，完成了與上位機(jī)的通信控制和參數(shù)在線配置。能指標(biāo)完全達(dá)到了產(chǎn)品要求。

　　

【正文】 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(hào)從 HCPL7840光電隔離放大器采集后，通過(guò) RC 一階無(wú)源濾波器進(jìn)行濾波處理，然后到達(dá)差動(dòng) 型積分器（ LM258 運(yùn)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。 四． 電源監(jiān)測(cè)管理電路 控制板的電源監(jiān)測(cè)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(hào)使能控制器，同時(shí)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(shí)，它輸出的 基準(zhǔn)電壓供給控制器進(jìn)行 AD 采集，控制器根據(jù)采集的電壓值進(jìn)行軟件的電壓監(jiān)測(cè)管理，當(dāng)軟件監(jiān)測(cè)電壓跌落到 70%的時(shí)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(qǐng)查閱器件手冊(cè)。 按下 S1 按鍵開(kāi)關(guān)可實(shí)現(xiàn)控制器的手動(dòng)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。 32184U 12 AL M 25 8R 91R 97C 43 R 92R 98R 10 022KR 10 1C 40R 94100567U 12 BL M 25 8C 391u / 25 VC 42R 85100+ 16 VR 8922KR 88R 10 7 47KR 10 6 47K+ 16 VAD7 boxV11I N +2I N 3G14G25O6O+7V28U 13H C P L 78 40E810 u/ 35 V C G N D 12R 9010+ 5VR 93 10K123X6C 46470PC 44470P C 45R 96220R 10 4220R 10 522VDDG N D 12T P 16G N D 12GND5GND5GND5GND5GND5+ 3. 3VD 11B A V 99GND5GND5R 9910圖 310 蓄電池盒溫度的采集接口電路 R E S I NR7682+ 3 .3 VC 1 5 0 .1 uC50 .1 uE51 0 u / 3 5 VR31KA D 0 V r e fR E F1V C C8CT3GND4R E S I N25R E S E T6U2T L 7 7 3 3 B+ 3 .3 VC60 .1 uR6100R210KR14 .7 KR e s e t 1S1R e s e t k e y圖 311 電源監(jiān)測(cè)管理電路 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 18 頁(yè) 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(lái)控制輸出電壓，通過(guò)改變周期來(lái)控制其輸出頻率 ，它是 利用 微控制器 輸出數(shù)字 信號(hào) 對(duì)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(guò)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?控制方法 就可以 使電壓與頻率協(xié)調(diào)變化。通過(guò)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(kāi)關(guān)電路和低通濾波器四個(gè)部分組成（ 電路如圖 312 所示 ） 。 控制器 PWM 輸出，控制器 STM32F103RB 內(nèi)部采用定時(shí)器產(chǎn)生 PWM 信號(hào)， PWM的占空比和頻率由軟件可編程設(shè)置，然后通過(guò)控制器的 6 62 管腳輸出 PWM。這 里是 通過(guò)改變脈沖的占空比 進(jìn)行 調(diào)壓 實(shí)現(xiàn)對(duì)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 （最大值 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（ 6 62）輸出的兩路 PWM 信號(hào)，分別經(jīng) FDC5612（ 60V 的 N溝道 MOSFET 管）進(jìn)行輸出轉(zhuǎn)換控制， FDC5612 具有較快的開(kāi)關(guān)速度，和極低的柵極電荷（ ）， FDC5612 在 PWM 信號(hào)的作用下工作在截至和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)，然后輸出進(jìn)入低通濾波器。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 19 頁(yè) 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(gè)一階低通基本節(jié)和一個(gè)二階低通基本節(jié)電路級(jí)聯(lián)起來(lái)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(gè)緩沖器。實(shí)際中，我們節(jié)省了一個(gè)運(yùn)算放大器，這里我們采用 LM258， LM258 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的 、 高增益 、 內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)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。 32184AR1C1R2C2R3C3UiUo圖 313 電壓控制三階低通濾波器 R810032184U 3AL M 258+ 16VR 2415KR 25120KC 23C 171u/ 25VC 2410nFR 23100KR 2722KR 201KR 11100KR9R 1522KC 20R 1247KC 18R 13120KR 181KC 1910nFP W M 1P W M 0R 14100X 10 8R 26100X 10 9C 25R 21E710u/ 35VC 22R 19100+ 16VC 211u/ 35V567U 3BL M 258NC1NC8V I N2NC7T E M P3VOUT6GND4T R I M5U5R E F 02T P 5T P 7T P 6V A R E F1234U4F D C 5612( B 7Q )1234 5 6U6F D C 5612( B 7Q )GND5GND5GND5GND5 GND5GND5GND5GND5GND5GND5GND5GND5R 10100R 22100GND5圖 312 兩路 PWM 控制電路 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 20 頁(yè) 此三階低通濾波器的傳遞函數(shù)如式 3 32 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(shí)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(diǎn)，也就是這里的244V 和 是由 PWM0、 PWM1 來(lái)設(shè)置的，這兩路 PWM 產(chǎn)生的固定值分別與開(kāi)關(guān)電源中的電流和電壓控制進(jìn)行比較。開(kāi)始充電時(shí)，由 PWM1 鉗定開(kāi)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(shí)，開(kāi)關(guān)電源的充電電壓被鉗定，同時(shí)電流鉗定結(jié)束，實(shí)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(cè)充電電流，當(dāng)恒壓充電使電流逐步減低到 100 毫安以下時(shí)，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(guò)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(guò)繼電器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)上傳充電器的工作信息，詳細(xì)狀態(tài)信息見(jiàn)表 31。充電器的整個(gè)工作過(guò)程和狀態(tài)采用 K1K2 的兩個(gè)繼電 器通斷動(dòng)作產(chǎn)生兩路開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò) 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(kāi)機(jī)啟動(dòng)時(shí) 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(shí)，相應(yīng)的繼電器斷電（ X16123 的 12 接通， X16456 的 45 接通）。 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 21 頁(yè) 開(kāi)關(guān)電源 啟動(dòng)控制電路 充電器開(kāi)關(guān)電源 的啟動(dòng)控制包括緩上電控制和 輸出開(kāi)啟控制 ，緩上電控制開(kāi)關(guān)電源的交流輸 入， 輸出開(kāi)啟控制 開(kāi)關(guān)電源的直流電壓輸出。 一、開(kāi)關(guān)電源緩上電控制 充電器開(kāi)關(guān)電源在開(kāi)機(jī)時(shí)，需要 進(jìn)行 延時(shí)緩沖上電（簡(jiǎn)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(kāi)關(guān)電源之間的接口電路 （如圖315 所示） ，該接口電路包括 D Q Q R33~36 等器件，控制器 26 腳發(fā)出緩上電的開(kāi)關(guān)控制信號(hào) C_HSD， C_HSD 為高電平時(shí) Q2Q3 截至， 使 X1 第 3 腳 為 高電平 ，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)繼電器，電源關(guān)閉；反之 C_HSD 為 低 電平時(shí) 開(kāi)關(guān)繼電器閉合，電源開(kāi)啟。開(kāi)機(jī)過(guò)程由控制器監(jiān)測(cè)充電器的輸入電源 ，軟件延時(shí)后通過(guò) C_HSD 閉合繼電器，啟動(dòng)開(kāi)關(guān)電源工作，緩上電完成。 二 、電源 輸出開(kāi)啟 控制 開(kāi)關(guān)電源的緩上電完成后，開(kāi)關(guān)電源開(kāi)始工作，但是輸出端還沒(méi)有打開(kāi)，沒(méi)有輸出直流電壓，直流電壓的輸出由開(kāi)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(hào)控制輸出打開(kāi)， C_p 為低電平時(shí)， Q1 導(dǎo)通打開(kāi)開(kāi)關(guān)電源的光耦合器控制端，使能開(kāi)關(guān)電源內(nèi)部的 PWM 控制，開(kāi)關(guān)電源輸出充電電壓。（注：開(kāi)關(guān)電源原理不是本文所述，具體請(qǐng)查閱開(kāi)關(guān)電源相關(guān)資料。 ） R 870123456X9C 334700pFX 16 2X 16 3X 16 1+ 16 V1 32D9 B A V 99R 741KQ6B C 81 7R 73R 7010KQ5B C 80 7R 72C 34 470 0pFX 16 5X 16 6X 16 4+ 16 V1 32D 10 B A V 99R 791KQ8B C 81 7R 78R 7510KQ7B C 80 7+ 5VR 77X 16 1. 2X 16 4. 5X 16 2X 16 3X 16 1X 16 5X 16 6X 16 45 1234K1J S 12 N K5 1234K2J S 12 N KR 71220R 76220T P 14T P 15GND5GND5R0+ 5V圖 314 繼電器信息輸出接口電路 西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第 22 頁(yè) 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(duì)通信 速度 的要求越來(lái)越高，要求距離越來(lái)越遠(yuǎn)。根據(jù)RS232 標(biāo)準(zhǔn)， 它 最高傳輸速率 是 20kb/s 時(shí)，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(duì)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(shí)