【正文】 MANUAL,infineon,march 2020. [14]Ullah、 Zafar,Fast intelligent battery charging: neuralfuzzy approach, IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine ,1996. [15]B Rviet， TURBOSWITCH in a PFC boost converter [Z]. SGSTHOMSON Microelectrtronics,1995. [16]孫傳友、翁惠輝，現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表，高等教育出版社， 2020年 5月。 [9]易繼鍇、侯媛彬，智能控制技術(shù)，北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社， 1999年 9月。 [5]楊旭、裴元慶、王兆安，開關(guān)電源技術(shù)，北京：機械工業(yè)出版社， 2020年。 參考文獻 28 參考文獻 [1]張占松、蔡宣三，開關(guān)電源的原理與設(shè)計，北京：電子工業(yè)出版社， 1998年 6月。平時學(xué)的理論知識看似簡單，可是運用到實踐中卻很難，有時自己都不知道該怎么用。 圖 充電電壓變化曲線 5 總結(jié) 26 5 總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計即將接近尾聲，回想一下，畢業(yè)設(shè)計做了快半年了，從選提到查找資料，再到動手制作，經(jīng)過幾個月的時間我在老師的精心指導(dǎo)下終于完成了畢業(yè)設(shè)計。報警電路如圖 所示。在未接入電池時，按一次 K1鍵切換充電和供電狀態(tài)，當切換到供電狀態(tài)時，按一次 K2 確 認鍵；之后再按 K1 鍵選擇充電電池類型，按確認鍵 K2；接著按 K1 鍵選擇供電電壓，按確認鍵 K2；等電池類型和供電電壓選擇完畢后，選擇供電狀態(tài)，按確認鍵 K2 對電池進行充電。其工作狀態(tài)如下： (1) D1 作為充電狀態(tài)指示燈； (2) D2 作為供電狀態(tài)指示燈； (3) D D D5 作為電池類型指示燈，依次為 D3 亮為鋰電池、 D4亮為鎳氫電池、 D5亮 為鎳鎘電池； (4) D D D8 作為供電電壓指示燈，依次為 5V、 12V、 15V供電指示燈。 當恒流充電時，檢測到的當前電流與預(yù)設(shè)的充電電流比較后，調(diào)整充電電路的輸入PWM波的占空比。在對鋰電池恒流充電時，檢測到電壓最大值，使充電狀態(tài)轉(zhuǎn)入恒壓充電，并起到反饋穩(wěn)壓作用。下面分別介紹電壓和電流檢測電路： 電壓檢測電路 電壓檢測電路檢測電池的端電壓，分壓后送入單片機，計算出當前電池電壓值。輸出穩(wěn)定的 直流電壓為 XC164CM 的內(nèi)部 CPU供電。下面分別對其簡述： 5V 供電電路 該電路從充電電路得到 25V電壓后，通過核心芯片 LT1767 將 25V電壓降至 5V給單片機及其外圍電路供電。整個充電過程的數(shù)據(jù)處理和控制調(diào)整都由單片機 XC164CM 來完成。并與設(shè)定各狀態(tài)的標準充電電流，最大允許電池電壓，最長充電時間等比較。因此，經(jīng)過充分分析、論證，設(shè)計時選用英飛凌公司的 XC164CM 單片機作為控制核心構(gòu)成數(shù)字式控制器組成控制電路的核心部分。能起到保護電池和充電器的目的。降壓后的電壓通過濾波整流就可以用于對電池充電了。 圖 中電路輸入電壓經(jīng)接地電容濾波濾除交流分量，再送到 BUCK 變換器，進行 PWM調(diào)制得到充電電壓。因此，在自動重啟期間，占空比控制在 5%左右可有效地限制芯片的功耗。當控制極電壓低于 時， MOSFET 管關(guān)閉，控制電路 處于小電流等待狀態(tài)，內(nèi)部高壓電流源重新接通并向 Uc 充電，其關(guān)斷 /自動復(fù)位滯回比較器可使 Uc 保持在 ～ 之間。 18 當控制極電壓 Uc 達到 時，內(nèi)部高壓電流源關(guān)閉，此時由反饋控制電流向 Uc 供電。電源效率可達 80％左右 ,比線性集成穩(wěn)壓電源提高了近一倍。 4)TOPSwitch－Ⅱ只有 3 個引出端。作固定電壓輸入時可選 110V／ 115V／ 230V 交流電，允許變化177。其作用是：提供自動重啟電容連接點并決定重啟頻率；通過調(diào)節(jié)其輸入電流，可以調(diào)整占空比；為芯片提供正常工作的偏置電流；提供旁路和補償功能的電容連 接點。 TO－ 220 封裝、 DIP－ 8 封裝和 SMD－ 8封裝這三個腳的含義是： 1) 源極 S：連接內(nèi)部 MOSFET 的源極，同時也是 TOP開關(guān)及開關(guān)電源初級電路的公共接地點及基準點。第二代產(chǎn)品在電路性能，特別是輸出功率上獲得大幅度的提高。 這個器件集成了功率開關(guān)管（ MOSFET）、 控制電路、振蕩器等于一體。 FPQ3535T22 型磁芯的有效斷面積為 196 2mm ，則： 1 53N? (匝 )。 根據(jù)對磁輻射的要求，本設(shè)計采用 TOKIN優(yōu)質(zhì) FPQ系列磁材。同時也有電流通過負載。 單端反激式變換器的基本工作原理如圖 所示：當開關(guān)管 M導(dǎo)通時，變壓器的初級電感線圈儲存能量，而由于次級線圈與初級線圈相反，此時二極管處于反向偏壓截止狀態(tài)。 圖 DC/DC變換器電路 a. 反激變換器的工作原理 15 隔離性 DC/DC 變換電路是開關(guān)電源電路中最重要的組成部分。 c. 整流 濾波 電路 整流采用單相橋式整流 ， 電容 C2 作為 濾波電路。 一種是兩根導(dǎo)線分別做為往返線路傳輸；另一種是兩根導(dǎo)線做去路 ， 地線做返回路傳輸 。 AC/DC轉(zhuǎn)換電路 該部分電路主要包括：保險 絲 ；濾波電容 C1 組成的主要用來對輸入交流電濾波，消除共模干擾和差模干擾濾波網(wǎng)絡(luò)；橋式整流電容濾波電路。 220VAC的市電經(jīng)過輸入濾波器能夠抑制大部份共模干擾和差模干擾。對不穩(wěn)定的充電狀態(tài)以及錯誤操作及時終止。通過鍵盤設(shè) 定對不同電池進行充電，完成對整個充電過程的控制。這些特性促成了 XC164CM 微控制器的高性能，使得 XC164CM 不僅可滿足當前的應(yīng)用，還將適用于未來的工程應(yīng)用。 XC164CM 的內(nèi)核架構(gòu)將 RISC 和 CISC 處理器的優(yōu)點完美結(jié)合。另外 XC164CM 還具備 JTAG 接口，便于調(diào)試程序。 單片機 XC164CM 介紹 XC164CM 是英飛凌 16 位單片 CMOS 微控制器系列的增強型產(chǎn)品。此充電電壓不能直接對電池進行充電，必須經(jīng)過充電電路，采用 BUCK 拓撲結(jié)構(gòu) ,對 AC/DC 變換電路所得的 25V 的直流輸入電壓進行二次斬波 ,得到合適的充電電流、電壓給電池充電。充電過程中，充電器設(shè)置有定時，電流保護和故障檢測功能，如有異常將使充電器停止充電而保護電池。對此 ，本次設(shè)計的主要設(shè)計電路包括電源電路、充電電路和充電控制電路。 在開關(guān)管 S通時，輸入電源通過 L 平波和 C 濾波后向負載端提供電流；當 S關(guān)斷后，L通過二極管續(xù)流，保持負載電流連續(xù)。 由于本次設(shè)計主要應(yīng)用了降壓 DC/DC 變換器。單管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器共有六種，即降壓式（ Buck） DC/DC 轉(zhuǎn)換器 ，升壓式（ Boost） DC/DC轉(zhuǎn)換器、升壓降壓式（ Buck Boost） DC/DC 轉(zhuǎn)換器、 Cuk DC/DC 轉(zhuǎn)換器、 Zeta DC/DC 轉(zhuǎn)換器和 SEPIC DC/DC 轉(zhuǎn)換器。單管的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器有正激式（ Forward）和反激式（ Flyback）兩種。直流開關(guān)電源的核心是 DC/DC轉(zhuǎn)換器 。 人們在開關(guān)電源技術(shù)領(lǐng) 域是邊開發(fā)相關(guān)電力電子器件，邊開發(fā)開關(guān)變頻技術(shù)，兩者相互促進推動著開關(guān)電源每年以超過兩位數(shù)字的增長率向著輕、小、薄、低噪聲、高可靠、抗干擾的方向發(fā)展。 開關(guān)電源主要應(yīng)用領(lǐng)域有計算機、通信辦公設(shè)備、控制設(shè)備等產(chǎn)品以及電視機、攝像機、電子游戲機等消費類產(chǎn)品。為此，目前大多數(shù)鎳氫電池快速充電器都采用高靈敏－ 0Δ V檢測，當電池電壓略有降低時，立即停止快速充電。鎳氫 電池充足電后，電池電壓要經(jīng)過較長時間，才出現(xiàn)負增量，此時過充電較嚴重，此時電池的溫度較高，對電池有所損害。充電過 程中，當電池電壓達到規(guī)定值后，應(yīng)立即停止快速充電。 這種控制方法較簡單，但有其缺點：充電前，電池的容量無法準確知道，而且電池和一些元器件的發(fā)熱使充電電能有一定的損失，實際的充電時間很難確定。下面對這些方法分別做具體介紹。所以本設(shè)計沒有考慮鋰電池的快速充電，而是采用傳統(tǒng)的恒流恒壓充電 方式。為防止自放電現(xiàn)象發(fā)生，采用浮充維護充電方式，用 1/20C— 1/50C（ C為電池的額定容量）的電流進行涓流充電。由于鎳鎘和鎳氫電池的最佳充電過程無法用單一量實現(xiàn)，在這三段應(yīng)分別采用不同的控制方式。由于充電電流較大 ,在實際操作中可能因電流過大反而造成溫升高、出氣量大、活性物質(zhì)脫落等較嚴重的負面效果，因而一般的快速充電比常規(guī)充電實際達到的壽命循環(huán) (460 次 )約低 30%。 (2) 快速充電制度很多。 h，約可節(jié)省 50%的電能。 (3) 節(jié)約大量電能。 7 快速充電技術(shù)的優(yōu)缺點分析 a. 優(yōu)點： (1) 快速充電速度快。恒壓充電性能比較接近蓄電池充電接受特性，因此恒壓充電如果操作適當可以取得較好充電效果。恒壓充電特性如圖 所示。所以恒流充電無論從速度上還是從效果上都不完善。恒流充電一般分為兩階段進行，與蓄電池充電接受特性相差較大，因 6 而在實際操作中一般存在初期電流偏小，后期電流太大的缺陷。 恒流充電 恒流充電的特點即以恒定的電流對蓄電池充電。恒壓充電時，電池的充電電流會降低，待電流降至 B 點即此時電流為恒流充電時電流的 1/10 時，認為電池已充滿電，轉(zhuǎn)至浮充維護充電。為了敘述方便，以后若無特別說明，負增量（ Δ V）和零增量（ 0Δ V）統(tǒng)稱為Δ V。若此刻還繼續(xù)快速充電會損壞電池，甚至出現(xiàn)危險。 U (V )T (m in )0t1 t2 t3 Δ VABC U (V )T (m in )0t1 t2 t30 Δ VABC 圖 鎳鎘電池的充電特性 圖 鎳氫電池的充電特性 從圖 ，在充電的起始狀態(tài)，電池的端電壓上升很快，直至 A 點。 單節(jié)鎳鎘電池正常工 作時電壓為 ，充電時其最高電壓可達 ，放完電時，電壓可降至 。 由于本次設(shè)計中主要涉及的充電電池 的主要充電參數(shù)為額定電壓： 、 、 、12V的鎳鎘、鎳氫和鋰離子電池。輸出電壓： 5V,12V。 課題主要研究內(nèi)容 根據(jù)鋰離子、鎳鎘、鎳氫電池的充電特性，完成快速充電系統(tǒng)設(shè)計。利用這些控制芯片很容易設(shè)計成數(shù)字化快速充電器。智能化具體表現(xiàn)為能識別被充電電池的類型，能檢測到當前狀態(tài)，并能根據(jù)被充電電池的這些信息自動生成最佳充電曲線，保證在最短時間內(nèi)，高效地將電池充滿。 （ 2）高頻化：提高主功率變換器件的開關(guān)速度，可明顯減少磁性變壓器材料和大電解電容體積、重量等。 近年來，電設(shè)備越來越廣泛的應(yīng)用與各個領(lǐng)域，而且越來越復(fù)雜，對供電系統(tǒng)的要求也越來越高。電池充電是通過逆向化學(xué)反應(yīng)將能量存儲到化學(xué)系統(tǒng)里實現(xiàn)的 ,由于使用的化學(xué)物質(zhì)的不同 ,電池有自己的特性 .設(shè)計充電器時要仔細了解這些特性以防止過度充電而損壞電池。 研究意義 如今，隨著越來越多的手提式電器的出現(xiàn)，對高性能，小尺寸，重量輕的電池充電器的需求也越來越大，電池技術(shù)的持續(xù)進步也要求更復(fù)雜的充電算法以實現(xiàn)快速安全的充電。因此，一個優(yōu)秀的電源系統(tǒng)，必須既滿足特性參數(shù)要求，又要滿足特定指標的要求。 control circuit III 目錄 中文 摘要 ...................................................I 英文摘要 ..................................................II 1 緒論 .....................................................1 題目背景 ............................................................. 1 研究意義 ............................................................. 1 國內(nèi)外發(fā)展情況 ....................................................... 2 課題主要研究內(nèi)容 .................................................... 2 2 數(shù)字化快速充電器理論分析 ...................................4 電池的充電特性分析 ................................................... 4 充電模式 ............................................................. 5 恒流充電 ....................................................... 5 恒壓充電 ...........