【正文】 z～ 110kHz，占空比調(diào)節(jié)范圍是％～ 67％。 15％；在寬電壓范圍輸入時(shí)，適配 85V～ 265V 交流電，但 PO 值要比前者降低 40％。 2) 輸入交流電壓和頻率的范圍極寬。 (2) 性能特點(diǎn)： 1) 將脈寬調(diào)制（ PWM）控制系統(tǒng)的全部功能集成到三端芯片中。 3) 控制極 C：誤差放大電路和反饋電流輸入端。 2) 漏極 D：是內(nèi)部 MOSFET 的漏極，也是內(nèi)部電流的檢測(cè)點(diǎn)。 17 圖 TOP SwitchII 封裝圖 三個(gè)腳分別是 D、 S、 C，即漏極、源極、控制極。這兩個(gè)系列的封裝是一致的，實(shí)際上它是一個(gè)三端器件。 TOPSwitchII 則是在 1997 年推出的第二代產(chǎn)品。它僅采用三端器件，以最簡(jiǎn)單的接線方式，構(gòu)成電源系統(tǒng)。 考慮到初、次級(jí)變比關(guān)系，以及輸入低電壓時(shí)保證輸出達(dá)到 sV? 要求值，并考慮到雙正激兩個(gè) MOSFET的壓降為 4V，則： ( m i n ) 1( m i n ) 22in F E ToVV NVN? ? () 所以： ( m in) 12 ( m in) 82oin F E TVNN VV??? （匝） c. PWM 反饋控制電路設(shè)計(jì) (1) 芯片 TOP224Y 的介紹 TOPSwitch 芯片是美國(guó) PI 公司的產(chǎn)品，在儀器儀表、筆記本電腦、移動(dòng)電話、音像設(shè)備等系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。 3) 變壓器次級(jí)繞組匝數(shù)計(jì)算 由于輸出電壓 0V 為 25V，則可求得次級(jí)最低輸出電壓： o F on of fon( m a x)( V +V ) ( t +t )tV ? () 式中： FV 為整流二極管壓降，選 1V。 16 根據(jù)磁材特性，若選 170B mT?? ，則在第一象限的最大磁感應(yīng)增量為 ： ( m a x )m a x ( ) 2 5 2 ( )inmACBVB m TV?? ? ? () 經(jīng)查 FPQ磁芯工作磁滯回線，當(dāng) 252( )B mT?? ，且溫升達(dá)到 100℃時(shí)，離飽和磁密仍保持一定距離，證明 B? 的設(shè)定是合理的。選擇型號(hào)為 FPQ3535T22型磁材可滿足要求。 (2) 設(shè)計(jì)過(guò)程 1) 確定工作頻率和最大導(dǎo)通時(shí)間 根據(jù)電路原理，可選擇最大占空比 max ? ，則最大導(dǎo)通時(shí)間： ( m a x ) 31 1 1 1 52 2 1 0 0 1 0on CtsF ?? ? ? ? ?? () （ 2) 變壓器初級(jí)繞組匝數(shù)的計(jì)算 變壓器初級(jí)繞組的匝數(shù) 1N 與最大磁感應(yīng)增量 mB 之間的關(guān)系為： (ma x )1 in onmVtN BS? ? () 式中， S 為磁芯的有效斷面積 。 +V inV 0M+DC 圖 反激變換原理圖 b. 變壓器的設(shè)計(jì) 變壓器是開(kāi)關(guān)電源的關(guān)鍵器件，在電路中兼有儲(chǔ)能、限流、隔離和阻抗轉(zhuǎn)換作用。二極管 D導(dǎo)通，對(duì)電容 C 充電。則次級(jí)電路中 沒(méi)有電流流向負(fù)載。本系統(tǒng)選擇單端反激式變換器。常用的幾種基本類型有：正激變換，反激變換，推挽式，半橋式和全橋式。原理如圖 所示 。如 圖 所示。 本設(shè)計(jì)電路中電容 C1 作為 濾波器用于抑制共模噪聲 ， 為濾波效果好，電容 C1 使用陶瓷電容活聚酯薄膜電容，應(yīng)具有足夠的耐壓性。 前者叫 “ 差模 ”， 后者叫 “ 共模 ”。 b. 輸入濾波器 電壓電流的變化通過(guò)導(dǎo)線傳輸時(shí)的干擾 ， 干擾電壓和電流主要有二種形態(tài) ：“ 共模 ”和 “ 差模 ”。 a. 保險(xiǎn)絲 考慮到市電輸入的電流不穩(wěn)定性。該電路由光電耦合器將檢測(cè)到的電壓狀態(tài)參量反饋給控制電路，該控制電路由美國(guó)動(dòng)力（ PI）公司的 TOPSwitch－Ⅱ系列單片電源電路中的 TOP224Y 芯片對(duì)反饋參數(shù)進(jìn)行比較處理，通過(guò) PWM波調(diào)制輸出，對(duì) DC/DC 變換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)整，從而得到穩(wěn)定的輸出電壓。整流器將交流電整流濾波成直流電，然后經(jīng)過(guò) DC/DC 變換器得到充電所需的直流電壓。電源電路主要包括輸入濾波器，整流器， DC/DC 轉(zhuǎn)換器，輸入整流濾波器等電源變換電 路。 XC164CM 引腳圖如圖 所示。并通過(guò)指示電路顯示給用戶。通過(guò)計(jì)算，處理外圍幾個(gè)檢測(cè)電路檢測(cè)到的信息。 因此，在本電路中使用 XC164CM 充當(dāng)核心控制器。 XC164CM 中還采用了一種 LXBus 總線，用來(lái)標(biāo)識(shí)外部總線接口。片上存儲(chǔ)器模塊帶有專用總線和控制單元，用于存儲(chǔ)代碼和數(shù)據(jù)。其計(jì)算和控制功能由于MAC 單元的 DSP 功能 而變得更加完善。此外， XC164CM 出色的 DSP 性能、對(duì)不同存儲(chǔ)器和外設(shè)的并行訪問(wèn)等特性提高了系統(tǒng)的整體性能。 CPU 內(nèi)核由一組經(jīng) 過(guò)優(yōu)化的功能單元組成，包括指令讀取 /處理流水線、 16 位算術(shù)邏輯單元（ ALU）、 40 位乘累加單元（ MAC）、地址和數(shù)據(jù)單元（ ADU）、取指單元（ IFU）、寄存器文件（ RF），以及專用特殊功能寄存器（ SFR）。它的 I/O 口較多，內(nèi)部資源豐富，主要有： 64K的 FLASH 程序存儲(chǔ)器， 6K 的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器； 16 級(jí)優(yōu)先權(quán)的中斷系統(tǒng)，硬件中斷陷阱； 14 通道 10 位的 A/D 轉(zhuǎn)換器； 2 個(gè)比較 /捕獲單元，可方便的產(chǎn)生 PWM 波；可編程看門狗定時(shí)器。 XC164CM 將功能和性能擴(kuò)展的 C166SV2 內(nèi)核、功能強(qiáng)大的片上外 設(shè)子系統(tǒng)和片上存儲(chǔ)器單元完美結(jié)合，并且有效降低了系統(tǒng)功耗。所以，本系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備對(duì)電壓、電流、溫度的檢測(cè)和保護(hù)電路，并且這些電路在對(duì)傳統(tǒng)電池組充電時(shí)也是必不可少的。整個(gè)充電過(guò)程由充電控制電路控制，充電控制電路保證 整個(gè)充電過(guò)程的順利進(jìn)行，該電路通過(guò)充電電池接口和檢測(cè)單元得到電池工作狀態(tài)，同時(shí)，該電路還實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路各部分工作是否正常，并提供保護(hù)功能。 保護(hù)電路 PWM 220V 25V 開(kāi)關(guān)電源 充電電路 充電電池 電壓 電流 檢測(cè) 電路 顯 示 鍵 盤 XC164CM 單片機(jī) 控制電路 圖 12 220V 交流電壓首先送入反激式開(kāi)關(guān)電源進(jìn)行 AC/DC 變換，使其直流輸出電壓為 25V，再經(jīng)過(guò) DC/DC 變化轉(zhuǎn)化為供電電壓和充電電壓。利用模糊控制理論對(duì)充電過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化控制，使充電嚴(yán)格地按照具體電池理想的充電曲線進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種電壓等級(jí)和不同類 型電池的智能充電。當(dāng)檢測(cè)到電池已充滿時(shí)，會(huì)提示用戶并且充電器自動(dòng)進(jìn)入浮沖維護(hù)狀態(tài)。其主要功能是實(shí)施對(duì)電池組的快速充電，并實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池電流，電池端電壓及充電持續(xù)時(shí)間等參數(shù)。并能夠?qū)Τ潆娺^(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，針對(duì)不同電池的不同充電狀態(tài)做出及時(shí)調(diào)整，使之符合與其相應(yīng)的充電曲線。輸出電壓因?yàn)檎伎毡茸饔?，不?huì)超過(guò)輸入電源電壓。 由于穩(wěn)態(tài)時(shí)，電感充放電伏秒積相等， 因此 ()i o on o offU U t U t? ? ? ? () i o n o o n o o ffU t U t U t? ? ? ? ? () ()i on o on offU t U t t? ? ? () / / ( )o i on on offU U t t t? ? ? ? () 即，輸入輸出電壓關(guān)系為： /oiUU?? (占空比 )。因此，對(duì)基本降壓變換電路 Buck 電路做簡(jiǎn)要介紹。四管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器常用的是全橋 DC/DC 轉(zhuǎn)換器（ FullBridge Converter）。在這六種 單管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器中， Buck 和 Boost 式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器是基本的， BuckBoost、 Cuk、 Zeta、 SEPIC 式 DC/DC 轉(zhuǎn)換 器是從中派生出來(lái)的。 非隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器，按有源功率器件的個(gè)數(shù)，可以分為單管、雙管和四管三類。雙管 DC/DC 轉(zhuǎn)換器 有雙管正激式（ DoubelTransistor Forward Converter），雙管反激式（ Double Transistr F1yback Converter）、推挽式（ PushPull Converter）和半橋式（ Ha1fBridge Converter）四種。 隔離式 DC/DC 轉(zhuǎn)換器也可以按有源功率器件的個(gè)數(shù)來(lái)分類。因此直流開(kāi)關(guān)電源的分類是依賴 DC/DC 轉(zhuǎn)換器分類的。在此主要介紹直流開(kāi)關(guān)電源，其功能是將電能質(zhì)量較差的原生態(tài)電源（粗電），如市電電源或蓄 電池 電源，轉(zhuǎn)換成滿足設(shè)備要求的質(zhì)量較高的直流電壓 （精電）。開(kāi)關(guān)電源可分為 AC/DC 和 DC/DC 兩大類，也有 AC/AC DC/AC 如逆變器 DC/DC 變換器現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)模塊化，且設(shè)計(jì)技術(shù)及生產(chǎn)工藝在國(guó)內(nèi)外均已成熟和標(biāo)準(zhǔn)化，并已得到用戶的認(rèn)可，但 AC/DC 的模塊化，因其自身的特性使得在模塊化的進(jìn)程中，遇到較為復(fù)雜的技術(shù)和工藝制造問(wèn)題。因此，開(kāi)關(guān)電源取代線性電源和相控電源是必然的發(fā)展趨勢(shì)。與傳統(tǒng)采用工頻變換技術(shù)的相控電源相比，采用大功率開(kāi)關(guān)管的高頻整流電源，在技術(shù)上是一次飛躍，它不但可以方便地得到不同的電壓等級(jí)，更重要的是甩掉了體積大、笨重的工頻變壓器及濾波電感電容。 開(kāi)關(guān)電源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開(kāi)關(guān)晶體管開(kāi)通和關(guān)斷的時(shí)間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開(kāi)關(guān)電源一般由 脈沖寬度調(diào)制 （ PWM）控制 IC和 MOSFET 構(gòu)成。 c. 綜合控制法 以上各種 控制方法各有其優(yōu)缺點(diǎn)，由于存在電池個(gè)體的差異和個(gè)別的特殊電池，若只采用一種方法，則會(huì)很難保證電池較好的充電。這種方法的缺點(diǎn)是：未充足電以前，電池電壓在某一段時(shí)間內(nèi)可能變化很 9 小，若此時(shí)誤認(rèn)為 0Δ V 出現(xiàn)而停止充電，會(huì)造成誤操作。因此，這種控制方法主要適用于鎘鎳電池。這種控制方法的缺點(diǎn)是：從多次快速充電實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電池充足電之前，也有可能出現(xiàn)局部電壓下降的情況，使電池在未充足電時(shí)，由于檢測(cè)到了負(fù)增量而停止快充 。這種控制方法的缺點(diǎn)是：電池充足電的最高電壓隨環(huán)境溫度、充電速率而變，而且電池組中各單體電池的最高充電壓也有差別，因此采用這種方法不可能非常準(zhǔn)確地判斷電池已足充電。常用的電壓控制法有： (1) 最高電壓（ VMAX） 從充電特性曲線可以看出，電池電壓達(dá)到最大值時(shí)，電池即充足電。而該方法充電時(shí)間是固定的，不能根據(jù)電池充電前的狀態(tài)而自動(dòng)調(diào)整，結(jié)果使有的電池可能充不足電，有的電池可能過(guò)充電，因此，只有充電速率小于 時(shí)，才采用這種方法。充電的過(guò)程中，達(dá)到預(yù)定的充電時(shí)間后，定時(shí)器發(fā)出信號(hào)，使充電器迅速停止充電或者將充電電流迅速將至浮充維護(hù)充電電流，這樣可以避 免電池長(zhǎng)時(shí)間大電流過(guò)充電。 a . 定時(shí)控制 該方法適用于恒流充電。為了保證電池充足電又不過(guò)充電，可以采用定時(shí)控制、電壓控制、溫度控制和綜合控制等多種終止充電的方法。 電池在充滿電后，如果不及時(shí)停止充電，電池的溫度將迅速上升。根據(jù)部隊(duì)以往的反饋情況得知，鋰電池在使用中，沒(méi)有出現(xiàn)明顯的鎳鎘和鎳氫電池的使用壽命短的情況，這說(shuō)明鋰電池傳統(tǒng)的充電方法可行。 8 鋰電池充電方法與鎳鎘 和鎳氫電池相差較大，它是采用恒流轉(zhuǎn)恒壓充電方式，具體見(jiàn)圖 。當(dāng)進(jìn)入Δ V階段時(shí)，說(shuō)明電池充電已滿，若此時(shí)停止充電，電池會(huì)自放電。具體為：進(jìn)入 B— C段之前，電池電量已基本用完，此時(shí)采用恒定的小電流充電。根據(jù)充電電池的原理，將鎳鎘和鎳氫電池的電壓曲線分為三段，具體見(jiàn)圖 ， 。這也是目前大多數(shù)蓄電池生產(chǎn)廠家普遍不支持快速充電的主要原因。 (3) 快速充電壽命長(zhǎng)。如定電流、定周期脈沖充電、放電去極化法，定電流、定電壓脈沖充電、放電去極化法，小電流寬脈沖放電去極化法，大電流和小電流結(jié)合去極化法等等。 b. 缺點(diǎn) ： (1) 快速充電與常規(guī)充電相比溫升較高。 (4) 進(jìn)行激活試驗(yàn)。 h，而采用快速充電時(shí)僅耗電快速充電由于有去極化措施，充入蓄電池的電能絕大部分轉(zhuǎn)變?yōu)榛瘜W(xué)能，同時(shí)充電時(shí)間 短，電能的損耗也少，因此快速充電可節(jié)約大量電能?？焖俪潆娪捎谠诔潆?過(guò)程中采取去極化措施，使蓄電池始終比較接近 初始充電狀態(tài)，因而蓄電池只有微量出氣，有效地避免了因劇烈出氣而造成的活性物質(zhì)脫落，故蓄電池壽命顯著提高；以 3Q98 型蓄電池進(jìn)行壽命試驗(yàn)，壽命循環(huán)可達(dá) 340 次 (標(biāo)準(zhǔn)為 220～ 280 次 )；同時(shí)快速充電由于充電電流大，極板上的活性物質(zhì)可以進(jìn)行比常規(guī)充電更充分的電化學(xué)反應(yīng) ,因而蓄電池的容量顯著增加；例如 6Q54 型蓄電池，初充電后容量可達(dá) (10h 放電率 )。以補(bǔ)充充電為例，快速充電一般需 ～ ，是常規(guī)補(bǔ)充充電的 1/8～ 1/20。因此長(zhǎng)此以往電瓶容量及壽命都會(huì)遭受損失