【正文】 16VT7632GND20R9R8D15D14VT5VT6AT89 S51X2X1191854Vcc40Q2Q1電壓檢測(cè)C13C12溫度檢測(cè)11 圖 22 單片機(jī)電路圖 整體電路設(shè)計(jì) 電動(dòng)自行車快速充電器的整體電路主要分為三大部分電路組成：主電路、控制電路和檢測(cè)電路。輸出口由單片機(jī)的 ～ 提供。 +0～ 5V模擬量輸入DATA O UTCSI/ O CL OC KP3. 0P3. 3P3. 1GN DRE FRE FVc c+5 V89 S5 1 圖 21 電壓檢測(cè) A/D轉(zhuǎn)換電路 單片機(jī)電路 單片機(jī)電路設(shè)計(jì)如下圖所示，由于 89C51 單片機(jī)的 P0 口作為輸入口時(shí)要接上上拉電阻，所以我選用 P1 口作為輸入輸出口。 1LSB；單電源供電 (+5V)，最大工作電流僅為 ；轉(zhuǎn)換結(jié)果以串行方式輸出；工作溫度為－ 55～ +125℃。則根據(jù)上面的關(guān)系式可以知道分壓電壓值為： 故，分壓前后電壓的相互關(guān)系可由以下函數(shù)關(guān)系 式曲線表示出來(lái)： 040V36V圖20 函數(shù)關(guān)系OUU 圖 20 函數(shù)關(guān)系 c)電壓檢測(cè) A/D 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì) 這里選用 TI 公司生產(chǎn)的 TLC1549 串行 A/D 轉(zhuǎn)換器芯片，它是一種開(kāi)關(guān)電容結(jié)構(gòu)的逐次比較型 10 位 A/D轉(zhuǎn)換器。 圖1 8 溫度檢測(cè)電路VTR3CR2R1RTRp單片機(jī)NE555++5V4 836721 b) 電 壓檢測(cè)電路圖18 溫度檢測(cè)電路VTR3CR2R1RTRp單片機(jī)NE555++5V4 836721 蓄電池的充電電壓由一分壓電阻檢測(cè)得，經(jīng)過(guò)單片機(jī)的計(jì)算，可判斷出充電電壓值，電阻分壓電路如下圖所示。相反，當(dāng)蓄電池溫度較高時(shí)，則向單片機(jī)輸入高電平。熱敏電阻 RT 用作溫度傳感器。 表 1 熱敏電阻分度表 溫度/℃ 電阻 /kΩ 溫度/℃ 電阻 /kΩ 溫度/℃ 電阻 /kΩ 30 40 50 31 41 51 32 42 52 33 43 53 34 44 54 35 45 55 36 46 56 37 47 57 38 48 58 39 49 59 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 14 溫度檢測(cè)電路如下所示。 用熱敏電阻構(gòu)成的溫度檢測(cè)電路較為簡(jiǎn)單，使用電阻分壓電路，將溫度變化引起的電阻變化轉(zhuǎn)為電壓信號(hào)，可以直接傳送給單片機(jī)處理。整流前后電壓波形如下圖所示。設(shè)整流器輸出占空比為 ，則有： VOP=(44++)/=50V 因此原副邊繞組匝數(shù)比為： 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 13 (取3 匝)= 220V=NsNp 副邊繞組匝數(shù)為： Ns=Np/3=14/3= (取 5匝 ) 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)開(kāi)關(guān)變壓器原邊繞組為 20 匝，副邊繞組匝數(shù)為 8 匝時(shí)，半橋變壓器的開(kāi)關(guān)脈沖電壓波形有所改善。 c) 原邊與副邊繞組匝 數(shù)比的計(jì)算 開(kāi)關(guān)變壓器的原邊與副邊繞組的匝數(shù)比為： VOPIN MI V=NsNp 其中： VIN MIN指電網(wǎng)最低輸入直流電壓值， VIN MIN＝ 220V VOP指整流濾波輸出電壓的脈沖幅度。 當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率選 50KHz 時(shí)： Ap= Ae AQ=(PT 106)/(2η fBMδ KMKG) ＝ (600 106) /(2 50 103 1500 2 1) = 5 可見(jiàn)，采用 EE55 磁芯時(shí)，其功率容量足夠大． 原邊繞組匝數(shù)： NP=(VINP/2) 108/(4fBmAe) =(280/2) 108/4 50 103 1500 = 故 NP取整數(shù) 14 匝。經(jīng)變壓器整流濾波輸出，實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)變。開(kāi)關(guān)管的反向耐壓比較低。 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 12 V1導(dǎo) 通V2導(dǎo) 通 U4 圖 16 半橋逆變電路輸出電壓波形 開(kāi)關(guān)變壓器的設(shè)計(jì)計(jì)算 開(kāi)關(guān)變壓器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通變化可 以 從－ BM 到＋BM，屬于對(duì)稱式工作變壓器。該電容起緩沖這種無(wú)功能量的作用。當(dāng) V1或 V2 導(dǎo)通時(shí)，負(fù)載電流和電壓同方向，直流側(cè)向負(fù)載提供能量。 U4=＋ 1/2U3。此時(shí)仍然有 U4=＋ 1/2U3。此時(shí)仍然有 U4=－ 1/2U3。 U4=－ 1/2U3。 1/2U3。 +D1D2V2V1LRC2C1U2 圖 15 半橋逆變器電路 在一個(gè)周期內(nèi)，開(kāi)關(guān)管 V V2的基極信號(hào)各有半周正偏、半周反偏 ，且互補(bǔ)。電路圖如下所示。電路簡(jiǎn)單，輸出電壓高，只是輸出電壓不穩(wěn) 定。電容濾波電路如下所示。 432 ππππOwtUd 圖 13 橋式整流電路的輸出波形 單相半波整流電壓的平均值為： 222)(s in21 0UUttdU d??? ?????? 二極管截止時(shí)承受的最高反向電壓為 U的最大值，即 UDRM =U2M = = 220V =308V 因此，所選用的整流二極管的最高工作電壓為 1000V。因此，在負(fù)載得到的是單相脈動(dòng)電壓和電流。單相橋式整流電路由 4 個(gè)整流二極管接成電橋的形式構(gòu)成，如圖 12 所示。 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 10 第四章 硬件電路設(shè)計(jì) 充電器主電路設(shè)計(jì) 整流電路設(shè)計(jì) a) 橋式整流 由于單相半波整流只利用了電源電壓的半個(gè)周期，同時(shí)整流電壓的脈動(dòng)較大。單片機(jī)通過(guò)檢測(cè)溫度傳感器的電壓信號(hào)，以軟件的方式控制輸出脈沖，從而控制開(kāi)關(guān)管的通斷。在經(jīng)過(guò)半橋?yàn)V波和 LC 濾波電路使電壓達(dá)到一較穩(wěn)定值。橋式整流后，通過(guò)兩電容分壓，分壓后與兩開(kāi)關(guān)管 V V2 相聯(lián)。而控制電路通過(guò)單片機(jī)控制。本方案由脈沖調(diào)制控制器 SG2535 輸出的脈沖控制開(kāi)關(guān)管 V V2 的柵極，以達(dá)到控制充電狀態(tài)的目的。 總體控制方案如 11 圖所示。 鉛蓄電池的充電溫度可以通過(guò)溫度傳感器 測(cè)量，將測(cè)出的電壓量送至單片機(jī)的輸入口，充電電壓有兩個(gè)分壓電阻檢測(cè)。 第三章 設(shè)計(jì)方案論證 控制方式 單片機(jī)的控制方式 根據(jù)鉛蓄電池脈沖魁岸素充電理論，可利用單片機(jī)的輸出脈沖控制半橋式變換器的兩個(gè)開(kāi)關(guān)管 V V2的通斷。 浮充電 此階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量，只要電池接在充電器上并且充電器接通電源，充電器就會(huì)給電池不斷補(bǔ)充電荷，這樣可使電池總處于充足電狀態(tài)。此階段充電采用恒壓充電，可使電池容量快速恢復(fù)。 三級(jí)二級(jí)一級(jí)iO t圖10 分級(jí)定電流脈沖快速充電法原理圖 在脈沖快速充電過(guò)程中，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至補(bǔ)足充電電壓閾值時(shí)，轉(zhuǎn)入補(bǔ)足充電階段。開(kāi)始充電時(shí)采用大電流，隨著電 池容量的增加，電壓逐漸升高，電流等級(jí)開(kāi)始降低，使充電電流的脈沖幅度和寬度隨蓄電池端電壓的升高而分級(jí)減小。為了避免這一問(wèn)題要先對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流充電，使電池電壓上升，當(dāng)電池電壓上升到能接受大電流充電的閾值時(shí)再進(jìn)行大電流快速充電。根據(jù)蓄電池充電前的殘余電量，進(jìn)入不同的充電階段。也就是說(shuō)通過(guò)反向大電流放電，可以使蓄電池的 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 8 可接受電流曲線不斷右移，同時(shí)其陡度不斷增大，即 α值增大，從而大大提高充電速度，縮短充電時(shí)間。 綜合馬斯三定律 ,可以推出，蓄電池的總電流接受比可表示為 α=It/Ct （ 5） 式中： Ct=C1＋ C2＋ C3＋ C4＋ ...為各次放電量的總和，即蓄電池 放出的全部電量。 由于蓄電池的初始接受電流 Io=AC，所以 I0=AC=K1(根號(hào) C) （ 2） b）對(duì)于任何給定的放電量，蓄電池充電電流接受比 a 與放 電電流 Id 的對(duì)數(shù)成正比，即 a=K2logkId （ 3） 式中： K2為放電量常數(shù)，視放電量的多少而定； k 為計(jì)算常數(shù)。隨著放電狀態(tài)、使用和保存期的不 同 ,即使是相同型號(hào)、相同容量的同類蓄電池的充電也大不一樣。一般地說(shuō) ,充電電流在充電過(guò)程中隨時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律下降 ,不可能自動(dòng)按恒流或恒壓充電。 采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和 PWM 信號(hào)的頻率均固定，PWM 占空比可調(diào)，在此基礎(chǔ)上加入間歇停充階段，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)充進(jìn)更多的電量，提高蓄電池的充電接受能力。 e) 變電壓變電流波浪式間歇正負(fù)零脈沖快速充電法 綜合脈沖充電法、 Reflex 快速充電法、變電流間歇充電法及變電壓間歇充電法的優(yōu)點(diǎn)，變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法得到發(fā)展應(yīng)用。 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 7 比較圖 7和圖 8，可以看出：圖 8更加符合最佳充電的充電曲線。 d) 變電壓間歇充電法 在變電流間歇充電法的基礎(chǔ)上又有人提出了變電壓間歇充電法，如圖 8所示。充電后期采用定電壓充電段，獲得過(guò)充電量，將電池恢復(fù)至完全充電態(tài)。其特點(diǎn)是將恒流充電段改為限壓變電流間歇充電段。 2020 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 如圖 6 所示， Reflex 充電法的一個(gè)工作周期包括正向充電脈沖，反向瞬間放電脈沖，停充維持 3 個(gè)階段。由于它采用了新型的充電方法，解決了鎳鎘電池的記憶效應(yīng)，因此，大大降低了蓄電池的快速充電的時(shí)間。間歇脈沖使蓄電池有較充分的反應(yīng)時(shí)間，減少了析氣量，提高了蓄電池的充電電流接受率 。 脈沖充電方式首先是用脈沖電流對(duì)電池充電，然后讓電池停充一段時(shí)間，如此循環(huán)，如圖 5 所示。這些方法都是圍繞著最佳充電曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)的，目的就是使其充電曲線盡可能地逼進(jìn)最佳充電曲線?？焖俪潆娂夹g(shù)近年來(lái)得到了迅速發(fā)展。例如，汽車運(yùn)行過(guò)程中，蓄電池就是以恒壓充電法充電的。但在充電初期電流過(guò)大，對(duì)蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報(bào)廢。這種方法可以將