【正文】 .....................8 硬件設(shè)備選擇 ...........................................................9 硅雙極型晶體管的選擇 ..............................................9 TL494 的選擇 ..........................................9第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 .......................................................11 充電電源部分 ..........................................................11 開關(guān)電源主回路設(shè)計 ...............................................11 平滑濾波電路 .....................................................11 半橋變換器中功率變壓器參數(shù)的設(shè)計 .................................12 開關(guān)電源ＰＷＭ控制電路的設(shè)計 ..........................................13 輔助電源部分的設(shè)計與實現(xiàn) ..............................................14 充放電及其控制電路的設(shè)計 ..............................................15 信息監(jiān)測系統(tǒng) .....................................................15 輸入輸出系統(tǒng) ......................................................16 充放電控制系統(tǒng) ...................................................16第 4 章 充電方案的軟件實現(xiàn) ..................................................17 軟件流程 ..............................................................17 軟件編程 ..............................................................18本系統(tǒng)由單片機做控制器，實時監(jiān)控電壓，電流使充電過程按理想的充電曲線進(jìn)行，其程序見附錄。評價鉛酸蓄電池快速充電的重要技術(shù)指標(biāo)是完成充電的時間。出氣是蓄電池充電過程中極其重要的問題。出氣率是指蓄電池充電的某一階段，在一個大氣壓下，單位時間內(nèi)氣體正負(fù)極板析出氣體的量。鉛酸蓄電池在快速充電時，可能會產(chǎn)生較大的溫升。4．壽命。應(yīng)用快速充電時，蓄電池所能達(dá)到的充放電循環(huán)次數(shù)，是衡量充電設(shè)備質(zhì)量的重要指標(biāo)。 實現(xiàn)快速充電必須遵循的原則1．快速充電電流值不宜過大為了提高充電速度，縮短充電時間，總是要加大充電電流值。過大的電流值容易引發(fā)下述一些缺點：（1）充電設(shè)備的容量將很大，而且充電電流值越大，在充電過程中大電流持續(xù)的時間越短，充電電流（平均值）下降的速率越快，充電設(shè)備的容量利用率越低。因為國產(chǎn)現(xiàn)有的蓄電池結(jié)構(gòu)中的樁頭、連接條等導(dǎo)電元件的電阻較大，因而充電電流越大，消耗熱能越大，這些導(dǎo)電元件和整個蓄電池的溫升就越高。按照目前的電池結(jié)構(gòu)的承受能力和實際情況， 的充電電流己經(jīng)是比較滿意的數(shù)值了。實際設(shè)計中還要取得更低一些，這個和蓄電池品質(zhì)的好壞有很大關(guān)系。不但能夠在短時間內(nèi)充滿電，而且設(shè)備的利用率高，對蓄電池的壽命也沒有影響。這是由于實際中的實際需要、設(shè)備造價、難控制以及難再現(xiàn)這種充電特性等很多實際因素決定的。而隨著充入電量的增加，蓄電池進(jìn)行充電反應(yīng)的極板真實表面積減小，交換電流密度減小。否則，蓄電池接受不了，必然造成出氣和溫升的增加。(2) 去極化措施應(yīng)能自動地適應(yīng)整個充電時間內(nèi)的不同要求。如果只選擇適合去中期極化的放電程度，則在充電初期放電就過多，而在充電后期又去極化不足。最好此去極化電壓上限選在低于出氣點電壓，即去極化措施應(yīng)能抑制超電勢，使其達(dá)不到氣體析出的電勢。如何確定是否收到了去極化效果，簡單控制應(yīng)以電動勢是否下降到一定值為依據(jù)。 變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖快速充電法圖 1．1 波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電電流波形通過以上的討論，結(jié)合了脈沖充電、 快速充電、變電流間歇充電、變電壓ReTMflx間歇充電法的優(yōu)點，提出了變電壓變電流波浪式正負(fù)零脈沖間歇快速充電法。本課題設(shè)計的系統(tǒng)中采用了一種不同于這兩者的控制模式，脈沖電流幅值和PWM 信號的頻率都是固定的，而 PWM 占空比可調(diào)，并在此基礎(chǔ)上加入了間歇停充階段，提高蓄電池的充電接受能力。 本課題的研究內(nèi)容 本系統(tǒng)的面向?qū)ο笫请妱又囇b配用的鉛酸蓄電池。本課題的研究主要包括以下幾個方面：一是對新型充電方法的探討。二是系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要部分是對新型充電電源的研究，采用了比較先進(jìn)的半橋逆變型高頻開關(guān)電源。采用單片機作控制器，實時監(jiān)控電壓、電流，使充電過程按理想的充電曲線進(jìn)行，達(dá)到低溫升快速充電、又能使電池充滿的最優(yōu)效果。（2）充電過程實時監(jiān)測和顯示充電狀態(tài)。 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)根據(jù)實際的對象，設(shè)計的充電器應(yīng)該滿足對相應(yīng)的鉛酸蓄電池進(jìn)行的安全快速充電。前文述及，目前電動自行車多配備 2～3 節(jié) 12V7Ah蓄電池，其中又以 2 節(jié)的情況占絕大多數(shù)。2．電源的充電電流可在 0～8A 范圍內(nèi)調(diào)整。但是作為電動自行車配備的蓄電池專用的充電系統(tǒng)，為了減少設(shè)備的容量，降低成本，不應(yīng)把輸出范圍定得過寬。最高充電電流應(yīng)以 6A 為宜。硬件框圖如圖 2．1 所示。結(jié)合軟件還可實現(xiàn)電池接反和掉電檢測。同時在充電過程中，通過反饋電阻反饋信息到 PWM 控制器的內(nèi)部電流誤差放大器和內(nèi)部電壓誤差放大器的反向和同向輸入端，實現(xiàn)充電電源輸出恒流和恒壓的控制，并且通過調(diào)節(jié)反饋電阻值的大小，實現(xiàn)限流值和限壓值的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同的蓄電池。具體參數(shù)如下： ?????????????????????， ；， ； ， ；， ；， ； ；。IGBT 雖然集MOSFET 的告訴開關(guān)特性、電壓驅(qū)動特性和雙極型晶體管的低飽和電壓特性于一身，但目前由于價格方面的原因，還只能用在功率變換的場合。特別是成本也比 MOSFET 要低得多。其內(nèi)部等效電路如圖 2．2 所示。管腳分配如圖 3．9 所示。腳 13 為輸出狀態(tài)控制端，當(dāng)腳 13 為低電平時，兩個內(nèi)部驅(qū)動晶體管同時導(dǎo)通或截止，此時只能控制變換器的一個開關(guān)管，就形成單端輸出：當(dāng)腳 13 為高電平時，就可推挽輸出。一般通過腳6 分別接定時元件 和 。一般開關(guān)電源的穩(wěn)壓控制、過流保護(hù)控制、過壓保護(hù)控制等采樣電壓是加在誤差放電器的同相輸入端（腳 1 或 16）或死區(qū)控制輸入端（腳 4）的。它們同時送門電路，經(jīng) D 觸發(fā)器分頻后，再經(jīng)相應(yīng)的門電路去控制 TL494 內(nèi)部的兩個驅(qū)動三極管交替導(dǎo)通和截止， 通過腳 8 和腳 11 向外輸出相位相差 180 度的脈寬控制脈沖。圖 2．3 TL494 個管腳工作波形第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 充電電源部分 開關(guān)電源主回路設(shè)計在本設(shè)計電路里，采用了半橋型功率變換器，其中開關(guān)管選用了雙極型晶體管。這個直流輸出繼續(xù)輸入到一個電阻電容均壓網(wǎng)絡(luò)中，從而為半橋變換器提供一個幅值為150V 的直流輸出信號。 平滑濾波電路考慮到實際的設(shè)計要求，特別是成本的考慮，在本充電系統(tǒng)里采用了低成本的無源濾波器。它是兩個 型 LC 濾波器的并聯(lián)。其中 L1 是一個共軛電感，它有兩個獨立的卻有相同匝數(shù)的線圈，繞在同一個鐵芯上。主要有充電電源的 LC 輸出濾波和輔助電源的 RC 濾波。圖 3．2 輸出濾波電路 半橋變換器中功率變壓器參數(shù)的設(shè)計 根據(jù)相關(guān)工具書，查驗計算得： （1）變壓器設(shè)計條件 開關(guān)頻率： 50fkHz? 輸入電壓：130V(130V200V) 輸出電壓 ： 12361ooVV， 輸出電流： 8IAI?， 最大占空比： 環(huán)境溫度： 25℃? 允許平均溫升： 50℃?? 磁芯材料的最大工作磁感應(yīng)強度： ? （2）變壓器參數(shù)設(shè)計結(jié)果 按照上一節(jié)所述順序，計算各參數(shù)得：次級電流有效值 ?，初級繞組峰值電流 149P初級繞組電流有效值 .I變壓器各繞組輸出功率 ?，銅耗因子 .35Z?變壓器計算功率 468iP所需磁芯結(jié)構(gòu)常數(shù) ??查表，選磁芯規(guī)格 EI40， ，有效截面積 散熱表面574610C?? ?積 ，平均匝長 。??CY?確定繞組匝數(shù)初級繞組匝數(shù) （匝） ， （匝） ， （匝）12N26?32N?導(dǎo)線規(guī)格計算如下：實際設(shè)計中先根據(jù)溫升確定總損耗，因為變壓器損耗最終轉(zhuǎn)換成為變壓器溫度上升。?P因為設(shè)計的變壓器要達(dá)到銅損耗和磁芯損耗相等，因此銅損耗按總損耗的一半計算。同??1..7dS??樣的可以計算其它各繞組所需導(dǎo)線規(guī)格，次級繞組均選用直徑 的漆包線。 開關(guān)電源ＰＷＭ控制電路的設(shè)計TL494 的外圍電路的設(shè)計比較固定。該腳上的落地電阻 ，還有26R跨接在 14 腳（內(nèi)部基準(zhǔn)電源端）之間的電容 ，在開機時，落地電阻上沒有電流流過，10C上無電壓。這就是軟啟動。 越大，軟啟動過程越短。（2） ．限流輸出 開關(guān)電源輸出電壓電流穩(wěn)定是一個很重要的要求。在設(shè)計的系統(tǒng)里，在基準(zhǔn)電源14 腳和變壓器輸出地端之間連接了電阻 和可調(diào)電阻 。同相端 16 腳則18通過一個 的限流電阻 和變壓器地端相連。如果輸出電流過高，則 16 腳上（限流電阻）的電壓將高于 15 腳，放大器輸出高電平，降低驅(qū)動三極管輸出的 PWM 脈寬，從而調(diào)節(jié)輸出電流值，使之在限定值之內(nèi)。（3） ．電壓穩(wěn)定輸出 同限流保護(hù)類似，電壓穩(wěn)定措施也是利用了內(nèi)部電壓誤差放大器和輸出電壓之間構(gòu)能的負(fù)反饋。當(dāng)輸出電壓在允許電壓值