【正文】 電池，在到達(dá)過充電壓前快速充電階段充電速率可采用 恒流；對鎳鎘鎳氫電池，快速充電前 應(yīng)有可能需要涓流預(yù)充電；基于以上兩點(diǎn)可知需要對蓄電池進(jìn)行電流采集，并控制電流。 根據(jù)已充滿電后的電池的自放電損失：如前述可知對鉛酸電池，浮充電壓須嚴(yán)格遵守 ，同時(shí)需要以溫度每升高一度單體浮充電壓降低3mV以避免由此所帶來的對電池壽命嚴(yán)重影響。 b. A/D 采集分析 根據(jù)前面所述的蓄電池的充電精度要求：對于鉛酸電池要求浮充時(shí)電壓精度必須小于177。多種的采集量：由前述的控制對象分析可得， A/D 器件至少需要 2路通道，以分別采樣電壓、溫度與電流。 %的高精度，故擬采用開關(guān)電源來作為充電主電路。 硬件電路設(shè)計(jì) 為了便于將上述分析的硬件實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)過程中分為眾多的模塊，分 別加以設(shè)計(jì)，并注意強(qiáng)弱電的相互隔離，以及各高頻部分之間的相互屏蔽。 變換器模塊： 該模塊是由高頻變壓器構(gòu)成，其中副邊抽頭繞組提供兩種匝比，分別輸出直流 60V 的共主充電器電路和直流 12V 和 5V的電源供電模塊使用。 采樣模塊 1： 該模塊負(fù)責(zé)電壓，電流的采集送入到 AD 轉(zhuǎn)換單元。 AD轉(zhuǎn)換模塊 ：該模塊的作用是將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號送入到 CPU 控制單元。 LCD顯示模塊： 用于顯示電池的類型，電池的規(guī)格，充電程度，溫度。 整流濾波電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)中選用單向橋式整流濾波電路。因此，一般在整流后，還要利用濾波電路將脈動(dòng)的直流電壓變?yōu)槠交闹绷麟妷骸?u2處于正半軸并且數(shù)值大于電容兩端的電壓 uc 時(shí)，二極管 D1,D3 導(dǎo)通 ，電流一路流經(jīng)負(fù)載電阻 RL,另一路對電容 C 充電。當(dāng) u2 上升到峰值后開始下降，電容通過負(fù)載 RL 放電，其電壓 uc 也開始下降，趨勢與 u2 基本相同。此后電容C繼續(xù)通過 RL 放電， uc 按指數(shù)規(guī)律緩慢下降。 b. 濾波電容的選取 考慮到電網(wǎng)電壓的波動(dòng)范圍，電容的耐壓值應(yīng)大于 U =342VC 的取值范圍滿足 RLC=（ 3~5） T/2 的條件。一般選用較大容量的整流二極管，通常選取其最大整流平均電流 IF 大于負(fù)載電流的 2~3倍。 變換器的設(shè)計(jì) 在變換器的選擇中，選用反激式 變換器，反激式變換器的電感具有存儲(chǔ)電磁能量 和提供電網(wǎng)隔離。初級電流線性上升，變壓器作為電感運(yùn)行。 圖 反激變換原理圖 設(shè)計(jì)如下條件的變壓器：反激變換器的工作頻率為 20KHZ ，輸入電壓310VDC，輸出電壓 10V、 36V、 48V，直流電流為 4A。 AP 為 Aw（磁芯窗口面積）和 Ae（磁芯有效截面積）的乘積。例如 TDK EE磁芯， 100 攝氏度時(shí) Bs=3900Gs=，如圖 所示： 23900??B=1950Gs 圖 PC40 磁感應(yīng)變化曲線 如果引用歐美國家常用的單位密爾，可以寫為 mil。 直徑為 1mil 的金屬絲面積為圓密爾，可以為 。設(shè)我們在選擇導(dǎo)線時(shí)，確定電流密度值為 ，則通 過 電流時(shí)需要的圓密爾為*。 所以將 dw= 代入式（ ）得 APp =823 10*1950 **10** ? =4 占窗口大部分面積的是副邊繞阻，一般取 APp 只為 AP 的 1/4~1/3,取 APp =1/4P AP=Aw*Ae=3*= 4cm 從產(chǎn)品目錄中可以查得 275EI 磁芯和線圈骨架乘積為 AP=Ae*Aw=*= 4cm ,選取此型號磁芯與線圈骨架合適。氣隙有較大的磁阻，而且能量是存在氣隙所構(gòu)成的體積 VG 中，故有 1/2LpI82 10*)21( ????? Gp VHB （ ） 式中 H磁場強(qiáng)度 VG氣隙的體積， VG=Ae*lgcm3 。也可以選取已有氣隙相近的磁心，并進(jìn)行 調(diào)整。其特點(diǎn)是 10V 繞阻給36V繞阻提供部分匝數(shù)，而 60V 繞阻則包含了 10V 和 36V 繞阻的匝數(shù)和新增的匝數(shù)。 以 10V 為例，設(shè)整流壓降為 ，繞阻壓降為 。占空比必須以同樣的比率變化來維持伏 /秒相等。其圓密爾即為 ，導(dǎo)線實(shí)際通過的電流值為 320*5/400=4A 高性能電流控制器 UC3842 是高性能的固定頻率電流模式控制器專為離線和直線至電流變換器應(yīng)用而設(shè)計(jì)。電流去一起昂比較器和電流圖騰柱式輸出，是驅(qū)動(dòng)功率 MOSFET 的理想器件。所謂電流型脈寬調(diào)制器是按反饋電流來調(diào)節(jié)脈寬的。由于結(jié)構(gòu)上有電壓環(huán)、電流環(huán)雙環(huán)系統(tǒng)，因此，無論開關(guān)電源的電壓 調(diào)整率、負(fù)載調(diào)整率和瞬態(tài)響應(yīng)特性都有提高，是比較理想的新型的控制器閉 。 管腳 2 誤差放大器的反相輸入。 管腳 4 通過將 Rt 接 Vref 以及電容 Ct 接地，使振蕩器頻率和最大占空比可調(diào)。 管腳 7 接控制集成電路的正電源。 圖 UC3842 時(shí)序圖 d. 工作描述 UC3842 專門設(shè)計(jì)用于離線和直流 直流變換器應(yīng)用的高性能、固定頻率、電流模式控制器，為設(shè)計(jì)者提供使用最少的外部元件的高性價(jià)比的解決方案。電容 Ct 由 的參考電壓通 過 Rt 充電，充至約 ，再由一個(gè)內(nèi)部電流宿放 至 。 f. 誤差放大器 提供一個(gè)有可以訪問反相輸入和輸出的全補(bǔ)償誤差放大器。相位余量的 增益為 1帶寬。典型情況下變換器輸出電壓通過一個(gè) 電阻分壓器分壓，并由反向輸入監(jiān)視。 g. 電流取樣比較器和脈寬調(diào)制鎖存器 UC3842 作為電流模式控制器工作，輸出開關(guān)導(dǎo)通由振蕩器起始，當(dāng)峰值電 感電流到達(dá)誤差放大器輸出 /補(bǔ)償建立門限電平時(shí)終止。所用的電流取樣比較器 脈寬調(diào)制鎖存器配置確保在任 何的給定的振蕩器周期內(nèi)，僅有一個(gè)出現(xiàn)的輸出端。此電壓由電流 取樣輸入監(jiān)視并與來自誤差放大器的輸出電平相比較。 在這些條件下，電流取樣比較器門限將被內(nèi)部拉至 。正電源和參考 輸出各由分離的比較器監(jiān)視。 UC3842 的 Vcc 比較器上下門限 范圍 16V/10V。還附加一個(gè)內(nèi)部電路，是得任何時(shí)候只有欠電壓鎖定有效，輸出就進(jìn)入灌入式，這個(gè)特性使外部下拉電阻不再需要。參考部分具有短路保護(hù)功能并能想附加控制 電路供電提供 200mA 的電流。為了最大限度地降低分壓器對電池的影響，分壓器的電阻值應(yīng)該足夠大，但阻值過高又會(huì)使噪聲抑制能力下降，因此分壓器的電阻值應(yīng)在 100kΩ 1M 之間選取。采樣電壓為原電壓的十分之一。 P10 端控制放電電路 。 如圖 ， 功率MOSFET屬于電壓型控制器件，只要 柵極和源極之間施加的電壓超過其閾值電壓就會(huì)導(dǎo)通。 但它不能提供負(fù)壓，故其抗干擾性較差。 圖 BUCK 電路原理圖 b 電路計(jì)算： 輸入電壓： 60VDC，輸出電壓 2450V，紋波電壓為輸出電壓的 %，即△Vo/Vo%，工作頻率 定為 20KHz。故電池浮充階段的等效電阻約為R=U/I=27/則：（ 1）占空比： D=Vo/Vs=24／ 60~48／ 60=~. （ 2）臨 界電感 : Lc=(1D)RTs/2=／ 2*20*1000=18(mH) (3) 取電感量為臨界電感的 2 倍即： 36mH （ 4）峰值電流： Itp=Vo/Rmin+Vo(1D)Ts/2L=48／ 600+48*3*／ 2*36=. (5): Δ Vo=Vo(1D)Ts2/8LC 即 C=Vo(1D)Ts2/8LΔ Vo C=48**50*50 / 8*36*1000**48= 單片機(jī)控制單元設(shè) 計(jì) a 單片機(jī)的選取 AT89S52 為 ATMEL 所生產(chǎn)的一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編程 Flsah 存儲(chǔ)器。 AT89S52 主要功能列舉如下： 擁有靈巧的 8 位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash 晶片內(nèi)部具時(shí)鐘振蕩器（傳統(tǒng)最高工作頻率可至 12MHz） 內(nèi)部程序存儲(chǔ)器（ ROM）為 8KB 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（ RAM）為 256 字節(jié) 具有 32 個(gè)可編程 I/O 口線 具有 8 個(gè)中斷向量源 三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 三級加密程序存儲(chǔ)器 全雙工 UART 串行通道 圖 芯片封裝 b. AT89S52 系統(tǒng)： 如圖 : AT89S52單片機(jī)最小系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成： 晶振電路，單片機(jī)要想工作必須有一個(gè)外部的時(shí)鐘源，這個(gè)時(shí)鐘源由外部晶振產(chǎn)生，具體電路 為圖中的 Y C C3，在做電路板時(shí)應(yīng)注意晶振和電容要靠近 18 腳和 19 腳放置，如果放置過 遠(yuǎn)可能會(huì)造成晶振不能起振，或工作不穩(wěn)定。 復(fù)位電路，復(fù)位電路包括上電復(fù)位和手動(dòng)復(fù)位兩部分， 52系列單片機(jī)多為高電平復(fù)位， 也就是說 RST（ 9）腳上只要有持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的高電平就能使單片機(jī)復(fù)位，因此上電復(fù)位的原 理就是利用電容充電的一段時(shí)間將復(fù)位腳拉至高電平，使單片機(jī)完成復(fù)位， C01 可以選用 104 或 105 之類的瓷片電容， R1 在電容充電結(jié)束后將復(fù)位腳拉至低電平，保證單片機(jī)正常工作。 圖 AT89S52 系統(tǒng)接線 溫度采集及 AD 轉(zhuǎn)換單元設(shè)計(jì) a 溫度采集 在設(shè)計(jì)中，需要隨時(shí)的對電池和 CPU 進(jìn)行溫度測量，在這里我們采用 18b20溫度傳感器對溫度進(jìn)行采集。信息通過 18b20 送入或送出，因此從中央處理器到 18b20 僅需要連接一根線。 為了使 18b20 能完成準(zhǔn)確的溫度轉(zhuǎn)換，當(dāng) 溫度發(fā)生變化時(shí)， I/O 線上必須提供足夠的功率。 18b20 通過使用在板溫度測量專利技術(shù)來測量溫度。 b AD 轉(zhuǎn)換 這一器件選用美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種 8 位分辨率，雙通道 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ADC0832。 CH1 模擬輸 入通道 1，或作為 IN+/使用 . GND 芯片參考 0電位（地）。 D0 數(shù)據(jù)信號輸出，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出。 Vcc/REF 電源輸入及參考電壓輸入（復(fù)用）。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在 0~5V 之間。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變得更加方便。 (3). 單片機(jī)對 ADC0832 的控制原理： 正常情況下 ADC0832 與單片機(jī)的接口為 4條數(shù)據(jù)線，分別是 CS,CLK,DO,DI. 但由于 DO 端與 DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效并與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將 DO,DI 并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)上使用。當(dāng)要進(jìn)行 AD轉(zhuǎn)換時(shí)，須將 CS 使能端置為低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。在第一個(gè)時(shí)鐘脈沖的下沉之前 DI 端必須是高電平，表示啟動(dòng)信號。 表 功能表 如表一所示，當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為“ 1”，“ 0”時(shí)，只對 CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng) 2位數(shù)據(jù)為“ 0”，“ 0”時(shí)，將 CHO 作為正輸入端 IN+,CHI 作為負(fù)輸入端 IN進(jìn)行輸入。