電動汽車智能充電系統(tǒng)開發(fā)【充電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)】【優(yōu)秀畢業(yè)課程設(shè)計(jì)】

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第 I 頁 摘 要 該文設(shè)計(jì)的是鉛酸蓄電池智能充電控制系統(tǒng)，文中主要提及蓄電池充電方法的研究與充電控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。在通過有關(guān)蓄電池充電原理與充電方法研究的基礎(chǔ)上，使用恒壓充電與恒流充電相結(jié)合的三階段式充電方法。該充電方法結(jié)合了恒壓和恒流充電的優(yōu)點(diǎn)，避免了在充電初期用大電流充電導(dǎo)致電池過充電和損壞充電設(shè)備等現(xiàn)象，又避免了用恒壓充電初始階段對蓄電池自身造成的大電流的沖擊，在最后一個階段采用小電流充電能最大限度的使蓄電池充滿并且不損壞蓄電池，起到了很好的充電效果。 論文主要內(nèi)容如下：介紹了鉛酸蓄電池的各種充電方法，并且比較 了各種充電方法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)；圍繞 片機(jī)，設(shè)計(jì)了充電系統(tǒng)的硬件電路，包括整流濾波電路，換電路，電池電路，保護(hù)電路，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，差分放大電路；電流電壓檢測電路，輔助電源電路， 示電路等電路。 最后對所設(shè)計(jì)的鉛酸蓄電池充電系統(tǒng)的硬件和軟件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)調(diào)試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性以及所用的充電放法的可行性和有效性。 關(guān)鍵詞 ：鉛酸蓄電池；三階段式；恒壓充電；恒流充電； 片機(jī) 第 he a of in On of on of of To in a to of of by of By is in be a of as of On of of is In of of of 目錄 目 錄 摘 要 ......................................................................................................................................... I ............................................................................................................................. 緒論 ...................................................................................................................................... 1 文研究背景 ................................................................................................................... 1 目可行性分析 ............................................................................................................... 1 結(jié) ................................................................................................................................... 2 2 汽車蓄電池簡介 .................................................................................................................. 3 電池的種類 ................................................................................................................... 3 酸蓄電池工作原理 ....................................................................................................... 3 酸蓄電池的充電方式 ................................................................................................... 4 ........................................................................... 4 ........................................................................................... 4 ............................................................................................... 4 酸蓄電池的快速充電理論 ........................................................................................... 5 ........................................................................................... 5 ................................................................................... 6 ................................................................................................................... 6 ........................................................................................................... 7 結(jié) ................................................................................................................................... 7 3 基本設(shè)計(jì)方案 ...................................................................................................................... 8 體設(shè)計(jì)方案 ................................................................................................................... 8 ........................................................................................................... 8 ................................................................................................... 8 ........................................................................................................... 8 ................................................................................................... 8 電系統(tǒng)的充電方法的控制與實(shí)現(xiàn) ............................................................................... 9 結(jié) ................................................................................................................................... 9 4 充電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) ............................................................................................................ 10 相橋式整流、濾波電路 ............................................................................................. 10 路 ..................................................................................................................... 11 .............................................................................................. 12 制電路 ................................................................................................................ 13 池電路和保護(hù)電路 ..................................................................................................... 14 池電壓和充電電流檢測電路 ..................................................................................... 15 目錄 片機(jī)控制處理系統(tǒng) ..................................................................................................... 16 ............................................................................................................. 16 ................................................................................................. 17 ..................................................................................... 18 示屏的選擇 ......................................................................................................... 20 ............................................................................................................. 20 ............................................................................................ 21 ............................................................................................................. 22 示電路 ................................................................................................................. 22 助電源電路 ................................................................................................................. 23 2........................................................................ 23 2.......................................................................................... 23 2.................................................................................. 24 25........................................................................................ 24 章小結(jié) ....................................................................................................................... 24 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) .................................................................................................................... 25 統(tǒng)主程序設(shè)計(jì) ............................................................................................................. 25 塊子程序設(shè)置 ............................................................................................................. 26 ................................................................................. 26 ........................................................................................ 26 結(jié) ................................................................................................................................. 27 6 智能充電系統(tǒng)樣機(jī)調(diào)試 .................................................................................................... 28 件電路的調(diào)試 ............................................................................................................. 28 ..................................................................................................... 28 ......................................................................................................... 29 件系統(tǒng)調(diào)試 ................................................................................................................. 29 .......................................................................................................... 29 ，以化石能源為主的世界能源正逐步枯竭，因?yàn)樽鳛槭澜缒茉吹闹匾M成部分的化石能源是不可再生資源，化石能源也對地球造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，加入人們無法改變能源的使用結(jié)構(gòu)，那么人類將面臨巨大的 生存威脅。在這樣嚴(yán)峻的能源背景下，研發(fā)和發(fā)展清潔能源成為當(dāng)今人類的主要任務(wù)。時下在各國之間最熱門和流行的新清潔能源非動力蓄電池莫屬，以蓄電池為動力來源的電動車已經(jīng)被稱作新世紀(jì)的綠色工程，這個綠色工程迫使傳統(tǒng)的汽車工業(yè)發(fā)展進(jìn)入到一個全新的關(guān)乎人類進(jìn)步的領(lǐng)域。電動車中的車體、控制器、電動機(jī)這三大主要部分在理論和實(shí)際應(yīng)用技術(shù)上已經(jīng)很成熟，但是另外兩個大部件：蓄電池和其充電器的研究和發(fā)展卻無法滿足較高的品質(zhì)需求。它們有很多理論及技術(shù)還需大量投入力量去攻關(guān)，這已經(jīng)成為交通發(fā)展的瓶頸?，F(xiàn)在我國的電動車所用的動力蓄電池主 要以鉛酸蓄電池為主，這是因?yàn)檫@種蓄電池有成本較低，無記憶效應(yīng)，技術(shù)較成熟，電池的容量大，跟隨負(fù)荷輸出特性好，電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。這相比其他的高性能電池如燃料電池，鋰電池等有很大的競爭優(yōu)勢。這就使得鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用在通信、交通、鐵路，國防及農(nóng)業(yè)等部門。近年全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池通過它密封好、沒有泄漏、沒有污染等優(yōu)點(diǎn)，不但能保護(hù)人與各種各樣用電的設(shè)備的安全，而且其在整個壽命期間，不需要什么維護(hù)，因此帶開了鉛酸蓄電池的發(fā)展篇章。現(xiàn)在通訊設(shè)備大多是使用免維護(hù)的電池來作為它們的備用電源，很多電子設(shè)備的無間斷電源系統(tǒng)也大多是用免維護(hù)電池，除此之外在汽車，應(yīng)急燈和輪船等也越來越多的開始用免維護(hù)電池?？墒?，由于不正確的充電方法，導(dǎo)致充電的技術(shù)沒辦法適應(yīng)這種電池的特殊要求，這就使電池非常難達(dá)到預(yù)定的使用壽命。雖然這些年來蓄電池技術(shù)有著令人振奮的進(jìn)步，但是作為其能量補(bǔ)充的主要部件充電器的發(fā)展卻無法跟上步伐，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)的充電方式的充電時間太長，快速充電的技術(shù)到現(xiàn)在都沒能解決，嚴(yán)重的阻礙了電動車的普及和發(fā)展。而且目前我們國家工農(nóng)業(yè)運(yùn)輸設(shè)備需要大量的蓄電池，可是因?yàn)槌潆娫O(shè)備過于落后充電的方法也不是很科學(xué)，因此，需要盡快設(shè)計(jì)出一種 新的智能充電系統(tǒng)來滿足社會各行各業(yè)的需求。 目可行性分析 電動車的充電系統(tǒng)的問題主要是有兩方面，一方面是充電模式，另一方面充電參數(shù)。一個充電系統(tǒng)要想性能優(yōu)良就要解決很多理論問題，比如如何減少電池的極化效應(yīng)的影響；如何減少或防止電池的失水效應(yīng)；還有如何去除充電給電池造成的鹽化等。目前，傳統(tǒng)的充電器充電速度慢，充電時間過長，充電效率低，對電池容易造成損傷，而快速充電技術(shù)也還沒能完全解決，因此的現(xiàn)在的電動車大多都有續(xù)航里程短，電池維護(hù)頻繁 第 2 頁 共 48 頁 等問題。電動車所用的動力電池一般都在較長的時間中持續(xù)放出中等電流 ，而在起動、加速或爬坡這些情況時為大電流放電，蓄電池大多工作在深度放電區(qū)。所以，車用動力蓄電池快速充電系統(tǒng)的研究就特別有必要。 目前對于蓄電池的充電方式有很多種，早期的方式不是采用恒壓充電，就是采用恒流充電。如果使用恒壓充電，這種充電方式在充電的前期電流很大，很容易使極板極化，最嚴(yán)重的是變成的電解水會造成電池內(nèi)部溫度升高和電壓升高，這樣就會增大電池里的氣體析出，最終使極板變彎曲導(dǎo)致電池報廢。所以早期的充電方式大多采用恒流的方式，但是如果整個充電過程一直采用恒流充電，在充電的后期很多部分的電流會用在電解水，造 成析出氣體量很大，從而使電解液升溫沸騰，這樣不但浪費(fèi)電能，沸騰的電解液沖擊極板，會使極板的活性物質(zhì)掉落，使電池提早報廢。因此發(fā)展到現(xiàn)在，世界通用的充電方式是采用分段式充電，這種方式是先是恒流充電，再進(jìn)行恒壓充電，伴隨著充電電流逐步下降，從而減弱電解液的沸騰現(xiàn)象，進(jìn)而保護(hù)極板。 結(jié) 本章介紹了當(dāng)今世界上蓄電池的充電技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，以及論文研究背景、 項(xiàng)目可行性。 第 3 頁 共 48 頁 2 汽車蓄電池簡介 電池的種類 蓄電池的組成部分有三個：進(jìn)行還原反應(yīng)的陰極，進(jìn) 行氧化反應(yīng)的陽極以及將陰極反應(yīng)和陽極反應(yīng)容納在一起的電解液?；钚晕镔|(zhì)是在電極里發(fā)生氧化或者還原反應(yīng)的物質(zhì)。目前的蓄電池主要有四種：鉛酸蓄電池，鋰離子蓄電池，鎳鎘蓄電池還有鎳金屬氧化物蓄電池。根據(jù)電池的不同特性，各種電池的使用場合和對象也是不一樣的。 蓄電池是依據(jù)電池的內(nèi)阻、能量密度以及電池的容量來選擇，它們的品質(zhì)直接定下了電池能為產(chǎn)品提供的電能品質(zhì)。對于放電速率要求較低的產(chǎn)品，例如手提視頻設(shè)備、筆記本電腦、蜂窩電話機(jī)等就可以選擇鋰離子蓄電池或者鎳金屬氧化物蓄電池，這是因?yàn)檫@些產(chǎn)品的長期電流的消耗較小 ，而這兩種蓄電池的內(nèi)阻較大，從而限制了峰值放電電流的大小，長期電流消耗較小的產(chǎn)品就很適合用這兩種蓄電池。相反，鉛酸蓄電池和鎳鎘蓄電池的內(nèi)阻比較小，這就使它們能供給比較大的電流，對于放電速率要求要的產(chǎn)品就可以選擇這兩類電池，例如電動車、由電池供電的電動工具等。 因?yàn)殂U酸蓄電池價格便宜，電壓穩(wěn)定以及供電可靠的優(yōu)點(diǎn)，使得鉛酸蓄電池被廣泛的應(yīng)用。 酸蓄電池工作原理 蓄電池的充電是通過逆向的化學(xué)反應(yīng)將電能儲存在化學(xué)物質(zhì)里來實(shí)現(xiàn)的。因?yàn)樾铍姵乩锏幕瘜W(xué)也物質(zhì)不一樣，每種電池都有自己的特性，所以在 設(shè)計(jì)充電系統(tǒng)的時候應(yīng)該要先認(rèn)真了解明白這些特性，以防止各種充電問題的的發(fā)生而損壞蓄電池。鉛酸蓄電池需要先通過電源對它經(jīng)行充電，使其將電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能進(jìn)而存儲起來。二氧化鉛是鉛酸蓄電池的陽極活性物質(zhì)，陰極的活性物質(zhì)為海綿狀的金屬鉛，作為電解液的是稀硫酸，陽極和陰極電極化學(xué)反應(yīng)式分別是： 4 2 2 4b 2 b 3 2 O H O P O H S O H?????? ? ? ?? ??（ 2 44b 2 e O H P H S O?????? ? ?? ??（ 2 整個化學(xué)方程式為： 4 2 2 2 42 b 2 b 2 O H O P O H S O P? ???? ? ?? ? ?? 放 電（ 2 從方程式可以知道電池充電的時候，陽極產(chǎn)生的 陰極表面被還原成水，陰極也因?yàn)樯?極化電位變低，這樣就使陰極不析出氫氣，此時生成的 還原成海綿狀鉛，這就實(shí)現(xiàn)了蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)反應(yīng)?？梢钥闯鲈诔潆姷臅r候，電解液里面的水幾乎不損失，可以達(dá)到不加水的目標(biāo)。 第 4 頁 共 48 頁 酸蓄電池的充電方式 鉛酸蓄電池大方面上有 2種充電方法：第一種是使用小電流慢慢充的常規(guī)傳統(tǒng)方法；第二種是可以大幅縮短充電的時間以及增加電池的使用壽命的快速充電方法。 可是，因?yàn)殂U酸蓄電池帶有非線性，多變量及離散性等特征，現(xiàn)在所用的數(shù)學(xué)模型來創(chuàng)建出的充電系統(tǒng)不是太復(fù)雜就是充電效果不理想，這樣的充電系統(tǒng)根本就無法得到大面積的推廣和應(yīng)用。所以傳統(tǒng)的充電方法現(xiàn)在在各種生活和生產(chǎn)里仍然占據(jù)很大一部分的比例。就鉛酸蓄電池來說，傳統(tǒng)的充電方式充電效率不僅不高，還給蓄電池的使用壽命造成不良的影響。 以下將針對各種傳統(tǒng)的充電方式進(jìn)行介紹并對對其不足進(jìn)行分析，同時還會對論文使用的三階段式充電方式進(jìn)行介紹。 目前，鉛酸蓄電池傳統(tǒng)的充電 方式有恒壓充電法和恒流充電法等。這兩種方法在充電器中的控制電路較簡單，充電功率和效率都比較低。 恒流充電方式是在整個充電的過程都使鉛酸蓄電池的充電電流保持恒定不變。充電的時候充電電流值一般都選擇比較小，充電的時間一般都很長，這樣就避開了大電流的充電損壞蓄電池。這種方式的缺點(diǎn)是充電電壓會隨著充電時間逐漸變大，對電池的極板會造成很大的沖擊，電池氣體析出量較大，充電效率低下，能耗很高。所以這種充電方式多應(yīng)用在對蓄電池初始充電的場合。圖 這種充電方式電壓與電流的波形圖 。 圖 流充電法 鉛酸蓄電池恒壓充電法 這種充電方式是在整個充電的過程里都使鉛酸蓄電池的兩端電壓保持恒定不變，電流與電壓的波形如圖 充電的初始階段，電流非常大，隨著充電的進(jìn)行，電流呈 第 5 頁 共 48 頁 指數(shù)方式遞減，電池的電動勢逐漸遞增。在充電的最后階段，充電電流變得很小。整個充電過程中都不用調(diào)整電流的大小。這種方法簡單，因?yàn)殡娏髯詣訙p小，所以充電的過程中，氣體的析出量很小，如果充電電壓選擇恰當(dāng)，充電時間會變得較短。這種充電方式的缺點(diǎn)也很明顯：由于在充電的初始階段，假如電 池的放電深度太大，就會使充電電流很大，進(jìn)而會造成電池內(nèi)部溫度過高，從而損壞電池；如果選擇的充電電壓太低，而末尾階段的充電電流又太小，這樣就會加大充電時間，串聯(lián)數(shù)比較多的電池組就不適合這樣的充電方式。容量小、電壓低的蓄電池多用恒壓充電法。 圖 壓充電法 酸蓄電池的快速充電理論 針對傳統(tǒng)的充電方法恒流充電和恒壓充電方法的充電速率慢、使用不安全等無法彌補(bǔ)的缺點(diǎn)，很多的專家提出了變電流間歇充電理論、三階段充電理論以及脈沖充電理論等先進(jìn)的理論和技術(shù)。 充電原理 美國科學(xué)家 首的研究團(tuán)隊(duì)在對蓄電池充電過程進(jìn)行了大量而且很深入的研究后找到了產(chǎn)生析氣現(xiàn)象的規(guī)律和原因，從而提出了以最低吸氣率為前提的電池可接受的充電電流曲線 [1]。該曲線如圖 示。在任一個蓄電池充電時刻，蓄電池可以接受的充電電流大小為： 0 e ???（ 2 這個公式中， i 為任一時刻 t 蓄電池可承受的最大充電電流； 那個時刻的最大起始電流； ? 為衰減率常數(shù)。 從圖 以知道，蓄電池充電的時候如果充電電流只要低過電池可接受的最大電流，其自身就不產(chǎn)生氣泡，但是如果充電電流大過電池可接受的最大電流，超過的那部 第 6 頁 共 48 頁 分電流并不能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能存儲在電池中，而是促進(jìn)了電池里面的水的電解，從而產(chǎn)生氣體析出。充電起始階段的電流和電池可接受的電流相比起來很小，會使充電時間加長。在充電的末階段充電電流與電池可接受充電電流相比起來很大，會導(dǎo)致蓄電池的析氣現(xiàn)象加劇 圖 電池充電電流可接受曲線 為了在充電初期階段獲取到最大的充電量，初期的電流采用最佳充電電流值來替換恒電流充電，恒流充電段改成限壓變電流間歇充電段；為了獲得過充電量，在末期階段使用定電流充電，將電池恢復(fù)至完全放電狀態(tài) [2]，原理如圖 示。 圖 電流間歇式正負(fù)脈沖充電法 間歇的變電流對蓄電池進(jìn)行充電能將電池充電過程產(chǎn)生的氧氣在足夠的時間里進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而重新被吸收，這樣就降低了電池內(nèi)部的電壓，使下一次的恒流充電進(jìn)行得更加順利，將更多的電能充進(jìn)蓄電池。 脈沖充電法是使用脈沖電流或者脈沖電 壓的對蓄電池進(jìn)行充電，并在充電電流或者電壓中疊加一定的負(fù)脈沖，或者在充電時突然停止充電一小段時間，這樣就可以把蓄電池的極化電壓降下來同時減少蓄電池析氣現(xiàn)象 [3]。圖 原理波形圖。 蓄電池能否快速充電的一個主要因素是極化電壓，若想快速的進(jìn)行充電，就一定要 第 7 頁 共 48 頁 消除掉極化電壓對蓄電池的影響。恰到好處的停充或者疊加負(fù)脈沖能助于極化現(xiàn)象的消除。 圖 脈沖充電法 三階段式充電法充分結(jié)合和利用了恒流充電及恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)并去除了這兩種方法的缺點(diǎn)，在充電的起始階段使用 大電流來充電，這樣就讓蓄電池在短時間內(nèi)儲存很多的電能。這樣經(jīng)過一時間后改用恒壓充電，是電流降下來。這樣經(jīng)過一段時間達(dá)到很小的電流的時候采用恒流充電，這個階段也叫浮充充電階段。原理如圖 示。 圖 階段式充電法 由此可以知道，這種充電法避開了在充電的起始階段用大電流充電造成電池過度充電及損壞充電設(shè)備的現(xiàn)象，還避免了初始階段恒壓充電對電池帶來的大電流沖擊。在最后的充電階段，小電流的充電能盡量使蓄電池電量充滿而且不對蓄電池造成損壞，這是非常好的充電效果。 結(jié) 本章先主 要分析了蓄電池的種類及工作原理，并在此基礎(chǔ)上詳細(xì)分析了各種傳統(tǒng)充電方法和目前各種較流行的快速充電法的原理和優(yōu)缺點(diǎn)。 第 8 頁 共 48 頁 3 基本設(shè)計(jì)方案 體設(shè)計(jì)方案 本設(shè)計(jì)采用的總體方案是先構(gòu)建各個功能模塊，然后再將各個模塊組合起來的方式來實(shí)現(xiàn)方案。 如恒壓充電，恒流充電等； 如反流、過流保護(hù)等； 如充電電壓，充電電流的顯示等。 充電器能不能快速安全可靠地對蓄電池進(jìn)行充電很大程度上 取決于所用的充電方法，不一樣的充電方法所來的充電速度和效果差距是很大的。所用的充電方法要求可以最大程度的提高電池充電速率，使電量充滿時間很短。 三段式充電法避開了在充電的起始階段用大電流充電造成電池過度充電及損壞充電設(shè)備的現(xiàn)象，還避免了初始階段恒壓充電對電池帶來的大電流沖擊。在最后的充電階段，小電流的充電能盡量使蓄電池電量充滿而且不對蓄電池造成損壞，這是非常好的充電效果。 根據(jù)任務(wù)書的要求和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，充電的各階段參數(shù)如下： 電池型號：超威 612第一階段：恒流充電，以 700流充電；電池電壓達(dá)到 進(jìn)入恒壓充電。 第二階段：恒壓充電，以 壓充電；電流降到 120，進(jìn)入浮充充電。 第三階段：浮充充電，以 120電。 本充電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖如圖 示，它包括將 220V 交流電進(jìn)行整流和濾波的整流電路，輔助電源電路，由 做開關(guān)器件的直流變直流轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)控制電路，電流電壓檢測電路以及 示電路等。充電系統(tǒng)的電路原理圖和 如附錄中電動汽車智 能充電系統(tǒng)原理圖及電動汽車智能充電系統(tǒng) 所示。 第 9 頁 共 48 頁 M C U 控制處理系統(tǒng)電壓采集電路220 V a c 市電 變壓 、 整流 、 濾波輔助電源液晶顯示電流采集電路和放大電路A D C 轉(zhuǎn)換電路 關(guān)電路 充電電池P W M 驅(qū)動電路圖 電系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖 電系統(tǒng)的充電方法的控制與實(shí)現(xiàn) 為了實(shí)現(xiàn)三階段式充電法，我設(shè)計(jì)了以 片機(jī)為控制器的控制系統(tǒng)，將檢測到的電池端電壓、充電電流、電池電量等狀態(tài)信息，送到 行處理以及判斷，以此來選擇充電階段，實(shí)現(xiàn)智能充電。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)很簡單，方便操作，成本也很低。 結(jié) 本章給出了本設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)方案，并介紹了方 案中的各個部分，包括充電方法的選擇、充電參數(shù)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖等。 第 10 頁 共 48 頁 4 充電系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 相橋式整流、濾波電路 整流電路是將一種交流電轉(zhuǎn)換成另一種交流電的電路，這個電路是利用二極管的單向?qū)щ娮饔脕韺?shí)現(xiàn)的，所以二極管是整流電路的關(guān)鍵元件 [5]。電容的目的是把輸出的整流電壓中的紋波濾掉，它是濾波電路中關(guān)鍵元件。濾波電路還可以由輸出端和負(fù)載間串聯(lián)電感器或者電容和電感組合來構(gòu)成。圖 該電路的電路圖。 整流橋一般是由四個整流二極管接成電橋的形式，當(dāng) 正向?qū)〞r，二極管可以流過很大 的電流，導(dǎo)通壓降典型值是 果二極管加反向電壓，二極管只可以流過非常小的反向電流，二極管可以承受很高的反向電壓。整流橋是相對的二極管組成一組輪流導(dǎo)通的。 圖 相橋式整流濾波電路 為了使充電電壓達(dá)到 12V，整流輸出電壓至少要達(dá)到 20V，即負(fù)載電壓 0V。 由電容濾波電路的負(fù)載電壓 變壓器二次側(cè)的電壓 關(guān)系約為： 2(1 . 1 ~ 1 . 2 ) 4 這里 取 算得 慮實(shí)際的變壓器選擇， 15V。 則 電源變壓器將 220V 交流電降壓成 15V 交流電后， 15V 交流電的接入口。 1. 整流橋的選擇 本課題充電電流要求為 0~1A，為了達(dá)到要求，這里的負(fù)載電流 少取 1A，考慮到裕度，取 2A。 流經(jīng)二極管的平均電流： 11 2122 A A? ? ? ? （ 4 二極管受到的最大反向電壓： 22 2 1 V??（ 4 因此可以選用整流橋堆 允許的最大平均整流電流為 3A，最大反向電壓為 700V。 第 11 頁 共 48 頁 2. 濾波電容的選擇 負(fù)載電阻： / 2 0 / 2 1 0 L L I? ? ? ? ? （ 4 為了負(fù)載電壓能平滑，一般電容器的充電時間常數(shù)： R ( 3 ~ 5 ) 2L ? ? ? （ 4 由此可得濾波電容： 0 . 0 4 0 . 0 0 4 4 0 0 010 F?? ? ??考慮到市電波動 10%? ，那么電容會承受到的最高電壓為： 22 1 . 1 2 3 . 3 V? ? ?（ 4 由于在一個單位體積中電解電容的電容量比其它種類的電容要大很多。 故可選用標(biāo)稱值 4 7 0 0 / 5 0的電解電容器。 路 直流斬波電路是把一種直流電轉(zhuǎn)換為另一種直流電的電 路。最基本的電路有兩種：降壓斬波電路和升壓斬波電路。 降壓斬波電路是一種輸出電壓小于或等于輸入電壓的 換電路。電路的原理如圖 示。 圖 壓斬波電路 輸入輸出電壓分別為 載是電阻 R。在實(shí)際運(yùn)用中 S 常用 全控型電力電子元件，根據(jù)調(diào)制輸出電壓平均值的方式， S 的控制方式有三種： 不變，調(diào)節(jié)開關(guān)的導(dǎo)通時間 為脈沖寬度調(diào)制（ 變，改變開關(guān)周期 T，稱為頻率調(diào)制或調(diào)頻型。 3. T 都可調(diào)，使占空比改變，稱為混合型 [4]。 當(dāng) S 導(dǎo)通，電源給負(fù)載 R 提供電能，負(fù)載上的電壓 i，流過負(fù)載的電流呈指數(shù)形式上升。當(dāng) S 關(guān)斷，負(fù)載電流通過續(xù)流二極管 流，負(fù)載的電壓為 0，負(fù)載電流 第 12 頁 共 48 頁 呈指數(shù)的形式下降。到一個周期 T 結(jié)束，開關(guān) S 再重復(fù)循環(huán)之前周期的工作過程，那么在一個周期內(nèi)，負(fù)載電流的初值和終值相等，負(fù)載電壓的平均值為 i io f ?（ 4 導(dǎo)通占空比 ，可知 大為 降壓斬波電路的特點(diǎn)是：只能降壓，輸入和輸出的電壓的極性相同，輸入電流脈動比較大，輸出電流脈動比較小。 第一節(jié)已經(jīng)假定整流濾波的輸出電壓為 20V， 通過原理圖可知 路的輸入電壓為 20V 左右，而輸出電壓為 15V 左右，就要采用降壓斬波電路，其原理圖如圖 圖 實(shí)際的降壓斬波電路 這里的功率開關(guān)器件可以采用以下三種全控型電力電子元件： 比其它普通的晶體管，它的耐壓性能好、能通過的電流大，開關(guān)特 性也好，但是因?yàn)轵?qū)動電路比較復(fù)雜，驅(qū)動的功率也很大等原因，其已大多被絕緣柵雙極晶體管和電力場效應(yīng)晶體管替代。 電力 用柵極電壓來控制漏極電流的，所以驅(qū)動電路比較簡單，擁有很快的開關(guān)速度，最大工作頻率高。但是由于它的電流容量較小，耐壓程度低，所以只能適用功率沒有超過 10裝置。 有了 優(yōu)點(diǎn)，適用在中小功率的裝置。 考慮到本充電系統(tǒng)功率不大，這里的功率開關(guān)器件 用 N 溝道增強(qiáng)型場效 應(yīng)功率晶體管，產(chǎn)品型號為 最大漏極電流 33A，最高柵源間電壓 10V， 第 13 頁 共 48 頁 最高漏源電壓 100V。 電阻 成吸收電路，來減少開關(guān)動作時的毛刺，也就是吸收尖峰脈沖。其原理是當(dāng) 斷瞬間， 的漏源電壓 高，通過 路對 電，吸收了關(guān)斷瞬