1、 安徽工貿職業(yè)技術學院畢業(yè)設計（論文） PAGE 1智能電池充充電器的的設計摘要 本文文著重介介紹了慢慢脈沖智智能充電電方法的的應用，同同時還介紹了了關于慢脈脈沖快速速充電方方法的基基本原理理，其中中本文主主要以對對電瓶的的充電為為例，利利用慢脈脈沖快速速充電的的方法來提高充充電速度度。在充充電過程程中主要要選擇用用單片機機控制，實實現(xiàn)對過過沖保護護。該系系統(tǒng)具有有自動化化程度高高、運行行費用低低、工作作可靠性性能強等等優(yōu)點。由于鉛酸蓄蓄電池維維護簡單單、價格格低廉、供供電可靠靠、使用用壽命長長，廣泛泛作為汽汽車、飛飛機、輪輪船等機機動車輛輛或發(fā)電電機組的的啟動電電源，也也在各類類需要不不間斷

2、供供電的電電子設備備和便攜攜式儀器器儀表中中用作一一些電器器及控制制回路的的工作電電源。隨隨著經濟濟的發(fā)展展，大容容量蓄電電池的應應用迅速速增加，人人們希望望能快捷捷、安全全地對蓄蓄電池進進行充電電。因此此，為了了適應市市場的需需求，我我們需要要設計一一種鉛蓄蓄電池智智能充電電器。關鍵詞：智智能電瓶瓶充電器器 889S551單片片機 傳感器器 Desiggn oof iinteelliigennt ccharrgerrAbstrractt Thiss arrticcle maiinlyy inntrooducces thee sllow pullse inttellligeent chaarg

3、iing metthodd off apppliicattionn, aand alsso iintrroduucess thhe ssloww puulsee faast chaargiing metthodd abboutt thhe bbasiic pprinncipple of thiis aartiiclee maainlly tto tthe stooragge ccharrge as an exaamplle, thee usse oof ssloww puulsee faast chaargiing metthodd too immproove thee sppeedd off

4、 thhe ccharrge. Duurinng ccharrginng mmainnly chooosee too usse ssinggle chiip mmicrrocoompuuterr coontrrol, reealiize-thee blluntt prroteectiion. Thhe ssysttem hass a higgh ddegrree of auttomaatioon,llow opeerattingg coost, reeliaablee peerfoormaancee iss sttronng, etcc.Due tto tthe leaad-aacidd ba

5、atteery simmplee maainttenaancee annd llow priicess, ppoweer ssuppply relliabbiliity, seerviice liffe iis llongg, wwidee ass caars, pllanees aand shiips mottor vehhiclle oor tthe staartiing powwer genneraatinng sset, allso in alll kiindss off neeed a cconttinuuouss suupplly oof eelecctroonicc deevic

6、ces andd poortaablee innstrrumeentss foor ssomee apppliiancces andd coontrrol cirrcuiit wworkk poowerr. WWithh thhe ddeveeloppmennt oof eeconnomyy, tthe apppliccatiion of thee laargee caapaccityy baatteery rappidlly, andd peeoplle hhopee too faast, saafelly tto ccharrge thee baatteery. Thhereeforre,

7、 in ordder to adaapt to thee deemannd oof tthe marrkett, wwe nneedd too deesiggn aa kiind of leaad bbattteryy inntellliggentt chhargger.Keywoordss：Inttelllinggentt baatteery chaargeer 89SS51 sinnglee chhip miccroccompputeer Sennsorr目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc18747 引 言 PAGEREF _Toc18747 1 HYPER

8、LINK l _Toc4107 第1章 基本理理論介紹紹 PAGEREF _Toc4107 2 HYPERLINK l _Toc979 1.1 鉛鉛蓄電池池充電理理論基礎礎 PAGEREF _Toc979 2 HYPERLINK l _Toc22918 1.2 充充電方法法的研究究 PAGEREF _Toc22918 3 HYPERLINK l _Toc26682 1.2.11 快速速充電技技術 PAGEREF _Toc26682 4 HYPERLINK l _Toc25577 1.2.22 脈沖沖快速充充電法的的理論基基礎 PAGEREF _Toc25577 6 HYPERLINK l _T

9、oc13289 1.4 充充電方法法設計 PAGEREF _Toc13289 7 HYPERLINK l _Toc2930 1.4.11 預充充電 PAGEREF _Toc2930 7 HYPERLINK l _Toc15399 1.4.22 脈沖沖快速充充電 PAGEREF _Toc15399 7 HYPERLINK l _Toc6730 1.4.33 補足足充電 PAGEREF _Toc6730 8 HYPERLINK l _Toc11407 1.4.44 浮充充電 PAGEREF _Toc11407 8 HYPERLINK l _Toc14182 第2章 設計方方案論證證 PAGEREF

10、 _Toc14182 9 HYPERLINK l _Toc15072 2.1 論論證方案案 PAGEREF _Toc15072 9 HYPERLINK l _Toc18850 2.2 控控制方式式 PAGEREF _Toc18850 9 HYPERLINK l _Toc569 第3章 硬件電電路設計計 PAGEREF _Toc569 10 HYPERLINK l _Toc22673 3.1 充充電器主主電路設設計 PAGEREF _Toc22673 10 HYPERLINK l _Toc2338 3.1.11 整流流電路設設計 PAGEREF _Toc2338 10 HYPERLINK l _

11、Toc205 3.1.22 半橋逆逆變電路路 PAGEREF _Toc205 11 HYPERLINK l _Toc20771 3.1.33 開關關變壓器器的設計計計算 PAGEREF _Toc20771 12 HYPERLINK l _Toc32720 3.1.44 變頻頻整流電電路 PAGEREF _Toc32720 13 HYPERLINK l _Toc939 3.2 控控制電路路的設計計 PAGEREF _Toc939 14 HYPERLINK l _Toc15267 3.2.11 傳感感檢測電電路 PAGEREF _Toc15267 14 HYPERLINK l _Toc12181

12、3.2.22 單片片機電路路 PAGEREF _Toc12181 17 HYPERLINK l _Toc3293 3.3 整整體電路路設計 PAGEREF _Toc3293 18 HYPERLINK l _Toc25499 3.4 程程序流程程圖 PAGEREF _Toc25499 20 HYPERLINK l _Toc1485 結 論 PAGEREF _Toc1485 21 HYPERLINK l _Toc5478 致 謝 PAGEREF _Toc5478 22 HYPERLINK l _Toc1988 參考文獻 PAGEREF _Toc1988 23引 言電瓶，也就就是蓄電電池，它它是電池

13、池的一種種，它的的工作原原理就是是利用化化學能轉轉變?yōu)殡婋娔堋?通常，日日常生活活中的電電瓶就是是指鉛酸酸蓄電池池。它主主要是由由鉛及其其氧化物物制成的的，電解解液為硫硫酸溶液液的蓄電電池。一般它用填填滿了海海綿狀的的鉛的鉛鉛板作負負極，填填滿了二二氧化鉛鉛的鉛板板作正極極，并用用2228的稀硫硫酸作電電解質。充充電時，電電能轉化化為化學學能，放放電時化化學能又又轉化為為電能。電電池在放放電時，金金屬鉛是是負極，發(fā)發(fā)生氧化化反應，被被氧化為為硫酸鉛鉛；二氧氧化鉛是是正極，發(fā)發(fā)生還原原反應，被被還原為為硫酸鉛鉛。電池池內部發(fā)發(fā)生氧化化和還原原反應。在在用直流流電給電電池充電電時，兩兩極分別別生成

14、了了鉛和二二氧化鉛鉛。除去去電源后后，它就就會恢復復到之前前放電前前的狀態(tài)態(tài)，即化化學電池池。鉛蓄蓄電池可可以反復復充電、放放電，所所以也叫叫二次電電池。日日常生活活中家用用小電器器中通常常都是把把鉛蓄電電池串聯(lián)聯(lián)起來使使用，這這樣就可可以得到到符合用用電器的的正常電電壓。 由于鉛鉛酸蓄電電池維護護簡單、價價格低廉廉、供電電可靠、使使用壽命命長，廣廣泛作為為汽車、飛飛機、船船等機動動車輛或或發(fā)電機機組的啟啟動電源源，也在在各類需需要不間間斷供電電的電子子設備和和便攜式式儀器儀儀表中用用作一些些電器及及控制回回路的工工作電源源。隨著著經濟的的發(fā)展，大大容量蓄蓄電池的的應用迅迅速增加加，人們們希望

15、能能快捷、安安全地對對蓄電池池進行充充電，而而現(xiàn)有市市場銷售售的充電電器充電電電流多多為200A。為為了滿足足人們對對大功率率充電器器的需求求，設計計了一款款基于LLPC9933充電電電流500A、充充電功率率7400W、功功能完善善、可擴擴充的智智能充電電器。鉛鉛酸蓄電電池的制制造成本本低、容容量大、價價格低廉廉，使用用十分廣廣泛。由由于其固固有的特特性，若若使用不不當，壽壽命將大大大縮短短。影響響鉛酸蓄蓄電池壽壽命的因因素很多多，采用用正確的的充電方方式，能能有效延延長蓄電電池的使使用壽命命。因此此，設計計一種全全新的智智能型鉛鉛酸蓄電電池充電電器是十十分必要要的。第一章 基本理理論介紹紹

16、1.1 鉛鉛蓄電池池充電理理論基礎礎上世紀600年代中中期，美美國科學學家馬斯斯對蓄電電池的充充電過程程作了大大量的試試驗研究究，并提提出了以以最低出出氣率為為前提的的，蓄電電池可接接受的充充電曲線線，如圖圖1-11所示。實實驗表明明，如果果充電電電流按這這條曲線線變化，就就可以大大大縮短短充電時時間，并并且對電電池的容容量和壽壽命也沒沒有影響響。原則則上把這這條曲線線稱為最最佳充電電曲線，從從而奠定定了智能能充電方方法的研研究方向向。 i=iei=ieti0圖1-1 最佳佳充電曲曲線由圖1-11可以看看出：在在初始充充電時的的電流很很大，但但是隨時時間的增增加電流流變小的的很快。主主要原因因

17、是充電電過程中中產生了了極化現(xiàn)現(xiàn)象。在在密封式式蓄電池池充電過過程中，正正極板產產生氧氣氣，當氧氧氣不能能被及時時吸收時時，便堆堆積在正正極板，使使電池內內部壓力力加大，電電池溫度度上升 ，同時時縮小了了正極板板的面積積，其內內阻就會會變大，會會導致電電池內部部出現(xiàn)極極化現(xiàn)象象。一般般來說，產產生極化化現(xiàn)象有有3個方方面的原原因。（1）極化化充電電過程中中，正負負離子向向兩極遷遷移。在在離子遷遷移過程程中不可可避免地地受到一一定的阻阻力，稱稱為歐姆姆內阻。為為了克服服這個內內阻，外外加電壓壓就必須須額外施施加一定定的電壓壓，以克克服阻力力推動離離子遷移移。該電電壓以熱熱的方式式轉化給給環(huán)境，出

18、出現(xiàn)所謂謂的歐姆姆極化。 隨著充充電電流流急劇加加大，歐歐姆極化化將造成成蓄電池池在充電電過中的的高溫。（2）極化化電流流流過蓄蓄電池時時，為維維持正常常的反應應，最理理想的情情況是電電極表面面反應物物能及時時得到補補充，生生成物能能及時離離去。實實際上，生生成物和和反應物物的擴散散速度遠遠遠比不不上化學學反應速速度，從從而造成成極板附附近電解解質溶液液濃度發(fā)發(fā)生變化化。也就就是說，從從電極表表面到中中部溶液液，電解解液濃度度分布不不均勻。這這種現(xiàn)象象稱為濃濃度極化化。（3）學極極化這這種極化化是由于于電極上上進行的的電化學學反應的的速度，落落后于電電極上電電子運動動的速度度造成的的。例如如：

19、電池池的負極極放電前前，電極極表面帶帶有負電電荷，其其附近溶溶液帶有有正電荷荷，兩者者處于平平衡狀態(tài)態(tài)。放電電時，立立即有電電子釋放放給外電電路。電電極表面面負電荷荷減少，而而金屬溶溶解的氧氧化反應應進行緩緩慢，不不能及時時補充電電極表面面電子的的減少，電電極表面面帶電狀狀態(tài)發(fā)生生變化。這這種表面面負電荷荷減少的的狀態(tài)促促進金屬屬中電子子離開電電極，金金屬離子子M轉轉入溶液液，加速速反應進進行。總總有一個個時刻，達達到新的的動態(tài)平平衡。但但與放電電前相比比，電極極表面所所帶負電電荷數(shù)目目減少了了，與此此對應的的電極電電勢變正正。也就就是電化化學極化化電壓變變高，從從而嚴重重阻礙了了正常的的充電

20、電電流。同同理，電電池正極極放電時時，電極極表面所所帶正電電荷數(shù)目目減少，電電極電勢勢變負。這這3種極極化現(xiàn)象象都是隨隨著充電電電流的的增大而而嚴重。1.2 充充電方法法的研究究常規(guī)充電制制度是依依據19940年年前國際際公認的的經驗法法則設計計的。其其中最著著名的就就是“安培小小時規(guī)則則”：充電電電流安安培數(shù)，不不應超過過蓄電池池待充電電的安時時數(shù)。實實際上，常常規(guī)充電電的速度度被蓄電電池在充充電過程程中的溫溫升和氣氣體的產產生所限限制。這這個現(xiàn)象象對蓄電電池充電電所必須須的最短短時間具具有重要要意義。一一般來說說，常規(guī)規(guī)充電有有以下33種。恒流充電法法是用調調整充電電裝置輸輸出電壓壓或改變

21、變與蓄電電池串聯(lián)聯(lián)電阻的的方法，保保持充電電電流強強度不變變的充電電方法?？乜刂品椒ǚê唵?，但但由于電電池的可可接受電電流能力力是隨著著充電過過程的進進行而逐逐漸下降降的，到到充電后后期，充充電電流流多用于于電解水水，產生生氣體，使使出氣過過甚，因因此，常常選用階階段充電電法。此此方法包包括二階階段充電電法和三三階段充充電法。二階段法：采用恒恒電流和和恒電壓壓相結合合的快速速充電方方法，如如圖3所所示。首首先，以以恒電流流充電至至預定的的電壓值值，然后后，改為為恒電壓壓完成剩剩余的充充電。一一般兩階階段之間間的轉換換電壓就就是第二二階段的的恒電壓壓。三階段充電電法：在在充電開開始和結結束時采采

22、用恒電電流充電電，中間間用恒電電壓充電電。當電電流衰減減到預定定值時，由由第二階階段轉換換到第三三階段。這這種方法法可以將將出氣量量減到最最少，但但作為一一種快速速充電方方法使用用，受到到一定的的限制 。恒壓充電法法:這種種方法電電解水很很少，避避免了蓄蓄電池過過充。但但在充電電初期電電流過大大，對蓄蓄電池壽壽命造成成很大影影響，且且容易使使蓄電池池極板彎彎曲，造造成電池池報廢。鑒于這種缺缺點，恒恒壓充電電很少使使用，只只有在充充電電源源電壓低低而電流流大時采采用。例例如，汽汽車運行行過程中中，蓄電電池就是是以恒壓壓充電法法充電的的。1.2.11 快速速充電技技術為了能夠最最大限度度地加快快蓄

23、電池池的化學學反應速速度，縮縮短蓄電電池達到到滿充狀狀態(tài)的時時間，同同時，保保證蓄電電池正負負極板的的極化現(xiàn)現(xiàn)象盡量量地少或或輕，提提高蓄電電池使用用效率?？炜焖俪潆婋娂夹g近近年來得得到了迅迅速發(fā)展展。下面介紹目目前比較較流行的的幾種快快速充電電方法。這這些方法法都是圍圍繞著最最佳充電電曲線進進行設計計的，目目的就是是使其充充電曲線線盡可能能地逼進進最佳充充電曲線線。（1) 脈脈沖式充充電法這種充電法法不僅遵遵循蓄電電池固有有的充電電接受率率，而且且能夠提提高蓄電電池充電電接受率率，從而而打破了了蓄電池池指數(shù)充充電接受受曲線的的限制，這這也是蓄蓄電池充充電理論論的新發(fā)發(fā)展。脈沖充電方方式首先先

24、是用脈脈沖電流流對電池池充電，然然后讓電電池停充充一段時時間，如如此循環(huán)環(huán)，如圖圖1-22所示。充充電脈沖沖使蓄電電池充滿滿電量，而而間歇期期使蓄電電池經化化學反應應產生的的氧氣和和氫氣有有時間重重新化合合而被吸吸收掉，使使?jié)獠顦O極化和歐歐姆極化化自然而而然地得得到消除除，從而而減輕了了蓄電池池的內壓壓，使下下一輪的的恒流充充電能夠夠更加順順利地進進行，使使蓄電池池可以吸吸收更多多的電量量。間歇歇脈沖使使蓄電池池有較充充分的反反應時間間，減少少了析氣氣量，提提高了蓄蓄電池的的充電電電流接受受率 。1-2 脈沖式式充電曲曲線（2) RRefllex快快速充電電法這種技術是是美國的的一項專專利技術

25、術，它主主要面對對的充電電對象是是鎳鎘電電池。由由于它采采用了新新型的充充電方法法，解決決了鎳鎘鎘電池的的記憶效效應，因因此，大大大降低低了蓄電電池的快快速充電電的時間間。鉛酸酸蓄電池池的充電電方法和和對充電電狀態(tài)的的檢測方方法與鎳鎳鎘電池池有很大大的不同同，但它它們之間間可以相相互借鑒鑒。如圖1-33所示，Reflex充電法的一個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個階段。圖1-3 Reefleex快速速充電法法（3)變變電流間間歇充電電法這種充電方方法建立立在恒流流充電和和脈沖充充電的基基礎上，如如圖7所所示。其其特點是是將恒流流充電段段改為限限壓變電電流間歇歇充電段段。

26、充電電前期的的各段采采用變電電流間歇歇充電的的方法，保保證加大大充電電電流，獲獲得絕大大部分充充電量。充充電后期期采用定定電壓充充電段，獲獲得過充充電量，將將電池恢恢復至完完全充電電態(tài)。通通過間歇歇停充，使使蓄電池池經化學學反應產產生的氧氧氣和氫氫氣有時時間重新新化合而而被吸收收掉，使使?jié)獠顦O極化和歐歐姆極化化自然而而然地得得到消除除，從而而減輕了了蓄電池池的內壓壓，使下下一輪的的恒流充充電能夠夠更加順順利地進進行，使使蓄電池池可以吸吸收更多多的電量量。（4)變變電壓變變電流波波浪式間間歇正負負零脈沖沖快速充充電法綜合脈沖充充電法、RRefllex快快速充電電法、變變電流間間歇充電電法及變變電

27、壓間間歇充電電法的優(yōu)優(yōu)點，變變電壓變變電流波波浪式正正負零脈脈沖間歇歇快速充充電法得得到發(fā)展展應用。脈脈沖充電電法充電電電路的的控制一一般有兩兩種：脈沖電流的的幅值可可變，而而PWMM(驅動動充放電電開關管管)信號號的頻率率是固定定的；脈沖電流幅幅值固定定不變，PPWM信信號的頻頻率可調調。采用了一種種不同于于這兩者者的控制制模式，脈脈沖電流流幅值和和PWMM信號的的頻率均均固定，PPWM占占空比可可調，在在此基礎礎上加入入間歇停停充階段段，能夠夠在較短短的時間間內充進進更多的的電量，提提高蓄電電池的充充電接受受能力。1.2.22 脈沖沖快速充充電法的的理論基基礎理論和實踐踐證明，蓄蓄電池的的

28、充放電電是一個個復雜的的電化學學過程。一一般地說說,充電電電流在在充電過過程中隨隨時間呈呈指數(shù)規(guī)規(guī)律下降降,不可可能自動動按恒流流或恒壓壓充電。充充電過程程中影響響充電的的因素很很多,諸諸如電解解液的濃濃度、極極板活性性物的濃濃度、環(huán)環(huán)境溫度度等的不不同,都都會使充充電產生生很大的的差異。隨隨著放電電狀態(tài)、使使用和保保存期的的不同,即使是是相同型型號、相相同容量量的同類類蓄電池池的充電電也大不不一樣。1972年年，美國國的科學學家馬斯斯在第二二屆世界界電動汽汽車年會會上提出出了著名名的馬斯斯三定律律，即(1) 對對于任何何給定的的放電電電流，蓄蓄電池充充電時的的電流接接受比aa與電池池放出的的

29、容量的的平方根根成反比比，即式中：K11為放電電電流常常數(shù)，視視放電電電流的大大小而定定；C為蓄電池池放出的的容量。由于蓄電池池的初始始接受電電流Ioo=ACC，所以以0=AC=K1（2） 對對于任何何給定的的放電量量，蓄電電池充電電電流接接受比aa與放電電電流IId的對對數(shù)成正正比，即即a=K2llogkkId式中：K22為放電電量常數(shù)數(shù)，視放放電量的的多少而而定；k為計算常常數(shù)。（3） 蓄蓄電池在在以不同同的放電電率放電電后，其其最終的的允許充充電電流流It（接接受能力力）是各各個放電電率下的的允許充充電電流流的總和和，即：It=I11I22I33I44式中：I11、I22、I33、I44

30、為各個個放電率率下的允允許充電電電流。綜合馬斯三三定律,可以推推出，蓄蓄電池的的總電流流接受比比可表示示為=It/Ct式中：Ctt=C11C22C33C44為各各次放電電量的總總和，即即蓄電池池放出的的全部電電量。馬斯三定律律說明，在在充電過過程中，當當充電電電流接近近蓄電池池固有的的微量析析氣充電電曲線時時，適時時地對電電池進行行反向大大電流瞬瞬間放電電，以消消除電池池的極化化現(xiàn)象，可可以提高高蓄電池池的充電電接受能能力，如如圖1所所示。也也就是說說通過反反向大電電流放電電，可以以使蓄電電池的可可接受電電流曲線線不斷右右移，同同時其陡陡度不斷斷增大，即即值增大大，從而而大大提提高充電電速度，

31、縮縮短充電電時間。1.4 充充電方法法設計基于上述理理論，并并考慮到到鉛酸蓄蓄電池自自身的一一些特性性，本文文介紹的的快速充充電裝置置所采用用的充電電方法將將整個充充電過程程分為了了預充電電、脈沖沖快速充充電、補補足充電電、浮充充電4個階段段，如圖圖1-44所示。根根據蓄電電池充電電前的殘殘余電量量，進入入不同的的充電階階段。圖1-4 分級級電流脈脈沖快速速充電1.4.11 預充充電對長期不用用的電池池、新電電池或在在充電初初期已處處于深度度放電狀狀態(tài)的蓄蓄電池充充電時，一一開始就就采用快快速充電電會影響響電池的的壽命。為為了避免免這一問問題要先先對蓄電電池實行行穩(wěn)定小小電流充充電，使使電池電

32、電壓上升升，當電電池電壓壓上升到到能接受受大電流流充電的的閾值時時再進行行大電流流快速充充電。1.4.22 脈沖沖快速充充電在快速充電電過程中中，采用用分級定定電流脈脈沖快速速充電法法，將充充電電流流分成三三級，如如圖1-5所示示。開始始充電時時采用大大電流，隨隨著電池池容量的的增加，電電壓逐漸漸升高，電電流等級級開始降降低，使使充電電電流的脈脈沖幅度度和寬度度隨蓄電電池端電電壓的升升高而分分級減小小。采用用這種方方法可以以消除充充電接近近充滿時時易出現(xiàn)現(xiàn)的振蕩蕩現(xiàn)象及及過充電電問題。圖1-5 分級級電流脈脈沖快速速充電法法在脈沖快速速充電過過程中，電電池電壓壓上升較較快，當當電壓上上升至補補

33、足充電電電壓閾閾值時，轉轉入補足足充電階階段。1.4.33 補足足充電快速充電終終止后，電電池并不不一定充充足電，為為了保證證電池充充入1000的的電量，對對電池還還要進行行補足充充電。此此階段充充電采用用恒壓充充電，可可使電池池容量快快速恢復復。此時時充電電電流逐漸漸減小，當當電流下下降至某某一閾值值時，轉轉入浮充充階段。1.4.44 浮充充電此階段主要要用來補補充蓄電電池自放放電所消消耗的能能量，只只要電池池接在充充電器上上并且充充電器接接通電源源，充電電器就會會給電池池不斷補補充電荷荷，這樣樣可使電電池總處處于充足足電狀態(tài)態(tài)。此時時也標志志著充電電過程已已結束。第二章 設計方方案論證證2

34、.1 論論證方案案基于鉛蓄電電池的充充電理論論，充電電器主電電路采用用半橋變變換器高高頻開關關穩(wěn)壓電電源。而而控制電電路通過過單片機機控制。電電網點先先經過各各種保護護環(huán)節(jié)，在在通過EEMI濾濾波器除除去共模模信號。橋橋式整流流后，通通過兩電電容分壓壓，分壓壓后與兩兩開關管管V1、VV2相聯(lián)聯(lián)。組成成半橋式式功率變變換器，將將正弦交交流電壓壓變換成成約高于于充電電電壓的脈脈沖電壓壓。在經經過半橋橋濾波和和LC濾濾波電路路使電壓壓達到一一較穩(wěn)定定值?？刂齐娐酚捎蓡纹瑱C機AT889S551組成成，電源源由電網網交流電電經過變變壓器變變壓、全全橋整流流、穩(wěn)壓壓管穩(wěn)壓壓后提供供。單片片機通過過檢測溫溫

35、度傳感感器的電電壓信號號，以軟軟件的方方式控制制輸出脈脈沖，從從而控制制開關管管的通斷斷。另外外，通過過檢測充充電電壓壓和電流流值，控控制單片片機輸出出脈沖寬寬度，以以進入不不同的充充電階段段。2.2 控控制方式式根據鉛蓄電電池脈沖沖魁岸素素充電理理論，可可利用單單片機的的輸出脈脈沖控制制半橋式式變換器器的兩個個開關管管V1、VV2的通通斷。單單片機通通過各種種檢測電電路在充充電過程程中對鉛鉛蓄電池池進行檢檢測并做做出相應應的控制制處理。鉛蓄電池的的充電溫溫度可以以通過溫溫度傳感感器測量量，將測測出的電電壓量送送至單片片機的輸輸入口，充充電電壓壓有兩個個分壓電電阻檢測測。單片片機通過過檢測的的

36、蓄電池池的充電電溫度、充充電電流流、充電電電壓等等，再經經軟件處處理計算算后控制制主電路路處于不不同的充充電狀態(tài)態(tài)：預充充電、脈脈沖快速速充電、補補足充電電和浮充充電?？傮w控控制方案案如2-1圖所所示。圖2-1 單片片機總體體控制方方案通過對電壓壓、溫度度的檢測測控制脈脈沖調制制控制器器SG225355的輸出出脈沖寬寬度，以以實現(xiàn)不不同階段段的充電電、暫停停和終止止充電。本本方案由由脈沖調調制控制制器SGG25335輸出出的脈沖沖控制開開關管VV1、VV2的柵柵極，以以達到控控制充電電狀態(tài)的的目的。第三章 硬件電電路設計計3.1 充充電器主主電路設設計3.1.11 整流電電路設計計由于單相半半

37、波整流流只利用用了電源源電壓的的半個周周期，同同時整流流電壓的的脈動較較大。為為了克服服這些缺缺點，這這里采用用全波整整流電路路單相相橋式整整流電路路。單相相橋式整整流電路路由4個個整流二二極管接接成電橋橋的形式式構成，如如圖3-1所示示。圖3-1 橋式式整流電電路由電路圖可可知，無無論電壓壓U2是在正正半周還還是負半半周，負負載上都都有相同同方式的的電流流流過。因因此，在在負載得得到的是是單相脈脈動電壓壓和電流流。忽略略二極管管導通時時的正向向壓降，則則單相橋橋式整流流電路的的波形圖圖如下。圖3-2 橋式式整流電電路的輸輸出波形形單相半波整整流電壓壓的平均均值為：二極管截止止時承受受的最高高

38、反向電電壓為UU的最大大值，即即UDRM =U2MM =11.4114U=1.41142200V=308VV因此，所選選用的整整流二極極管的最最高工作作電壓為為10000V。電容濾波電電路是在在整流電電路的直直流輸出出側與負負載并聯(lián)聯(lián)電容器器，利用用電容的的端電壓壓在電路路狀態(tài)改改變時不不能突變變的原理理，使輸輸出電壓壓趨于平平滑。電電容濾波波電路如如下所示示。圖3-3 電容容濾波電電路本電路的輸輸出電壓壓在負載載變化時時波動大大，說明明它的帶帶負載能能力差，只只適合于于負載較較輕且變變化不大大的場合合。電路路簡單，輸輸出電壓壓高，只只是輸出出電壓不不穩(wěn)定。電容濾波是是的輸出出電壓平平均值為為

39、：全波：U3 = (1.221.4)UU1 = (11.21.44)2200V = 2664V (取取1.22)3.1.22 半橋逆逆變電路路半橋逆變電電路由兩兩個導電電臂構成成，每個個導電臂臂由一個個全控器器件和一一個反并并聯(lián)二極極管組成成。電路路圖如下下所示。直直流側接接有兩個個相互串串聯(lián)切足足夠大的的電容器器C1和C2，滿足足C1=C2。圖3-4 半橋橋逆變器器電路在一個周期期內，開開關管VV1、V2的基極極信號各各有半周周正偏、半半周反偏偏，且互互補。設設在t22時刻以以前V11導通，VV2截止，則則U4=1/22U3。t2時刻VV1截止，同同時給VV2發(fā)出導導通信號號，由于于感性負負

40、載中的的電流ii不能立立即改變變方向，于于是D22導通續(xù)續(xù)流。UU4=11/2UU3。t3時刻ii0降至零零，D22截止，VV2導通，ii0開始反反向增大大。此時時4時刻V22截止，同同時給VV1發(fā)仍然然有U44=11/2UU3。t出導通信信號，由由于感性性負載中中的電流流i0不能立立即改變變方向，于于是D11先導通通續(xù)流。此此時仍然然有U44=11/2UU3。t5時刻ii0降至零零， VV1導通。UU4=11/2UU3。由上分析可可知，輸輸出電壓壓U4周周期為TTS矩形形波，其其幅值為為1/22U3。當VV1或VV2導通通時，負負載電流流和電壓壓同方向向，直流流側向負負載提供供能量。而而當D

41、11或D22導通時時，負載載電流和和電壓反反方向，負負載中電電感的能能量向直直流側反反饋，即即負載將將起吸收收的無功功能量反反饋回直直流側，反反饋的能能量暫時時存儲在在直流側側的電容容中。該該電容起起緩沖這這種無功功能量的的作用。半半橋逆變變電路輸輸出電壓壓波形如如圖所示示：圖3-5 半橋橋逆變電電路輸出出電壓波波形3.1.33 開關關變壓器器的設計計計算開關變壓器器的磁化化特性工工作在第第一、第第三象限限，它的的磁通變變化可以以從BBM到BBM，屬于于對稱式式工作變變壓器。主主變壓器器施加電電壓只有有一半輸輸入電壓壓值1/2U44(1132VV)。開開關管的的反向耐耐壓比較較低。在在兩功率率

42、管交替替開關作作用下，變變換器原原邊可產生幅幅值2880V的的方波電電壓。經經變壓器器整流濾濾波輸出出，實現(xiàn)現(xiàn)功率轉轉變。（1）估算算采用EEE555鐵氧體體磁芯的的功率容容量EE55的的中心柱柱截面積積為Aee=3.5155cm22，窗口口面積為為AQ=3.9cmm2，它的的功率容容量乘積積為A p=AAeAQ=3.51553.99=133.766。當開關頻率率選500KHzz時：A p= AeeAQ=(PPT106)/(2f BBMKMKG)(6000106) /(20.88501031500020.551)= 5113.776可見，采用用EE555磁芯芯時，其其功率容容量足夠夠大原邊繞組

43、匝匝數(shù)：NP=(VVIN-P/22)108/(44fBmmAe) =(2880/22) 108/450103150003.5515 =13.33 故NP取取整數(shù)114匝。（2）充電電器的容容量計算算當充電器為為36VV,122A時蓄蓄電池的的充電最最大容量量為： 336V12AA4332W故變壓器鐵鐵芯的容容量計算算可按照照5000W容量量計算。（2）原邊邊與副邊邊繞組匝匝數(shù)比的的計算開開關變壓壓器的原原邊與副副邊繞組組的匝數(shù)數(shù)比為： 其中：VINN MIIN指電電網最低低輸入直直流電壓壓值，VVIN MINN2220V VOPP指整流流濾波輸輸出電壓壓的脈沖沖幅度。VVOP要考考慮三個個因素

44、之之和，即即：V00=400V+440 100%=444V，二二極管壓壓降：VVD=1.2V, 濾波波電感直直流壓降降為VLL=0.2V。設設整流器器輸出占占空比為為0.99，則有有： VOPP=(444+11.2+0.22)/00.9=50VV Ns=Np/3=114/33=4.6 (取5匝匝)經過實驗證證明，當當開關變變壓器原原邊繞組組為200匝，副副邊繞組組匝數(shù)為為8匝時時，半橋橋變壓器器的開關關脈沖電電壓波形形有所改改善。3.1.44 變頻頻整流電電路變頻整流電電路由兩兩個整流流二極管管和一個個LC濾濾波電路路組成，使使半橋逆逆變器輸輸出的脈脈沖電壓壓成為一一個比較較穩(wěn)定的的直流電電壓

45、1111。整整流前后后電壓波波形如下下圖所示示。圖3-6 整流流前后的的波形3.2 控控制電路路的設計計3.2.11 傳感感檢測電電路（1） 溫溫度檢測測電路溫度檢測所所使用的的傳感器器非常多多，熱敏敏電阻是是其中一一種用半半導體材材料制成成的敏感感元件，起起主要特特點是靈靈敏度高高、體積積小、功功耗低而而且價格格低廉。用熱敏電阻阻構成的的溫度檢檢測電路路較為簡簡單，使使用電阻阻分壓電電路，將將溫度變變化引起起的電阻阻變化轉轉為電壓壓信號，可可以直接接傳送給給單片機機處理。下下表為負負溫度系系數(shù)的熱熱敏電阻阻的分度度表。表3-1 熱敏電電阻分度度表溫度/電阻/k溫度/電阻/k溫度/電阻/k30

46、16.1224010.655507.183115.4554110.233516.913214.811429.88526.653314.200439.44536.413413.611449.07546.173513.066458.72555.943612.533468.38565.723712.033478.06575.523811.544487.76585.323911.099497.47595.13溫度檢測電電路如下下所示。它它是有溫溫度傳感感器和單單穩(wěn)態(tài)觸觸發(fā)器兩兩部分組組成，單單穩(wěn)態(tài)觸觸發(fā)器有有NE5555時時基集成成電路構構成。熱熱敏電阻阻RT用用作溫度度傳感器器。當蓄電池溫溫度較低低

47、時，熱熱敏電阻阻RT表表現(xiàn)電阻阻值較大大，調節(jié)節(jié)電位器器R pp可以使使時基集集成塊觸觸發(fā)端22腳的電電平低于于1/33電源電電壓（指指集成塊塊IC的的供電電電壓VDDD），單單穩(wěn)態(tài)電電路觸發(fā)發(fā)翻轉進進入穩(wěn)態(tài)態(tài)，電路路置位，輸輸出端33腳輸出出高電平平，使三三極管觸觸發(fā)導通通向單片片機輸入入低電平平。相反反，當蓄蓄電池溫溫度較高高時，則則向單片片機輸入入高電平平。本電路可以以通過調調節(jié)可調調電阻器器R pp的阻值值，使電電路在溫溫度為445的時候候發(fā)生動動作，實實現(xiàn)溫度度檢測的的目的。圖3-7 溫度度檢測電電路（2） 電電壓檢測測電路蓄電池的充充電電壓壓由一分分壓電阻阻檢測得得，經過過單片機機

48、的計算算，可判判斷出充充電電壓壓值，電電阻分壓壓電路如如下圖所所示。圖3-8 電壓壓檢測電電路由電路圖可可知，電電阻R11、R22分壓出出來的電電壓模擬擬量值為為： 為為了便于于關系式式的計算算，可以以取R11=900k，R22=100k。則根根據上面面的關系系式可以以知道分分壓電壓壓值為：故，分壓前前后電壓壓的相互互關系可可由以下下函數(shù)關關系式曲曲線表示示出來：圖3-9 函數(shù)數(shù)關系（3）電壓壓檢測AA/D轉轉換電路路設計這里選用TTI公司司生產的的TLCC15449串行行A/DD轉換器器芯片，它它是一種種開關電電容結構構的逐次次比較型型10位位A/DD轉換器器。片內內自動產產生轉換換時鐘脈脈

49、沖，轉轉換時間間21s；最最大總不不可調轉轉換誤差差為1LSSB；單單電源供供電(+5V)，最大大工作電電流僅為為2.55mA；轉換結結果以串串行方式式輸出；工作溫溫度為55+1225。電壓壓檢測AA/D轉轉換電路路如下圖圖所示。3-10 電壓壓檢測AA/D轉轉換電路路3.2.22 單片片機電路路單片機電路路設計如如下圖所所示，由由于899C511單片機機的P00口作為為輸入口口時要接接上上拉拉電阻，所所以我選選用P11口作為為輸入輸輸出口。溫溫度傳感感器所檢檢測的電電壓信號號通過單單片機的的P3.2口輸輸入，電電壓信號號由P33.1口口輸入。輸輸出口由由單片機機的P11.1P1.5提供供。具體體分布情情況見下下表。表3-2地址分分配 地址 P33.2 P1.1 P1.2 P1.5 P1.3 P1.4 P3.1 用途 溫溫度檢測測 充充電指示示 充充滿指示示 電電源指示示 Q1輸輸出 Q2輸輸出 電電壓檢測測圖3-111 單單片機電電路圖3.3 整整體電路路設計電動自行車車快速充充電器的的整體電電路主要要分為三三大部分分電路組組成：主主電路、控控制電路路和檢測測電路。主電路由全全橋式整整流電路路和半橋橋逆變電電路組成成，電網網電壓先先經過熱熱敏電阻阻的保護護環(huán)節(jié)后后