畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-基于單片機(jī)的電動(dòng)車(chē)智能充電器的設(shè)計(jì)

1 中文 摘要 ： . 2 前 言 . 3 第一章 充電器原理 . 4 1.1 蓄電池與充電技術(shù) . 4 1.2 密封鉛酸蓄電池的充電特性 . 4 1.3 充電器充電原理 . 5 1.3.1 蓄電池充電理論基礎(chǔ) . 5 1.3.2 充電器的工作原理 . 7 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 . 9 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) . 9 2.2 方案策略 . 9 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) . 11 3.1 電路總體設(shè)計(jì) . 11 3.2 芯片介紹 . 11 3.2.1 LM358 雙運(yùn)放 . 11 3.2.2 UC3842 單管開(kāi)關(guān)電源 .12 3.2.3 EL817 光耦合器 .13 3.2.4 場(chǎng)效應(yīng)管 K1358.14 3.3 電動(dòng)車(chē)充電器原理及各元件作用的概述 .15 3.3.1 充電器原理 圖 .15 圖 3.5 充電器原理圖 .15 3.3.2 各元器件作用概述 .15 3.4 功能模塊電路設(shè)計(jì) .16 3.4.1 第一路通電開(kāi)始 .16 3.4.2 第二路 UC3842 電路 .16 3.4.3 第三路 LM358（雙運(yùn)算放大器）電路 .17 3.5 電動(dòng)車(chē)充電器改進(jìn)方案 .20 3.5.1 增加充滿電發(fā)聲提示電路 .20 3.5.2 加散熱風(fēng)扇 .21 第四章 總結(jié)與展望 .22 參考文獻(xiàn) .23 致謝 .24 2 電動(dòng)車(chē) 高效 智能充電器設(shè)計(jì) 中文 摘要 ： 本 設(shè)計(jì) 介紹了 充電器對(duì)蓄電池充電的一般原理， 從閥控蓄電池內(nèi)部氧循環(huán)的設(shè)計(jì)理念出發(fā)， 研究各種充電方法對(duì)鉛酸蓄電池壽命的影響。 針對(duì)蓄電池充電過(guò)程中出現(xiàn)的種種問(wèn)題，分析現(xiàn)有各種充電方法存在的問(wèn)題，提出一種可對(duì)鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)四段式慢脈沖充電的智能充電器設(shè)計(jì)方案?？刂崎_(kāi)關(guān)電源的脈沖頻率和占空比，從而調(diào)節(jié)充電電流和電壓，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的分級(jí)慢脈沖充電。這個(gè)方案不僅可實(shí)現(xiàn) 快速 高效 充電，同時(shí)可以減少析氣，消除硫化，進(jìn)行均衡充電，從而大大地延長(zhǎng)了鉛酸蓄電池的使用壽命 。 關(guān)鍵詞 ： 慢脈沖充電； 蓄電池；充電器； Abstract: The design describes the charger to the battery charger of the general principles, from the internal oxygen cycle of valve-regulated battery design concepts starting to study a variety of charging methods for lead-acid battery life implications. For battery charging problems arising in the process, analysis of existing problems in a variety of charging methods, proposed a lead-acid batteries could achieve the Four-slow pulse charge of the intelligent charger design. Control the switching power supply pulse frequency and duty cycle, thus regulating charge current and voltage to achieve the classification of the battery charge with slow pulse. This program not only for fast charging, while reducing analysis of gas, to eliminate sulfide, a balanced charge, thus greatly extending the service life of lead-acid batteries. Key words: slow pulse charge； batteries； charger； 3 前 言 以動(dòng)力蓄電池為能源的電動(dòng)車(chē)被認(rèn)為是 21 世紀(jì)的綠色工程，它的出現(xiàn)將汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展帶入了一個(gè)全新的領(lǐng)域。目前，電動(dòng)車(chē)核心部件中的電 動(dòng)機(jī)、控制器和車(chē)體三大部件在理論和技術(shù)上已較為成熟，而另兩大部件蓄電池、充電器的發(fā)展還不能滿足電動(dòng)車(chē)的要求，有一些理論和技術(shù)問(wèn)題還有待攻關(guān)，現(xiàn)已成為影響電動(dòng)交通工具發(fā)展的瓶頸。目前，我國(guó)的電動(dòng)車(chē)用動(dòng)力蓄電池大多為鉛酸蓄電池，這主要是由于鉛酸蓄電池具有技術(shù)成熟、成本低、電池容量大、跟隨負(fù)荷輸出特性好、無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)然，也有一些高性能電池，比如鋰電池、燃料電池等。鋰離子電池電動(dòng)車(chē)在深圳已投入試運(yùn)營(yíng)，由上海研制的第二代燃料電池轎車(chē) “超越二號(hào) ”也于 2004 年 5 月在北京的國(guó)際氫能大會(huì)上露面，但都還未能得到廣泛的 推廣應(yīng)用。鉛酸蓄電池具有價(jià)格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，因此廣泛應(yīng)用于國(guó)防、通信、鐵路、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)。近年來(lái)全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池其密封好、無(wú)泄漏、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，能夠保證人體和各種用電設(shè)備的安全，而且在整個(gè)壽命期間，無(wú)需任何維護(hù)，從而揭開(kāi)了鉛酸蓄電池發(fā)展歷程新的一頁(yè)。眾所周知，通信設(shè)備一般都采用免維護(hù)電池作為備用電源，許多電子設(shè)備必須的不間斷電源系統(tǒng)（ UPS）也離不開(kāi)免維護(hù)電池，此外在應(yīng)急燈、汽車(chē)、游艇中也越來(lái)越多的選用免維護(hù)電池。然而，由于充電方法不正確，充電技術(shù)不能適應(yīng)免維護(hù)電池的特殊需求， 造成電池很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。雖然近年來(lái)蓄電池自身的技術(shù)有了不小的進(jìn)步，但作為其能量再次補(bǔ)充的充電器的發(fā)展非常緩慢，傳統(tǒng)的常規(guī)充電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，快速充電技術(shù)至今仍未能完全解決，嚴(yán)重地制約著電動(dòng)車(chē)的發(fā)展。 所以根據(jù)時(shí)代的發(fā)展及要求設(shè)計(jì)了一款目前市場(chǎng)充電器流行使用的方法，也是技術(shù)成熟的一種設(shè)計(jì)，采用 UC3842 驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的單管開(kāi)關(guān)電源配合 LM358 雙運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的智能充電器。 4 第一章 充電器原理 1.1 蓄電池與充電技術(shù) 對(duì)于鉛酸、鎘鎳、鎳氫 3 類(lèi)以水為溶劑的電解液蓄電池，為了使用上的安全、方便、長(zhǎng)壽命和免維 護(hù)，在全世界化學(xué)電源工作者數(shù)代人不懈的努力下，終于從大量的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了 內(nèi)部氧循環(huán) 的理論機(jī)制，使得該 3 類(lèi)蓄電池所有的充放電反應(yīng)，能在一個(gè)設(shè)計(jì)完好的帶閥控的密封容器中反復(fù)安全進(jìn)行。即蓄電池在充電和過(guò)充電期間，正電極析出的氧到達(dá)負(fù)電極后，能全部被負(fù)電極吸收還原，關(guān)系為 i（ O2 析出） =i（ O2 還原），因而，蓄電池在長(zhǎng)期的充放電過(guò)程中，不會(huì)造成電解液中水的損耗，以此來(lái)保證蓄電池的循環(huán)使用壽命與充電的安全。 1.2 密封鉛酸蓄電池的充電特性 電池充電通常要完成兩個(gè)任務(wù)，首先是盡可能快地使電池恢復(fù)額定容量，另一是 使用小電流充電，補(bǔ)充電池因自放電而損失的能量，以維持電池的額定容量。在充電過(guò)程中，鉛酸電池負(fù)極板上的硫酸鉛逐漸析出鉛，正極板上的硫酸鉛逐漸生成二氧化鉛。當(dāng)正負(fù)極板上的硫酸鉛完全生成鉛和二氧化鉛后，電池開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣和氧氣。這樣，在非密封電池中，電解液中的水將逐漸減少。在密封鉛酸蓄電池中，采用中等充電速率時(shí)，氫氣和氧氣能夠重新化合為水。過(guò)充電開(kāi)始的時(shí)間與充電的速率有關(guān)。當(dāng)充電速率大于時(shí)，電池容量恢復(fù)到額定容量的以前，即開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)。只有充電速率小于，才能使電池在容量恢 復(fù)到后，出現(xiàn)過(guò)充電反應(yīng)。為了使電池容量恢復(fù)到，必須允許一定的過(guò)充電反應(yīng)。過(guò)充電反應(yīng)發(fā)生后，單格電池的電壓迅速上升，達(dá)到一定數(shù)值后，上升速率減小，然后電池電壓開(kāi)始緩慢下降。由此可知，電池充足電后，維持電容容量的最佳方法就是在電池組兩端加入恒定的電壓。浮充電壓下，充入的電流應(yīng)能補(bǔ)充電池因自放電而失去的能量。浮充電壓不能過(guò)高，以免因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短電池壽命。采用適當(dāng)?shù)母〕潆妷海芊忏U酸蓄電池的壽命可達(dá)年以上。實(shí)踐證明，實(shí)際的浮充電壓與規(guī)定的浮充電壓相差時(shí)，免維護(hù)蓄電池的壽命將縮短一半。鉛 酸電池的電壓具有負(fù)溫度系數(shù)， 5 其單格值為 。在環(huán)境溫度為 時(shí)工作很理想的普通（無(wú)溫度補(bǔ)償）充電器，當(dāng)環(huán)境溫度降到 時(shí)，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到 時(shí)，電池將因嚴(yán)重的過(guò)充電而縮短壽命。因此，為了保證在很寬的溫度范圍內(nèi)，都能使電池剛好充足電，充電器的各種轉(zhuǎn)換電壓必須隨電池電壓的溫度系數(shù)而變。 1.3 充電器充電原理 1.3.1 蓄電池充電理論基礎(chǔ) 理論和實(shí)踐證明，蓄電池的充放電是一個(gè)復(fù)雜的電化學(xué)過(guò)程。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。充電過(guò)程中影響充電的因素很多，諸如電解液的濃度、極板活性物的濃度、環(huán)境溫度等的不同，都會(huì)使充電產(chǎn)生很大的差異。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(lèi)蓄電池的充電也大不一樣。 上世紀(jì) 60年代中期，美國(guó)科學(xué)家馬斯對(duì)開(kāi)口蓄電池的充電過(guò)程作了大量的試驗(yàn)研究，并提出了以最低出氣率為前提的，蓄電池可接受的充電曲線，如圖 1 所示。實(shí)驗(yàn)表明，如果充電電流按這條曲線變化，就可以大大縮短充電時(shí)間，并且對(duì)電池的容量和壽命也沒(méi)有影響。原則上把這條曲線稱為最佳充電曲線，從而奠定了快速充電方法的研究方向。 圖 1.1 最佳充電 曲線 由圖 1.1 可以看出：初始充電電流很大，但是衰減很快。主要原因是充電過(guò)程中產(chǎn)生了極化現(xiàn)象。在密封式蓄電池充電過(guò)程中，內(nèi)部產(chǎn)生氧氣和氫氣，當(dāng)氧 6 氣不能被及時(shí)吸收時(shí)，便堆積在正極板（正極板產(chǎn)生氧氣），使電池內(nèi)部壓力加大，電池溫度上升，同時(shí)縮小了正極板的面積，表現(xiàn)為內(nèi)阻上升，出現(xiàn)所謂的極化現(xiàn)象。 蓄電池是可逆的。其放電及充電的化學(xué)反應(yīng)式如下： PbO2 Pb 2H2SO42P bSO4 2H2O （ 1） 很顯然，充電過(guò)程和放電過(guò)程互為逆反應(yīng)?？赡孢^(guò)程就是熱力學(xué)的平衡過(guò)程，為保障電池能夠始 終維持在平衡狀態(tài)之下充電，必須盡量使通過(guò)電池的電流小一些。理想條件是外加電壓等于電池本身的電動(dòng)勢(shì)。但是，實(shí)踐表明，蓄電池充電時(shí)，外加電壓必須增大到一定數(shù)值才行，而這個(gè)數(shù)值又因?yàn)殡姌O材料，溶液濃度等各種因素的差別而在不同程度上超過(guò)了蓄電池的平衡電動(dòng)勢(shì)值。在化學(xué)反應(yīng)中，這種電動(dòng)勢(shì)超過(guò)熱力學(xué)平衡值的現(xiàn)象，就是極化現(xiàn)象。 一般來(lái)說(shuō)，產(chǎn)生極化現(xiàn)象有 3 個(gè)方面的原因。 1）歐姆極化充電過(guò)程中，正負(fù)離子向兩極遷移。在離子遷移過(guò)程中不可避免地受到一定的阻力，稱為歐姆內(nèi)阻。為了克服這個(gè)內(nèi)阻，外加電壓就必須額外施加一定的電壓，以 克服阻力推動(dòng)離子遷移。該電壓以熱的方式轉(zhuǎn)化給環(huán)境，出現(xiàn)所謂的歐姆極化。隨著充電電流急劇加大，歐姆極化將造成蓄電池在充電過(guò)程中的高溫。 2）濃度極化電流流過(guò)蓄電池時(shí)，為維持正常的反應(yīng)，最理想的情況是電極表面的反應(yīng)物能及時(shí)得到補(bǔ)充，生成物能及時(shí)離去。實(shí)際上，生成物和反應(yīng)物的擴(kuò)散速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上化學(xué)反應(yīng)速度，從而造成極板附近電解質(zhì)溶液濃度發(fā)生變化。也就是說(shuō)，從電極表面到中部溶液，電解液濃度分布不均勻。這種現(xiàn)象稱為濃度極化。 3）電化學(xué)極化這種極化是由于電極上進(jìn)行的電化學(xué)反應(yīng)的速度，落后于電極上電子運(yùn)動(dòng)的速度造成的。 例如：電池的負(fù)極放電前，電極表面帶有負(fù)電荷，其附近溶液帶有正電荷，兩者處于平衡狀態(tài)。放電時(shí)，立即有電子釋放給外電路。電極表面負(fù)電荷減少，而金屬溶解的氧化反應(yīng)進(jìn)行緩慢 Me ，不能及時(shí)補(bǔ)充電極表面電子的減少，電極表面帶電狀態(tài)發(fā)生變化。這種表面負(fù)電荷減少的狀態(tài)促進(jìn)金屬中電子離開(kāi)電極，金屬離子 Me轉(zhuǎn)入溶液，加速 Me反應(yīng)進(jìn)行?？傆幸粋€(gè)時(shí)刻，達(dá)到新的動(dòng)態(tài)平衡。但與放電前相比，電極表面所 7 帶負(fù)電荷數(shù)目減少了，與此對(duì)應(yīng)的電極電勢(shì)變正。也就是電化學(xué)極化電壓變高，從而嚴(yán)重阻礙了正常的充電電流。同理，電池正 極放電時(shí)，電極表面所帶正電荷數(shù)目減少，電極電勢(shì)變負(fù)。這 3 種極化現(xiàn)象都是隨著充電電流的增大而嚴(yán)重。 1.3.2 充電器的工作原理 目前， 電動(dòng)自行車(chē)主要以鉛酸蓄電池為動(dòng)力。鉛酸蓄電池的主要優(yōu)點(diǎn)是： 電池容量大、價(jià)格便宜并具有無(wú)記憶效應(yīng) ；但存在的缺點(diǎn)是： 體積大、重量重和不能過(guò)充或過(guò)放。根據(jù)鉛酸蓄電池的上述特點(diǎn)， 鉛酸蓄電池的充電過(guò)程一般分為四個(gè)階段： 涓流充電 快速充電 均充電 浮充電 1， 2 ，如圖 1.2 所示 圖 1.2 鉛酸蓄電池要求的充電電壓、電流曲線 根據(jù)充電前蓄電池殘余電量的不同， 每次充電的時(shí)間將有所不同。 (1) 涓流充電 若蓄電池在充電初期已處于深度放電狀態(tài)，為避免對(duì)蓄電池充電電流過(guò)大，造成熱失控， 微處理器通過(guò)監(jiān)測(cè)蓄電池的電壓，對(duì)蓄電池實(shí)行穩(wěn)定小電流涓流充電。在涓流充電階段，電池電壓開(kāi)始上升，當(dāng) 電池電壓上升到能接受大電流充電的閥值時(shí)則轉(zhuǎn)入快速充電階段。 (2) 快速充電 該階段為大電流恒流充電，電池電壓上升較快，當(dāng)電壓上升至均充電壓閥值時(shí)，則轉(zhuǎn)入均充階段。 (3) 均充電 該階段為恒壓充電，它可使電池容量快速恢復(fù)。這時(shí)充電電流逐漸減小，當(dāng)電流下降至某一固定值時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)入浮充電。 8 (4) 浮充電 該階段主要用來(lái)補(bǔ)充蓄電池自放電所消耗的能量，此標(biāo)志著充電過(guò)程結(jié)束。 9 第二章 總體設(shè)計(jì)方案 2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 根據(jù) 課題 的要求，系統(tǒng)采用開(kāi)關(guān)電源，通過(guò)脈沖電流的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)充電的目的。由市電送來(lái)的 220V 交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)脈沖變壓器降壓送給蓄電池進(jìn)行充電。對(duì)系統(tǒng)信號(hào)進(jìn)行采樣和控制，將充電的電壓和電流信號(hào)反饋回 PWM信號(hào)發(fā)生器，由 PWM 信號(hào)發(fā)生器控制開(kāi)關(guān)管通斷的占空比完成充電的。當(dāng)蓄電池的電壓達(dá)到額定值后，說(shuō)明蓄電池已經(jīng)充滿電?？刂崎_(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源，停止充電。 2.2 方案策略 用 PWM 信號(hào)發(fā)生器 (比如 UC3842)實(shí)現(xiàn)的方案。蓄電池充電時(shí)，電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)各種處理后，分別 送進(jìn) PWM 信號(hào)發(fā)生器的電壓和電流反饋引腳。 PWM 信號(hào) 發(fā)生器 對(duì)反饋回來(lái)的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行分析，然后調(diào)整 PWM 輸出信號(hào)的占空比。這個(gè) PWM信號(hào)送給開(kāi)關(guān)電源開(kāi)關(guān)管，從而便調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)管在一個(gè)周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時(shí)間，也就是控制了高頻變壓器通斷的時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)控制高頻變壓器輸出電壓和電流的大小。這種方法是目前市場(chǎng)充電器流行使用的方法，也是一種很技術(shù)非常成熟的方法。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是，技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟、有多年的實(shí)用經(jīng)驗(yàn)、所需的元器件少、成本低。如下 2.1 方框圖： 10 圖 2.1 方案方框圖 高頻變壓器 蓄電池 PWM 波形發(fā)生器 電流電壓反饋 11 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 電路總體設(shè)計(jì) 圖 3.1 電路總體設(shè)計(jì)方框圖 如圖 3.1 所示，由市電送來(lái)的 220V 的交流雙向?yàn)V波抑制干擾進(jìn)行整流濾波，得到太約 300V 的直流電送入給高頻脈沖變壓器，高頻變壓器的次級(jí)繞組輸出電壓為 48V 給蓄電池充電。在蓄電池的出口處分別的進(jìn)行電壓和電流的采樣，采樣信號(hào)送入低通濾波器以濾掉諧波的干擾。以 UC3842 驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的單管開(kāi)關(guān)電源，然后再輸出的 PWM 波形的頻率和占空比，配合 LM358 個(gè)雙運(yùn)放來(lái) 實(shí)現(xiàn)階段充電方式。 3.2 芯片介紹 3.2.1 LM358 雙運(yùn)放 LM358 內(nèi)部包括有兩個(gè)獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也使用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無(wú)關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所用可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場(chǎng)合。結(jié)構(gòu)如圖 3.2； 12 特性：內(nèi)部頻率補(bǔ)償 直流電壓增益高（約 100db） 單位增益頻帶寬（約 1mhz） 電源電壓范圍寬：?jiǎn)坞娫矗?330V）雙電源 （ +-1.5+-15v） 低功耗電流，適合于電池供電 低輸入偏流 低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流 共模輸入電壓范圍寬，包括接地 差模輸入電壓范圍寬，等于電源電壓范圍 輸出電壓擺幅大（ 0 至 vcc-1.5V） 圖 3.2 LM358 引腳圖 3.2.2 UC3842 單管開(kāi)關(guān)電源 圖 3.3 UC3842引腳圖 -1腳 COMP 是內(nèi)部誤差放大器的輸出端，通常此腳與 2腳之間接有反饋網(wǎng) 13 絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響。 -2腳 VFB是 反饋電壓輸入端，此腳與內(nèi)部誤差放大器同向輸入端的基準(zhǔn)電壓 (一般為 +2.5V)進(jìn)行比較，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度。 -3腳 ISENSE 是電流傳感端。在外圍電路中，在功率開(kāi)關(guān)管 (如 VMos 管 )的源極串接一個(gè)小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的電流轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入 3 腳，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管的電流增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過(guò) 1V 時(shí)， UC3842就停止輸出，有效地保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)管。 -4腳 RT/CT是定時(shí)端。鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容 C 和定時(shí)電阻 R的公共端。 -5腳 GND 是接 地。 -6腳 OUT是輸出端，此腳為圖滕柱式輸出，驅(qū)動(dòng)能力是 lA。這種圖騰柱結(jié)構(gòu)對(duì)被驅(qū)動(dòng)的功率管的關(guān)斷有利，因?yàn)楫?dāng)三極管 VTl截止時(shí)， VT2導(dǎo)通，為功率管關(guān)斷時(shí)提供了低阻抗的反向抽取電流回路，加速功率管的關(guān)斷。 -7腳 Vcc 是電源。當(dāng)供電電壓低于 16V 時(shí)， UC3824不工作，此時(shí)耗電在 1mA 以下。輸入電壓可以通過(guò)一個(gè)大阻值電阻從高壓降壓獲得。芯片工作后，輸入電壓可在 +10 +30V 之間波動(dòng)，低于 +10V 停止工作。工作時(shí)耗電約為 15mA，此電流可通過(guò)反饋電阻提供。 -8腳 VREF 是基準(zhǔn)電壓輸出 ，可輸出精確的 +5V 基準(zhǔn)電壓，電流可達(dá) 50mA。 3.2.3 EL817 光耦合器 對(duì)輸入、輸出電信號(hào)起隔離作用，光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收及信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（ LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，在經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電 -光 -電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能 力。它主要通過(guò)電 光 電這種轉(zhuǎn)換，利用 “光 ”這一環(huán)節(jié)完成隔離功能，因?yàn)楣庑盘?hào)的傳送不受電場(chǎng)、磁場(chǎng)的干擾，可以有效地隔離電信號(hào)，提高電路的抗干擾能力。組成如圖 3.4下： 14 圖 3.4 EL817 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 3.2.4 場(chǎng)效應(yīng)管 K1358 作用：場(chǎng)效應(yīng)管可應(yīng)用于放大，由于場(chǎng)效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器，場(chǎng)效應(yīng)管可以用作電子開(kāi)關(guān) .場(chǎng)效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換，常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)作阻抗變換，場(chǎng)效應(yīng)管可以用作可變電阻 .場(chǎng)效應(yīng)管可以方便地用作恒流源 .。它 的分類(lèi)：場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型 (MOS)兩大類(lèi)，按溝道材料：結(jié)型和絕緣柵型各分 N溝道和 P 溝道兩種 。 按導(dǎo)電方式：耗盡型與增強(qiáng)型，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管均為耗盡型，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管既有耗盡型的，也有增強(qiáng)型的。 主要參數(shù)： Idss飽和漏源電流 .是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，柵極電壓 UGS=0時(shí)的漏源電流 。 Up夾斷電壓 .是指結(jié)型或耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管中，使漏源間剛截止時(shí)的柵極電壓 。 Ut 開(kāi)啟電壓 .是指增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效管中，使漏源間剛導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓 。 gM跨導(dǎo) 。 是表示柵源電壓 UGS 對(duì)漏極電流 ID的控制 能力，即漏極電流 ID 變化量與柵源電壓 UGS 變化量的比值 。 gM 是衡量場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù) 。 BVDS 漏源擊穿電壓 。 是指柵源電壓 UGS 一定時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管正常工作所能承受的最大漏源電壓 .這是一項(xiàng)極限參數(shù)，加在場(chǎng)效應(yīng)管上的工作電壓必須小于 BVDS。 15 PDSM 最大耗散功率，也是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管性能不變壞時(shí)所允許的最大漏源耗散功率 .使用時(shí)，場(chǎng)效應(yīng)管實(shí)際功耗應(yīng)小于 PDSM 并留有一定余量 。 IDSM 最大漏源電流 .是一項(xiàng)極限參數(shù)，是指場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，漏源間所允許通過(guò)的最大電流 .場(chǎng)效應(yīng)管的工作電流不應(yīng)超 過(guò) IDSM。 3.3 電動(dòng)車(chē)充電器原理及各元件作用的概述 3.3.1 充電器原理圖 圖 3.5 充電器原理圖 3.3.2 各元器件作用概述 220v交流電經(jīng) T0 雙向?yàn)V波抑制干擾， D1 整流為脈動(dòng)直流，再經(jīng) C11 濾波形成約 300V 左右的直流電。 U1 為 TL3842 脈寬調(diào)制集成電路。其 5 腳為電源負(fù)極， 7 腳為電源正極， 6 腳為脈沖輸出直接驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管 Q1(K1358) 3 腳為最大電流限制，調(diào)整 R25(2.5 歐姆 )的阻值可以調(diào)整充電器的最大電流。 2 腳為電壓反饋，可以調(diào)節(jié)充電器的輸出電壓。 4 腳外接振蕩電阻 R1，和振蕩電容 C1。T1 為高頻脈沖變壓器，其作用有三個(gè)。第一是把高壓脈沖將壓為低壓脈沖。第 16 二是起到隔離高壓的作用，以防觸電。第三是為 uc3842 提供工作電源。 D4 為高頻整流管（ 16A60V） C10 為低壓濾波電容， D5 為 12V 穩(wěn)壓二極管， U3(TL431)為精密基準(zhǔn)電壓源，配合 U2(光耦合器 4N35) 起到自動(dòng)調(diào)節(jié)充電器電壓的作用。調(diào)整 w2(微調(diào)電阻 )可以細(xì)調(diào)充電器的電壓。 D10 是電源指示燈。 D6 為充電指示燈。 R27 是電流取樣電阻（ 0.1 歐姆， 5w）改變 W1 的阻值可以調(diào)整充電器轉(zhuǎn)浮充的拐點(diǎn)電流（ 200 300 mA）。 3.4 功能模塊電路設(shè)計(jì) 3.4.1 第一路通電開(kāi)始 圖 3.6 整流電路 由 3.6 圖： 市電送來(lái)的 220V 的交流電經(jīng)過(guò) T0 雙向?yàn)V波器，通電開(kāi)始時(shí)，通過(guò)雙向?yàn)V波器送入 D1 整流電路，到達(dá) C11 濾波電容后形成了 300V 左右的電壓，此電壓一路經(jīng) T1 加載到 Q1. 3.4.2 第二路 UC3842 電路 17 圖 3.7 UC3842 電路 第二路由上圖 3.7 ： 300V 的直流電壓經(jīng)過(guò) R5， C8， C3 為脈寬調(diào)制集成電路 U1 的第七腳提供啟動(dòng)電壓， U1 的 7 腳的道啟動(dòng)電壓后，（ 7 腳電壓高于 14V時(shí)，集成電路開(kāi)始工作）強(qiáng)迫 U1 啟動(dòng)， 6 腳輸出 PWM 脈沖， Q1 開(kāi)始工作，電流經(jīng) R25 到地，三腳為最大電流限制，經(jīng)過(guò) R23， R3，到 R25，調(diào)整 R25 阻值可以調(diào)整充電器的最大電流。同時(shí)， T1 變壓器的副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電壓，經(jīng) D3，R12 給 U1 提供可靠電源。 T1 輸出線圈的電壓經(jīng) D4 高頻整流管，低壓濾波電容C10 整流濾波后提供了穩(wěn)定的工作電壓。此電壓一路經(jīng) D7（ D7 起到防止電池的電流倒灌給充電器的作用）給電池充電。四腳外接振蕩電阻 R1 和振蕩電容 C1決定 U1 的振蕩頻率。 3.4.3 第三路 LM358（雙運(yùn)算放大器 ）電路 18 圖 3.8 LM358 電路 由 3.8 圖： LM358 有第二路電路得到一個(gè)穩(wěn)定的電壓流入 R14，再分析第三路經(jīng) R14， D5， C9 為（運(yùn)算放大器的 1 腳為電源地， 8 腳為電源正）及其外圍電路提供 12V 工作電源。 D9 為 LM358 提供基準(zhǔn)電壓，經(jīng) R26， R4 分壓到達(dá)LM358A/B 的第二腳和第五腳，正常充電時(shí)， R27 電流取樣電阻上端有0.150.18V 左右電壓，此電壓一路經(jīng) R17 加載到 LM358A 的第三腳，從一腳送出高電壓，此電壓一路經(jīng) R18，強(qiáng)迫 Q2 導(dǎo)通， D6LED 紅燈點(diǎn)亮，第二路注入LM358B 的 6 腳， 7 腳輸出低電壓，迫使 Q3 關(guān)斷， D10LED 綠燈熄滅，充電器進(jìn)入恒流源充電階段。 如圖 3.9： 19 圖 3.9 恒流充電曲線 當(dāng)電池電壓上升到 44.2V 左右時(shí)，充電器進(jìn)入恒壓充電階段，輸出電壓維持在 44.2V 左右，充電器進(jìn)入恒壓充電階段，電流逐漸減少，當(dāng)充電電流減少到200MA-300MA 時(shí)， R27 上端的電壓下降， LM358 的三腳電壓低于 2 腳， 1 腳輸出低電壓， Q2 關(guān)斷， D6 熄滅。同時(shí) 7 腳輸出高電壓，此電壓一路迫使 Q3 導(dǎo)通，D10 點(diǎn)亮，另一路經(jīng) D8， W1 到達(dá)反饋電路，是電壓降低，充電器進(jìn)入 涓流充電階段。 如圖 3.10： 圖 3.10 涓流充電階段 20 1 到 2 小時(shí)候充電結(jié)束。 3.5 電動(dòng)車(chē)充電器改進(jìn)方案 圖 3.11 增加充滿電發(fā)聲提示電路 3.5.1 增加充滿電發(fā)聲提示電路 增加充滿電發(fā)聲提示電路原理。如圖 3.11 所示，圖中左邊是原充電器的發(fā)光指示電路。其中一只雙集成運(yùn)放中的兩個(gè)運(yùn)放。充電時(shí)， LM358A 輸出高電平，6 腳輸出波形 4 腳振蕩波形 21 D6 發(fā)光，充滿電時(shí)， LM358B 輸出高電平， D10 發(fā)光。右邊是增加電路，正常充電時(shí)， VT 基極為高電平截止，充滿電后， VT 基極被上面輸出端的低電平正偏置而導(dǎo)通，蜂鳴器發(fā)音提示。 VD1VD4 是為降低 VT 射極電位而設(shè)置的，否則因?yàn)?LM358A的高電平與 VT發(fā)射極電位差太低而不能使 VT在充電時(shí)可靠截止。蜂鳴器帶音源的，一般在 615v直流電壓范圍內(nèi)部都可靠發(fā)聲。 此舉可避免充電器長(zhǎng)時(shí)間接通電源造成充滿電后待機(jī)消耗。以及導(dǎo)致蓄電池過(guò)充而縮短壽命。 3.5.2 加散熱風(fēng)扇 圖 3.12 加散熱風(fēng)扇圖 因?yàn)闆](méi)有加散熱風(fēng)扇，開(kāi) 關(guān)管很易過(guò)熱損壞，可用一只小風(fēng)扇。由圖 3.12所示，左邊是開(kāi)關(guān)變壓器及加繞的線圈，用漆包線在變壓器空隙中穿繞 35 匝而成。線圈輸出的高頻交流電壓由 VD 整流， C 濾波后給風(fēng)扇 M 供電。實(shí)踐證明，12V 風(fēng)扇在 812v 范圍內(nèi)皆可工作，線圈實(shí)際繞的匝數(shù)有實(shí)驗(yàn)確定，由于 M 工作電流僅有 100 多 ma。因而不會(huì)對(duì)開(kāi)關(guān)管及電路造成影響。 22 第四章 總結(jié)與展望 采用以 UC3842驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管的單管開(kāi)關(guān)電源配合 LM358雙運(yùn)放電路設(shè)計(jì)的智能充電器，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電車(chē)的蓄電池進(jìn)行充電，并能夠根據(jù)充電過(guò)程自動(dòng)調(diào)整控制參數(shù)以，可以實(shí)現(xiàn)充電 過(guò)程的無(wú)人值守，延長(zhǎng)電池的使用壽命。 由于設(shè)計(jì)時(shí)間短，在電路設(shè)計(jì)與充電算法方面還存在不足，有待于以后不斷改進(jìn)。 因電動(dòng)車(chē)智能充電器對(duì)可靠性要求很高，因此除了要對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)外，還要對(duì)保護(hù)電路進(jìn)行完善考慮。為此 ， 我們