电动汽车充电保护项目

NTC充电控制电路项目需求一、项目背景由于新能源电动汽车具有生产低污染、噪音小、成本低等优点，因此在全球的普及度越来越高。随着市场对电动汽车续航里程要求不断提高，电动汽车充电器功率也越来越大，常见的充电器功率在 2KW6KW 之间。由于需要大容量滤波电容的存在，在充电器上电瞬间，会有很大的浪涌电流产生，会对回路，电容本身造成不可逆的损害，所以需要设计合适的电路，在上电瞬间对电容充电的浪涌电流进行抑制。一般在采用在滤波电容前端增加一个充电电阻来抑制浪涌电流，当电容充到一定电压后，再通过继电器等元件将电阻短路，防止电阻持续损耗能量。为了提高充电速度又能抑制上电瞬间电容充电电流，一般设计1个NTC电阻，随着电容电压不断增大，NTC电阻的阻值变得非常小，当电容充到一定电压后，再通过继电器等元件将电阻短路，防止电阻持续损耗能量，充电效率更高。二、项目任务设计一个NTC充电控制电路，利用5V电源给100uf电容充电，为了防止大电流造成电容损坏，在5V电源和100uf电容之间加上一个NTC电阻。要求在电路上电3S后，电容的电压值达到3V左右，此时将NTC电阻短路，由5V电源直接给电容充电。计算NTC的参数，并选型。项目实施一、基础知识储备（一） 热敏电阻热敏电阻器是敏感元件的一类，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻器(PTC)和负温度系数热敏电阻器(NTC)。热敏电阻器的典型特点是对温度敏感，不同的温度下表现出不同的电阻值。正温度系数热敏电阻器(PTC)在温度越高时电阻值越大，负温度系数热敏电阻器(NTC)在温度越高时电阻值越低，它们同属于半导体器件PTC（Positive Temperature CoeffiCient）是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻现象或材料，可专门用作恒定温度传感器。 PTC热敏电阻除用作加热元件外，同时还能起到开关的作用，兼有敏感元件、加热器和开关三种功能，称之为热敏开关。电流通过元件后引起温度升高，即发热体的温度上升，当超过居里点温度后，电阻增加，从而限制电流增加，于是电流的下降导致元件温度降低，电阻值的减小又使电路电流增加，元件温度升高，周而复始，因此具有使温度保持在特定范围的功能，又起到开关作用。利用这种阻温特性做成加热源，作为加热元件应用的有暖风器、电烙铁、烘衣柜、空调等，还可对电器起到过热保护作用。NTC(Negative Temperature CoeffiCient)是指随温度上升电阻呈指数关系减小、具有负温度系数的热敏电阻现象和材料。该材料是利用锰、铜、硅、钴、铁、镍、锌等两种或两种以上的金属氧化物进行充分混合、成型、烧结等工艺而成的半导体陶瓷，可制成具有负温度系数(NTC)的热敏电阻。其电阻率和材料常数随材料成分比例、烧结气氛、烧结温度和结构状态不同而变化。现在还出现了以碳化硅、硒化锡、氮化钽等为代表的非氧化物系NTC热敏电阻材料。 NTC热敏电阻（二）比较器对两个数值进行比较，以确定它们之间的大小关系称为比较。 能够实现这种比较功能的电路或装置称为比较器。比较器是将一个模拟电压信号与一个基准电压相比较的电路。比较器的两路输入为模拟信号，输出则为二进制信号0或1，当输入电压的差值增大或减小且正负符号不变时，其输出保持恒定。比较器分类：过零电压比较器、电压比较器、窗口比较器、滞回比较器常见的芯片有LM393、LM324、LM358、uA741、TL081234、OP07、OP27，这些都可以做成电压比较器（不加负反馈时）。2、 电路原理图设计1.主电路设计：由NTC充电电路和LM393比较器组成的比较控制电路组成，通过输出控制继电器的打开关闭充电电路分析设计：电路中充电电容采用的是型号为50YXF100MEFC8X11 的50V/100UF的直插电解电容，通过在datasheet中搜索这个信号，可以查看他的参数，它的额定纹波电流为400mA,20时，电容阻抗为0.25，如果充电电路中不加NTC,那么可以计算得出充电电路中电流为5/0.25=20A,远远超过电容的额定纹波电流为400mA，电容会损坏，因此为了电路的稳定性，所以在室温情况下NTC电阻至少大于12.5，由于电路中NTC型号为MF11，NTC电阻随温度升高，阻值呈指数减小，50KNTC在20时，NTC阻值变为50左右，所以NTC电阻选择50K的NTC较为合适。LM393为常用的电压比较器芯片，选用这个芯片组成的比较器，比较器输出要添加上拉电阻保证输出电平的稳定。l LM393的反相输入端是NTC与电容C2组成充电电路，上电时，5V电源开始通过NTC给电容充电，电压不断变化l LM393的同相输入端是由分压得到的基准电压范围产生电路l LM393通过2个输入端的比较输出高低电平，控制继电器的动作l 继电器未通电时，处于断开状态（不吸合）状态，当比较器输出高电平时，继电器为断开状态（不吸合）状态，当比较器输出为低电平时，继电器为闭合（吸合）状态2.电源电路设计： 主电路为5V供电,因此可以采用高效稳压的LM2596-ADJ组成的输出电压灵活可调的5V输出的电源电路供电，设计好的电源电路如下图所示。l3、 电路功能测试5V电源通过NTC给电容充电，电容从0V开始变化，3秒后，当电容的电压值达到3V左右时，比较器输出低电平，继电器闭合，指示灯亮，由5V电源直接给电容充电，最终使电容达到5V。视频演示4、 电路调试分析电路调试分析一：继电器上电瞬间吸合，然后一直保持吸合状态分析：可能是芯片的问题或者是电路中某个电阻的问题，还可能是继电器本身的问题，从左向右依次查看各个点的电压情况，推断出问题分析调试：视频演示电路调试分析二：电路板上电工作一段时间后，继电器无任何动作分析：可能是芯片的问题或者是电路中某个电阻的问题，还可能是继电器本身的问题，从左向右依次查看各个点的电压情况，推断出问题电路调试分析三：上电瞬间继电器吸合然后断开，之后一直保持断开状态分析：可能是芯片的问题或者是电路中某个电阻的问题，还可能是继电器本身的问题，从左向右依次查看各个点的电压情况，推断出问题 电路调试分析四：10uf,耐压值为25V的电解电容两端加电压时，电容发热烧坏分析：10uf耐压值为25V的电解电容，电容反接，当电容两端反向电压为xxx时，电容可能发热爆炸。分析调试：视频演示电路调试分析五：电路设计中，LED灯支路上一般都添加限流电阻？选多大电阻合适？分析：限流电阻，根据LED特性决定，经过LED的电流不能过大，故添加限流电阻，一般选择K级电阻。例如，型号为17-21/GHC-YR1S2/3T，绿色0805贴片LED灯，正向电流为20mA，正向电流峰值为110mA，他的典型正向电压为3.3V,最大正向电压为3.7V，因此可以根据公式计算出当前限流电阻的阻值如果15V电压给带限流电阻的LED灯支路供电，则限流电阻R=（15-3.3）V/20mA=