智能电池充电器的设计毕业论文

1、 安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文） PAGE 1智能电池充充电器的的设计摘要 本文文着重介介绍了慢慢脉冲智智能充电电方法的的应用，同同时还介绍了了关于慢脉脉冲快速速充电方方法的基基本原理理，其中中本文主主要以对对电瓶的的充电为为例，利利用慢脉脉冲快速速充电的的方法来提高充充电速度度。在充充电过程程中主要要选择用用单片机机控制，实实现对过过冲保护护。该系系统具有有自动化化程度高高、运行行费用低低、工作作可靠性性能强等等优点。由于铅酸蓄蓄电池维维护简单单、价格格低廉、供供电可靠靠、使用用寿命长长，广泛泛作为汽汽车、飞飞机、轮轮船等机机动车辆辆或发电电机组的的启动电电源，也也在各类类需要不不间断

2、供供电的电电子设备备和便携携式仪器器仪表中中用作一一些电器器及控制制回路的的工作电电源。随随着经济济的发展展，大容容量蓄电电池的应应用迅速速增加，人人们希望望能快捷捷、安全全地对蓄蓄电池进进行充电电。因此此，为了了适应市市场的需需求，我我们需要要设计一一种铅蓄蓄电池智智能充电电器。关键词：智智能电瓶瓶充电器器 889S551单片片机 传感器器 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 录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc18747 引 言 PAGEREF _Toc18747 1 HYPER

8、LINK l _Toc4107 第1章 基本理理论介绍绍 PAGEREF _Toc4107 2 HYPERLINK l _Toc979 1.1 铅铅蓄电池池充电理理论基础础 PAGEREF _Toc979 2 HYPERLINK l _Toc22918 1.2 充充电方法法的研究究 PAGEREF _Toc22918 3 HYPERLINK l _Toc26682 1.2.11 快速速充电技技术 PAGEREF _Toc26682 4 HYPERLINK l _Toc25577 1.2.22 脉冲冲快速充充电法的的理论基基础 PAGEREF _Toc25577 6 HYPERLINK l _T

9、oc13289 1.4 充充电方法法设计 PAGEREF _Toc13289 7 HYPERLINK l _Toc2930 1.4.11 预充充电 PAGEREF _Toc2930 7 HYPERLINK l _Toc15399 1.4.22 脉冲冲快速充充电 PAGEREF _Toc15399 7 HYPERLINK l _Toc6730 1.4.33 补足足充电 PAGEREF _Toc6730 8 HYPERLINK l _Toc11407 1.4.44 浮充充电 PAGEREF _Toc11407 8 HYPERLINK l _Toc14182 第2章 设计方方案论证证 PAGEREF

10、 _Toc14182 9 HYPERLINK l _Toc15072 2.1 论论证方案案 PAGEREF _Toc15072 9 HYPERLINK l _Toc18850 2.2 控控制方式式 PAGEREF _Toc18850 9 HYPERLINK l _Toc569 第3章 硬件电电路设计计 PAGEREF _Toc569 10 HYPERLINK l _Toc22673 3.1 充充电器主主电路设设计 PAGEREF _Toc22673 10 HYPERLINK l _Toc2338 3.1.11 整流流电路设设计 PAGEREF _Toc2338 10 HYPERLINK l _

11、Toc205 3.1.22 半桥逆逆变电路路 PAGEREF _Toc205 11 HYPERLINK l _Toc20771 3.1.33 开关关变压器器的设计计计算 PAGEREF _Toc20771 12 HYPERLINK l _Toc32720 3.1.44 变频频整流电电路 PAGEREF _Toc32720 13 HYPERLINK l _Toc939 3.2 控控制电路路的设计计 PAGEREF _Toc939 14 HYPERLINK l _Toc15267 3.2.11 传感感检测电电路 PAGEREF _Toc15267 14 HYPERLINK l _Toc12181

12、3.2.22 单片片机电路路 PAGEREF _Toc12181 17 HYPERLINK l _Toc3293 3.3 整整体电路路设计 PAGEREF _Toc3293 18 HYPERLINK l _Toc25499 3.4 程程序流程程图 PAGEREF _Toc25499 20 HYPERLINK l _Toc1485 结 论 PAGEREF _Toc1485 21 HYPERLINK l _Toc5478 致 谢 PAGEREF _Toc5478 22 HYPERLINK l _Toc1988 参考文献 PAGEREF _Toc1988 23引 言电瓶，也就就是蓄电电池，它它是电池

13、池的一种种，它的的工作原原理就是是利用化化学能转转变为电电能。 通常，日日常生活活中的电电瓶就是是指铅酸酸蓄电池池。它主主要是由由铅及其其氧化物物制成的的，电解解液为硫硫酸溶液液的蓄电电池。一般它用填填满了海海绵状的的铅的铅铅板作负负极，填填满了二二氧化铅铅的铅板板作正极极，并用用2228的稀硫硫酸作电电解质。充充电时，电电能转化化为化学学能，放放电时化化学能又又转化为为电能。电电池在放放电时，金金属铅是是负极，发发生氧化化反应，被被氧化为为硫酸铅铅；二氧氧化铅是是正极，发发生还原原反应，被被还原为为硫酸铅铅。电池池内部发发生氧化化和还原原反应。在在用直流流电给电电池充电电时，两两极分别别生成

14、了了铅和二二氧化铅铅。除去去电源后后，它就就会恢复复到之前前放电前前的状态态，即化化学电池池。铅蓄蓄电池可可以反复复充电、放放电，所所以也叫叫二次电电池。日日常生活活中家用用小电器器中通常常都是把把铅蓄电电池串联联起来使使用，这这样就可可以得到到符合用用电器的的正常电电压。 由于铅铅酸蓄电电池维护护简单、价价格低廉廉、供电电可靠、使使用寿命命长，广广泛作为为汽车、飞飞机、船船等机动动车辆或或发电机机组的启启动电源源，也在在各类需需要不间间断供电电的电子子设备和和便携式式仪器仪仪表中用用作一些些电器及及控制回回路的工工作电源源。随着着经济的的发展，大大容量蓄蓄电池的的应用迅迅速增加加，人们们希望

15、能能快捷、安安全地对对蓄电池池进行充充电，而而现有市市场销售售的充电电器充电电电流多多为200A。为为了满足足人们对对大功率率充电器器的需求求，设计计了一款款基于LLPC9933充电电电流500A、充充电功率率7400W、功功能完善善、可扩扩充的智智能充电电器。铅铅酸蓄电电池的制制造成本本低、容容量大、价价格低廉廉，使用用十分广广泛。由由于其固固有的特特性，若若使用不不当，寿寿命将大大大缩短短。影响响铅酸蓄蓄电池寿寿命的因因素很多多，采用用正确的的充电方方式，能能有效延延长蓄电电池的使使用寿命命。因此此，设计计一种全全新的智智能型铅铅酸蓄电电池充电电器是十十分必要要的。第一章 基本理理论介绍绍

16、1.1 铅铅蓄电池池充电理理论基础础上世纪600年代中中期，美美国科学学家马斯斯对蓄电电池的充充电过程程作了大大量的试试验研究究，并提提出了以以最低出出气率为为前提的的，蓄电电池可接接受的充充电曲线线，如图图1-11所示。实实验表明明，如果果充电电电流按这这条曲线线变化，就就可以大大大缩短短充电时时间，并并且对电电池的容容量和寿寿命也没没有影响响。原则则上把这这条曲线线称为最最佳充电电曲线，从从而奠定定了智能能充电方方法的研研究方向向。 i=iei=ieti0图1-1 最佳佳充电曲曲线由图1-11可以看看出：在在初始充充电时的的电流很很大，但但是随时时间的增增加电流流变小的的很快。主主要原因因

17、是充电电过程中中产生了了极化现现象。在在密封式式蓄电池池充电过过程中，正正极板产产生氧气气，当氧氧气不能能被及时时吸收时时，便堆堆积在正正极板，使使电池内内部压力力加大，电电池温度度上升 ，同时时缩小了了正极板板的面积积，其内内阻就会会变大，会会导致电电池内部部出现极极化现象象。一般般来说，产产生极化化现象有有3个方方面的原原因。（1）极化化充电电过程中中，正负负离子向向两极迁迁移。在在离子迁迁移过程程中不可可避免地地受到一一定的阻阻力，称称为欧姆姆内阻。为为了克服服这个内内阻，外外加电压压就必须须额外施施加一定定的电压压，以克克服阻力力推动离离子迁移移。该电电压以热热的方式式转化给给环境，出

18、出现所谓谓的欧姆姆极化。 随着充充电电流流急剧加加大，欧欧姆极化化将造成成蓄电池池在充电电过中的的高温。（2）极化化电流流流过蓄蓄电池时时，为维维持正常常的反应应，最理理想的情情况是电电极表面面反应物物能及时时得到补补充，生生成物能能及时离离去。实实际上，生生成物和和反应物物的扩散散速度远远远比不不上化学学反应速速度，从从而造成成极板附附近电解解质溶液液浓度发发生变化化。也就就是说，从从电极表表面到中中部溶液液，电解解液浓度度分布不不均匀。这这种现象象称为浓浓度极化化。（3）学极极化这这种极化化是由于于电极上上进行的的电化学学反应的的速度，落落后于电电极上电电子运动动的速度度造成的的。例如如：

19、电池池的负极极放电前前，电极极表面带带有负电电荷，其其附近溶溶液带有有正电荷荷，两者者处于平平衡状态态。放电电时，立立即有电电子释放放给外电电路。电电极表面面负电荷荷减少，而而金属溶溶解的氧氧化反应应进行缓缓慢，不不能及时时补充电电极表面面电子的的减少，电电极表面面带电状状态发生生变化。这这种表面面负电荷荷减少的的状态促促进金属属中电子子离开电电极，金金属离子子M转转入溶液液，加速速反应进进行。总总有一个个时刻，达达到新的的动态平平衡。但但与放电电前相比比，电极极表面所所带负电电荷数目目减少了了，与此此对应的的电极电电势变正正。也就就是电化化学极化化电压变变高，从从而严重重阻碍了了正常的的充电

20、电电流。同同理，电电池正极极放电时时，电极极表面所所带正电电荷数目目减少，电电极电势势变负。这这3种极极化现象象都是随随着充电电电流的的增大而而严重。1.2 充充电方法法的研究究常规充电制制度是依依据19940年年前国际际公认的的经验法法则设计计的。其其中最著著名的就就是“安培小小时规则则”：充电电电流安安培数，不不应超过过蓄电池池待充电电的安时时数。实实际上，常常规充电电的速度度被蓄电电池在充充电过程程中的温温升和气气体的产产生所限限制。这这个现象象对蓄电电池充电电所必须须的最短短时间具具有重要要意义。一一般来说说，常规规充电有有以下33种。恒流充电法法是用调调整充电电装置输输出电压压或改变

21、变与蓄电电池串联联电阻的的方法，保保持充电电电流强强度不变变的充电电方法。控控制方法法简单，但但由于电电池的可可接受电电流能力力是随着着充电过过程的进进行而逐逐渐下降降的，到到充电后后期，充充电电流流多用于于电解水水，产生生气体，使使出气过过甚，因因此，常常选用阶阶段充电电法。此此方法包包括二阶阶段充电电法和三三阶段充充电法。二阶段法：采用恒恒电流和和恒电压压相结合合的快速速充电方方法，如如图3所所示。首首先，以以恒电流流充电至至预定的的电压值值，然后后，改为为恒电压压完成剩剩余的充充电。一一般两阶阶段之间间的转换换电压就就是第二二阶段的的恒电压压。三阶段充电电法：在在充电开开始和结结束时采采

22、用恒电电流充电电，中间间用恒电电压充电电。当电电流衰减减到预定定值时，由由第二阶阶段转换换到第三三阶段。这这种方法法可以将将出气量量减到最最少，但但作为一一种快速速充电方方法使用用，受到到一定的的限制 。恒压充电法法:这种种方法电电解水很很少，避避免了蓄蓄电池过过充。但但在充电电初期电电流过大大，对蓄蓄电池寿寿命造成成很大影影响，且且容易使使蓄电池池极板弯弯曲，造造成电池池报废。鉴于这种缺缺点，恒恒压充电电很少使使用，只只有在充充电电源源电压低低而电流流大时采采用。例例如，汽汽车运行行过程中中，蓄电电池就是是以恒压压充电法法充电的的。1.2.11 快速速充电技技术为了能够最最大限度度地加快快蓄

23、电池池的化学学反应速速度，缩缩短蓄电电池达到到满充状状态的时时间，同同时，保保证蓄电电池正负负极板的的极化现现象尽量量地少或或轻，提提高蓄电电池使用用效率。快快速充电电技术近近年来得得到了迅迅速发展展。下面介绍目目前比较较流行的的几种快快速充电电方法。这这些方法法都是围围绕着最最佳充电电曲线进进行设计计的，目目的就是是使其充充电曲线线尽可能能地逼进进最佳充充电曲线线。（1) 脉脉冲式充充电法这种充电法法不仅遵遵循蓄电电池固有有的充电电接受率率，而且且能够提提高蓄电电池充电电接受率率，从而而打破了了蓄电池池指数充充电接受受曲线的的限制，这这也是蓄蓄电池充充电理论论的新发发展。脉冲充电方方式首先先

24、是用脉脉冲电流流对电池池充电，然然后让电电池停充充一段时时间，如如此循环环，如图图1-22所示。充充电脉冲冲使蓄电电池充满满电量，而而间歇期期使蓄电电池经化化学反应应产生的的氧气和和氢气有有时间重重新化合合而被吸吸收掉，使使浓差极极化和欧欧姆极化化自然而而然地得得到消除除，从而而减轻了了蓄电池池的内压压，使下下一轮的的恒流充充电能够够更加顺顺利地进进行，使使蓄电池池可以吸吸收更多多的电量量。间歇歇脉冲使使蓄电池池有较充充分的反反应时间间，减少少了析气气量，提提高了蓄蓄电池的的充电电电流接受受率 。1-2 脉冲式式充电曲曲线（2) RRefllex快快速充电电法这种技术是是美国的的一项专专利技术

25、术，它主主要面对对的充电电对象是是镍镉电电池。由由于它采采用了新新型的充充电方法法，解决决了镍镉镉电池的的记忆效效应，因因此，大大大降低低了蓄电电池的快快速充电电的时间间。铅酸酸蓄电池池的充电电方法和和对充电电状态的的检测方方法与镍镍镉电池池有很大大的不同同，但它它们之间间可以相相互借鉴鉴。如图1-33所示，Reflex充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持3个阶段。图1-3 Reefleex快速速充电法法（3)变变电流间间歇充电电法这种充电方方法建立立在恒流流充电和和脉冲充充电的基基础上，如如图7所所示。其其特点是是将恒流流充电段段改为限限压变电电流间歇歇充电段段。

26、充电电前期的的各段采采用变电电流间歇歇充电的的方法，保保证加大大充电电电流，获获得绝大大部分充充电量。充充电后期期采用定定电压充充电段，获获得过充充电量，将将电池恢恢复至完完全充电电态。通通过间歇歇停充，使使蓄电池池经化学学反应产产生的氧氧气和氢氢气有时时间重新新化合而而被吸收收掉，使使浓差极极化和欧欧姆极化化自然而而然地得得到消除除，从而而减轻了了蓄电池池的内压压，使下下一轮的的恒流充充电能够够更加顺顺利地进进行，使使蓄电池池可以吸吸收更多多的电量量。（4)变变电压变变电流波波浪式间间歇正负负零脉冲冲快速充充电法综合脉冲充充电法、RRefllex快快速充电电法、变变电流间间歇充电电法及变变电

27、压间间歇充电电法的优优点，变变电压变变电流波波浪式正正负零脉脉冲间歇歇快速充充电法得得到发展展应用。脉脉冲充电电法充电电电路的的控制一一般有两两种：脉冲电流的的幅值可可变，而而PWMM(驱动动充放电电开关管管)信号号的频率率是固定定的；脉冲电流幅幅值固定定不变，PPWM信信号的频频率可调调。采用了一种种不同于于这两者者的控制制模式，脉脉冲电流流幅值和和PWMM信号的的频率均均固定，PPWM占占空比可可调，在在此基础础上加入入间歇停停充阶段段，能够够在较短短的时间间内充进进更多的的电量，提提高蓄电电池的充充电接受受能力。1.2.22 脉冲冲快速充充电法的的理论基基础理论和实践践证明，蓄蓄电池的的

28、充放电电是一个个复杂的的电化学学过程。一一般地说说,充电电电流在在充电过过程中随随时间呈呈指数规规律下降降,不可可能自动动按恒流流或恒压压充电。充充电过程程中影响响充电的的因素很很多,诸诸如电解解液的浓浓度、极极板活性性物的浓浓度、环环境温度度等的不不同,都都会使充充电产生生很大的的差异。随随着放电电状态、使使用和保保存期的的不同,即使是是相同型型号、相相同容量量的同类类蓄电池池的充电电也大不不一样。1972年年，美国国的科学学家马斯斯在第二二届世界界电动汽汽车年会会上提出出了著名名的马斯斯三定律律，即(1) 对对于任何何给定的的放电电电流，蓄蓄电池充充电时的的电流接接受比aa与电池池放出的的

29、容量的的平方根根成反比比，即式中：K11为放电电电流常常数，视视放电电电流的大大小而定定；C为蓄电池池放出的的容量。由于蓄电池池的初始始接受电电流Ioo=ACC，所以以0=AC=K1（2） 对对于任何何给定的的放电量量，蓄电电池充电电电流接接受比aa与放电电电流IId的对对数成正正比，即即a=K2llogkkId式中：K22为放电电量常数数，视放放电量的的多少而而定；k为计算常常数。（3） 蓄蓄电池在在以不同同的放电电率放电电后，其其最终的的允许充充电电流流It（接接受能力力）是各各个放电电率下的的允许充充电电流流的总和和，即：It=I11I22I33I44式中：I11、I22、I33、I44

30、为各个个放电率率下的允允许充电电电流。综合马斯三三定律,可以推推出，蓄蓄电池的的总电流流接受比比可表示示为=It/Ct式中：Ctt=C11C22C33C44为各各次放电电量的总总和，即即蓄电池池放出的的全部电电量。马斯三定律律说明，在在充电过过程中，当当充电电电流接近近蓄电池池固有的的微量析析气充电电曲线时时，适时时地对电电池进行行反向大大电流瞬瞬间放电电，以消消除电池池的极化化现象，可可以提高高蓄电池池的充电电接受能能力，如如图1所所示。也也就是说说通过反反向大电电流放电电，可以以使蓄电电池的可可接受电电流曲线线不断右右移，同同时其陡陡度不断断增大，即即值增大大，从而而大大提提高充电电速度，

31、缩缩短充电电时间。1.4 充充电方法法设计基于上述理理论，并并考虑到到铅酸蓄蓄电池自自身的一一些特性性，本文文介绍的的快速充充电装置置所采用用的充电电方法将将整个充充电过程程分为了了预充电电、脉冲冲快速充充电、补补足充电电、浮充充电4个阶段段，如图图1-44所示。根根据蓄电电池充电电前的残残余电量量，进入入不同的的充电阶阶段。图1-4 分级级电流脉脉冲快速速充电1.4.11 预充充电对长期不用用的电池池、新电电池或在在充电初初期已处处于深度度放电状状态的蓄蓄电池充充电时，一一开始就就采用快快速充电电会影响响电池的的寿命。为为了避免免这一问问题要先先对蓄电电池实行行稳定小小电流充充电，使使电池电

32、电压上升升，当电电池电压压上升到到能接受受大电流流充电的的阈值时时再进行行大电流流快速充充电。1.4.22 脉冲冲快速充充电在快速充电电过程中中，采用用分级定定电流脉脉冲快速速充电法法，将充充电电流流分成三三级，如如图1-5所示示。开始始充电时时采用大大电流，随随着电池池容量的的增加，电电压逐渐渐升高，电电流等级级开始降降低，使使充电电电流的脉脉冲幅度度和宽度度随蓄电电池端电电压的升升高而分分级减小小。采用用这种方方法可以以消除充充电接近近充满时时易出现现的振荡荡现象及及过充电电问题。图1-5 分级级电流脉脉冲快速速充电法法在脉冲快速速充电过过程中，电电池电压压上升较较快，当当电压上上升至补补

33、足充电电电压阈阈值时，转转入补足足充电阶阶段。1.4.33 补足足充电快速充电终终止后，电电池并不不一定充充足电，为为了保证证电池充充入1000的的电量，对对电池还还要进行行补足充充电。此此阶段充充电采用用恒压充充电，可可使电池池容量快快速恢复复。此时时充电电电流逐渐渐减小，当当电流下下降至某某一阈值值时，转转入浮充充阶段。1.4.44 浮充充电此阶段主要要用来补补充蓄电电池自放放电所消消耗的能能量，只只要电池池接在充充电器上上并且充充电器接接通电源源，充电电器就会会给电池池不断补补充电荷荷，这样样可使电电池总处处于充足足电状态态。此时时也标志志着充电电过程已已结束。第二章 设计方方案论证证2

34、.1 论论证方案案基于铅蓄电电池的充充电理论论，充电电器主电电路采用用半桥变变换器高高频开关关稳压电电源。而而控制电电路通过过单片机机控制。电电网点先先经过各各种保护护环节，在在通过EEMI滤滤波器除除去共模模信号。桥桥式整流流后，通通过两电电容分压压，分压压后与两两开关管管V1、VV2相联联。组成成半桥式式功率变变换器，将将正弦交交流电压压变换成成约高于于充电电电压的脉脉冲电压压。在经经过半桥桥滤波和和LC滤滤波电路路使电压压达到一一较稳定定值。控制电路由由单片机机AT889S551组成成，电源源由电网网交流电电经过变变压器变变压、全全桥整流流、稳压压管稳压压后提供供。单片片机通过过检测温温

35、度传感感器的电电压信号号，以软软件的方方式控制制输出脉脉冲，从从而控制制开关管管的通断断。另外外，通过过检测充充电电压压和电流流值，控控制单片片机输出出脉冲宽宽度，以以进入不不同的充充电阶段段。2.2 控控制方式式根据铅蓄电电池脉冲冲魁岸素素充电理理论，可可利用单单片机的的输出脉脉冲控制制半桥式式变换器器的两个个开关管管V1、VV2的通通断。单单片机通通过各种种检测电电路在充充电过程程中对铅铅蓄电池池进行检检测并做做出相应应的控制制处理。铅蓄电池的的充电温温度可以以通过温温度传感感器测量量，将测测出的电电压量送送至单片片机的输输入口，充充电电压压有两个个分压电电阻检测测。单片片机通过过检测的的

36、蓄电池池的充电电温度、充充电电流流、充电电电压等等，再经经软件处处理计算算后控制制主电路路处于不不同的充充电状态态：预充充电、脉脉冲快速速充电、补补足充电电和浮充充电。总体控控制方案案如2-1图所所示。图2-1 单片片机总体体控制方方案通过对电压压、温度度的检测测控制脉脉冲调制制控制器器SG225355的输出出脉冲宽宽度，以以实现不不同阶段段的充电电、暂停停和终止止充电。本本方案由由脉冲调调制控制制器SGG25335输出出的脉冲冲控制开开关管VV1、VV2的栅栅极，以以达到控控制充电电状态的的目的。第三章 硬件电电路设计计3.1 充充电器主主电路设设计3.1.11 整流电电路设计计由于单相半半

37、波整流流只利用用了电源源电压的的半个周周期，同同时整流流电压的的脉动较较大。为为了克服服这些缺缺点，这这里采用用全波整整流电路路单相相桥式整整流电路路。单相相桥式整整流电路路由4个个整流二二极管接接成电桥桥的形式式构成，如如图3-1所示示。图3-1 桥式式整流电电路由电路图可可知，无无论电压压U2是在正正半周还还是负半半周，负负载上都都有相同同方式的的电流流流过。因因此，在在负载得得到的是是单相脉脉动电压压和电流流。忽略略二极管管导通时时的正向向压降，则则单相桥桥式整流流电路的的波形图图如下。图3-2 桥式式整流电电路的输输出波形形单相半波整整流电压压的平均均值为：二极管截止止时承受受的最高高

38、反向电电压为UU的最大大值，即即UDRM =U2MM =11.4114U=1.41142200V=308VV因此，所选选用的整整流二极极管的最最高工作作电压为为10000V。电容滤波电电路是在在整流电电路的直直流输出出侧与负负载并联联电容器器，利用用电容的的端电压压在电路路状态改改变时不不能突变变的原理理，使输输出电压压趋于平平滑。电电容滤波波电路如如下所示示。图3-3 电容容滤波电电路本电路的输输出电压压在负载载变化时时波动大大，说明明它的带带负载能能力差，只只适合于于负载较较轻且变变化不大大的场合合。电路路简单，输输出电压压高，只只是输出出电压不不稳定。电容滤波是是的输出出电压平平均值为为

39、：全波：U3 = (1.221.4)UU1 = (11.21.44)2200V = 2664V (取取1.22)3.1.22 半桥逆逆变电路路半桥逆变电电路由两两个导电电臂构成成，每个个导电臂臂由一个个全控器器件和一一个反并并联二极极管组成成。电路路图如下下所示。直直流侧接接有两个个相互串串联切足足够大的的电容器器C1和C2，满足足C1=C2。图3-4 半桥桥逆变器器电路在一个周期期内，开开关管VV1、V2的基极极信号各各有半周周正偏、半半周反偏偏，且互互补。设设在t22时刻以以前V11导通，VV2截止，则则U4=1/22U3。t2时刻VV1截止，同同时给VV2发出导导通信号号，由于于感性负负

40、载中的的电流ii不能立立即改变变方向，于于是D22导通续续流。UU4=11/2UU3。t3时刻ii0降至零零，D22截止，VV2导通，ii0开始反反向增大大。此时时4时刻V22截止，同同时给VV1发仍然然有U44=11/2UU3。t出导通信信号，由由于感性性负载中中的电流流i0不能立立即改变变方向，于于是D11先导通通续流。此此时仍然然有U44=11/2UU3。t5时刻ii0降至零零， VV1导通。UU4=11/2UU3。由上分析可可知，输输出电压压U4周周期为TTS矩形形波，其其幅值为为1/22U3。当VV1或VV2导通通时，负负载电流流和电压压同方向向，直流流侧向负负载提供供能量。而而当D

41、11或D22导通时时，负载载电流和和电压反反方向，负负载中电电感的能能量向直直流侧反反馈，即即负载将将起吸收收的无功功能量反反馈回直直流侧，反反馈的能能量暂时时存储在在直流侧侧的电容容中。该该电容起起缓冲这这种无功功能量的的作用。半半桥逆变变电路输输出电压压波形如如图所示示：图3-5 半桥桥逆变电电路输出出电压波波形3.1.33 开关关变压器器的设计计计算开关变压器器的磁化化特性工工作在第第一、第第三象限限，它的的磁通变变化可以以从BBM到BBM，属于于对称式式工作变变压器。主主变压器器施加电电压只有有一半输输入电压压值1/2U44(1132VV)。开开关管的的反向耐耐压比较较低。在在两功率率

42、管交替替开关作作用下，变变换器原原边可产生幅幅值2880V的的方波电电压。经经变压器器整流滤滤波输出出，实现现功率转转变。（1）估算算采用EEE555铁氧体体磁芯的的功率容容量EE55的的中心柱柱截面积积为Aee=3.5155cm22，窗口口面积为为AQ=3.9cmm2，它的的功率容容量乘积积为A p=AAeAQ=3.51553.99=133.766。当开关频率率选500KHzz时：A p= AeeAQ=(PPT106)/(2f BBMKMKG)(6000106) /(20.88501031500020.551)= 5113.776可见，采用用EE555磁芯芯时，其其功率容容量足够够大原边绕组

43、匝匝数：NP=(VVIN-P/22)108/(44fBmmAe) =(2880/22) 108/450103150003.5515 =13.33 故NP取取整数114匝。（2）充电电器的容容量计算算当充电器为为36VV,122A时蓄蓄电池的的充电最最大容量量为： 336V12AA4332W故变压器铁铁芯的容容量计算算可按照照5000W容量量计算。（2）原边边与副边边绕组匝匝数比的的计算开开关变压压器的原原边与副副边绕组组的匝数数比为： 其中：VINN MIIN指电电网最低低输入直直流电压压值，VVIN MINN2220V VOPP指整流流滤波输输出电压压的脉冲冲幅度。VVOP要考考虑三个个因素

44、之之和，即即：V00=400V+440 100%=444V，二二极管压压降：VVD=1.2V, 滤波波电感直直流压降降为VLL=0.2V。设设整流器器输出占占空比为为0.99，则有有： VOPP=(444+11.2+0.22)/00.9=50VV Ns=Np/3=114/33=4.6 (取5匝匝)经过实验证证明，当当开关变变压器原原边绕组组为200匝，副副边绕组组匝数为为8匝时时，半桥桥变压器器的开关关脉冲电电压波形形有所改改善。3.1.44 变频频整流电电路变频整流电电路由两两个整流流二极管管和一个个LC滤滤波电路路组成，使使半桥逆逆变器输输出的脉脉冲电压压成为一一个比较较稳定的的直流电电压

45、1111。整整流前后后电压波波形如下下图所示示。图3-6 整流流前后的的波形3.2 控控制电路路的设计计3.2.11 传感感检测电电路（1） 温温度检测测电路温度检测所所使用的的传感器器非常多多，热敏敏电阻是是其中一一种用半半导体材材料制成成的敏感感元件，起起主要特特点是灵灵敏度高高、体积积小、功功耗低而而且价格格低廉。用热敏电阻阻构成的的温度检检测电路路较为简简单，使使用电阻阻分压电电路，将将温度变变化引起起的电阻阻变化转转为电压压信号，可可以直接接传送给给单片机机处理。下下表为负负温度系系数的热热敏电阻阻的分度度表。表3-1 热敏电电阻分度度表温度/电阻/k温度/电阻/k温度/电阻/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温度检测电电路如下下所示。它它是有温温度传感感器和单单稳态触触发器两两部分组组成，单单稳态触触发器有有NE5555时时基集成成电路构构成。热热敏电阻阻RT用用作温度度传感器器。当蓄电池温温度较低低

47、时，热热敏电阻阻RT表表现电阻阻值较大大，调节节电位器器R pp可以使使时基集集成块触触发端22脚的电电平低于于1/33电源电电压（指指集成块块IC的的供电电电压VDDD），单单稳态电电路触发发翻转进进入稳态态，电路路置位，输输出端33脚输出出高电平平，使三三极管触触发导通通向单片片机输入入低电平平。相反反，当蓄蓄电池温温度较高高时，则则向单片片机输入入高电平平。本电路可以以通过调调节可调调电阻器器R pp的阻值值，使电电路在温温度为445的时候候发生动动作，实实现温度度检测的的目的。图3-7 温度度检测电电路（2） 电电压检测测电路蓄电池的充充电电压压由一分分压电阻阻检测得得，经过过单片机机

48、的计算算，可判判断出充充电电压压值，电电阻分压压电路如如下图所所示。图3-8 电压压检测电电路由电路图可可知，电电阻R11、R22分压出出来的电电压模拟拟量值为为： 为为了便于于关系式式的计算算，可以以取R11=900k，R22=100k。则根根据上面面的关系系式可以以知道分分压电压压值为：故，分压前前后电压压的相互互关系可可由以下下函数关关系式曲曲线表示示出来：图3-9 函数数关系（3）电压压检测AA/D转转换电路路设计这里选用TTI公司司生产的的TLCC15449串行行A/DD转换器器芯片，它它是一种种开关电电容结构构的逐次次比较型型10位位A/DD转换器器。片内内自动产产生转换换时钟脉脉

49、冲，转转换时间间21s；最最大总不不可调转转换误差差为1LSSB；单单电源供供电(+5V)，最大大工作电电流仅为为2.55mA；转换结结果以串串行方式式输出；工作温温度为55+1225。电压压检测AA/D转转换电路路如下图图所示。3-10 电压压检测AA/D转转换电路路3.2.22 单片片机电路路单片机电路路设计如如下图所所示，由由于899C511单片机机的P00口作为为输入口口时要接接上上拉拉电阻，所所以我选选用P11口作为为输入输输出口。温温度传感感器所检检测的电电压信号号通过单单片机的的P3.2口输输入，电电压信号号由P33.1口口输入。输输出口由由单片机机的P11.1P1.5提供供。具体体分布情情况见下下表。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 温温度检测测 充充电指示示 充充满指示示 电电源指示示 Q1输输出 Q2输输出 电电压检测测图3-111 单单片机电电路图3.3 整整体电路路设计电动自行车车快速充充电器的的整体电电路主要要分为三三大部分分电路组组成：主主电路、控控制电路路和检测测电路。主电路由全全桥式整整流电路路和半桥桥逆变电电路组成成，电网网电压先先经过热热敏电阻阻的保护护环节后后