大功率智能充电器的研究与设计

由于铅酸电池维护简单，价格低廉，供电可靠，使用寿命长，因此被广泛用作汽车或发电机组（如汽车，飞机，轮船等）的启动电源，并且还用于需要不间断电源的各种电子设备和设备中. 它用作某些电器的工作电源和仪表中的控制回路. 随着经济的发展，大容量蓄电池的应用迅速增加. 人们希望能够快速，安全地对蓄电池充电，目前市场上的充电器的充电电流大多为20A. 为了满足人们对大功率充电器的需求，设计了一种基于LPC933充电电流50A，充电功率740W，完善的功能和可扩展性的智能充电器.

1充电器的原理与设计

1.1总体硬件设计

由于充电对象是铅酸电池，因此在设计中采用电流和电压的负反馈方法来达到恒流恒压充电的目的，并实时监控充电的各种工作参数过程和智能多级充电策略精确控制，使用LPC933单片机和相应的控制电路. 充电器硬件的原理图如图1所示.

图1充电器

充电器电路主要包括主电路和信号控制. 主电路部分由桥式整流，PWM波形生成和直流滤波组成. 当单相电源为220 V AC时，开关K1闭合. 单相电源为110 V时，开关K1断开，全桥整流剩下300 V

通过用于低频滤波的大电容器可以稳定正确的直流电源. 圆形MOS器件S1和S2形成一个半桥反相器. PWM波形生成部分由SG3525根据反馈电压生成. 通过向MOS管S1和S2添加高频方波控制信号，S1和S2被周期性地导通以获得具有可调脉冲宽度的高频交流电. 变压器耦合到次级侧，然后由整流器D2和D3整流，再由L1和滤波，以在输出侧获得低纹波DC电压. 显示模块用于显示电池的当前电压和充电电流. 显示状态通过面板上的按钮开始.

1.2电路功能设计与分析

1.2.1 PWM宽度设置

脉冲宽度调制控制电路采用专用于开关电源的集成芯片SG3525，SG3525具有两个驱动输出，即OUT-A和OUT-B反向输出，可以设置死区时间. 控制过程主要是通过移动占空比来调节输出功率. 相移PWM的相移控制是通过误差放大器实现的，并且误差放大器的同相端子E / A +（脚2）连接到微控制器输出的电压信号. 反相端子E / A-（引脚1）连接到主电路输出电流或电压的反馈信号，并且通过导通和关断肖特基二极管D1来实现电流和电压负反馈信号之间的切换. 将反馈信号与标准电势进行比较，将差值放大并输出，然后将其发送到相移脉冲宽度控制器，以控制OUT-A和OUT-B之间的相位，最后调整波形占空比以稳定电压并以预定水平的充电电流充电.

1.2.2当前采样

电流采样是大电流充电器的关键技术之一. 通常使用电阻采样，但很难在50A以上的大电流电路中使用. 为此，在高频变压器的初级线圈上增加了一个环路电流互感器，匝数比为1:50大功率智能充电器，不仅实现了准确的电流采样功能，而且将采样功耗控制在0.5W以内

1.2.3限流保护措施

在正常情况下，开关电源应在额定输出功率范围内工作，以避免电源超出正常输出状态，但在实际工作中很难预测，因此电路会输出开关量输出的电流. 高频变压器通过电流互感器. 耦合输出然后由二极管整流，由电容器滤波并由电阻分压，并与比较器同相端的电压进行比较. 当输出电压过高时，SG3525停止输出方波驱动信号，从而保护了电路.

1.2.4散热问题

在研发的早期阶段，发现逆变器的主要部件两个大功率开关管S1和S2，以及直流输出部分中的全波整流管D2和D3，当充电电流大于30广东时，会出现过热问题，无法满足老化要求. 经过反复的硬件调试，发现可以从以下几个方面有效解决过热问题.

（1）增加交流共模滤波器的电感，发现电网的高频干扰信号是逆变器开关管温度异常升高的重要原因；

（2）在直流输出端加上滤波电感后，发现有效降低了开关管和全波整流管的负载；

（3）增加散热面积. 使开关管的金属表面通过导热膜压在金属壳上；

（4）空气冷却.

经过以上四个方面的改进，测试证明，充电电流达到60时可以继续工作4h以上，完全满足老化设计要求.

2充电控制技术

2.1计费算法

充电控制技术是智能充电器系统软件设计的核心部分. 根据充电电池的原理，同一过程的电池的理想充电曲线大致相似，并且特定电压值不同. 运用信息技术进行控制可以达到最佳的充电效果. 为了实现大电流充电，必须保护电池. 电池使用图2所示的充电方法. 充电阶段可分为4个阶段.

图2充电曲线

2.1.1短时Tri流充电

充电器开始工作后，请先检查电池的电池电压. 如果电池电压低于9.5V，充电器将无法工作. 如果电池电压大于0.5V且小于10.5V，则表明电池已经过放电. 为了避免给电池带来过多的充电电流并引起热失控，微处理器会监视电池电压并对电池进行稳定的小电流trick流充电激活电池. 在the流充电阶段，电池电压开始上升. 当电池电压上升到可以接受大电流充电的阈值时，它将切换到恒定电流充电阶段.

2.1.2恒流充电

此阶段为大电流恒流充电，电流值为I2，根据电池容量而变化，通常I2大于0.1C（C为电池组的容量），持续时间为T2，在恒定状态下当前充电状态，连续检测电池端子电压. 当电池电压达到饱和电压时，恒流充电状态终止.

2.1.3恒压充电

此阶段为恒压充电，电压值为14.7V，这是电池单元数量和电池温度的函数. 此时，充电电流逐渐减小，并且在恒定电压充电期间充电电压保持恒定. 充电电流持续减小. 当在恒定电流状态下充电电流下降到充电电流的1/10时，恒定电压充电终止.

2.1.4浮动收费

此阶段主要用于补充电池自放电所消耗的能量. 当电池电压达到13.8V时，这标志着充电过程的结束.

2.2充电终止控制

电池充满电后，如果未及时停止充电，则电池温度将迅速升高. 温度升高将加速电池格栅的腐蚀速度和电解质的分解，从而缩短电池寿命并降低容量. 为了确保电池充满电而不过度充电，使用了具有定时控制，温度控制以及电池电压和电流控制功能的综合控制方法.

3软件设计

由于不同类型的电池具有不同的充电特性，因此充电器应能够根据特定的电池类型控制不同的充电状态. 在充电的关键阶段，采用模糊控制方法，通过程序控制来实现. 计费主程序流程图如图Ape所示. 该程序的具体实现过程如下: 单片机首先初始化，然后测量电池电压以产生电压偏差和变化率信号. 偏差和变化率信号进入模糊控制器后，经过模糊处理后，输出电流信息，及时，正确地控制了充电方式和局部处理. 参考充电曲线（图2），在充电过程中，不断检查电池是否充满电. 电池充满电后，会提示用户有足够的电池，并且充电器自动进入浮动充电维护状态. 如果在充电/供电过程中发生故障，LPC933微控制器将及时停止输出并报告故障. 模糊处理和终止条件的判断是整个智能充电器的关键，这关系到充电器的性能.

图3主程序收费流程图

充电器的4种硬件设计功能

根据主要面向欧美市场的制造商销售市场，同时考虑到国内特点，硬件设计使用跳线使产品适应110〜220灾难电源和12〜36V电池. 110 / 220V交流开关K1（如图1所示）可以实现110V倍压整流和220V全波整流的切换.

直流输出电路具有可扩展端口，该端口可通过串联和并联连接生产不同规格的充电器. 可调节充电电流可通过调节可调电阻RW1（如图1所示）来增加或减小负反馈电压值. 充电电流可以在50 A的范围内任意设置.

5结论

随着信息产业的迅猛发展以及手机，计算机，电动自行车等高附加值产品的普及，需要对越来越多的产品进行充电，同时，需要尽可能延长电池寿命. 根据多次测试的结果，Power Smart得出结论，如果使用合适的充电方法，电池寿命可以增加大约30％. 大量实验表明: 采用基于LPC933和SG3525的控制电路设计的智能充电器，可以实现大电流铅酸蓄电池的充电，并可以根据充电情况自动调节控制参数和故障自诊断过程，并且可以实现充电该过程是无人值守的，从而延长了电池的使用寿命. 该技术推向市场后，必将占据一定的市场份额，从而带来社会和经济效益.

参考文献:

[1]王洪林，景占荣. 基本通信电源（第二版）[M]. 西安电子科技大学出版社，2001.

[2]黄正佳，袁永斌. 智能电池模块[J]. 电力技术，2002，26（5）: 379-382.

[3]查全兴. 高性能电池的研究进展[Z]. 1998.

[4]张文秀. 模糊数学基础［Ｍ］. 西安: 西安交通大学出版社，1984年.

[5]张为国大功率智能充电器，杨向中. 模糊控制理论与应用［Ｍ］. 西安: 西北工业大学出版社，1999.

[6]刘增良. 模糊技术的选择与应用（三）［Ｍ］. 北京: 北京航空航天出版社，1998.

[7]何新贵. 模糊知识处理的理论与技术［Ｍ］. 北京: 国防工业出版社，1998.

[8]于永全. 模糊控制技术与模糊家用电器［Ｍ］. 北京: 北京航空航天大学出版社，2000.

[9] Cygnal Integrated Products Inc. C8051F微控制器应用分析[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社，2002.

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