基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)PAGE1TOC\o"1-3"\h\u31205中文摘要： 230516前言 37369第一章充電器原理 4301281.1蓄電池與充電技術(shù) 4264851.2密封鉛酸蓄電池的充電特性 4205851.3充電器充電原理 5326871.3.1蓄電池充電理論基礎(chǔ) 511901.3.2充電器的工作原理 72522第二章總體設(shè)計(jì)方案 963132.1系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9166162.2方案策略 931313第三章硬件電路設(shè)計(jì) 11263913.1電路總體設(shè)計(jì) 1119083.2芯片介紹 1174903.2.1LM358雙運(yùn)放 11139113.2.2UC3842單管開(kāi)關(guān)電源 12240773.2.3EL817光耦合器 13181053.2.4場(chǎng)效應(yīng)管K1358 148313.3電動(dòng)車充電器原理及各元件作用的概述 15266853.3.1充電器原理圖 1512028圖3.5充電器原理圖 15269523.3.2各元器件作用概述 15327023.4功能模塊電路設(shè)計(jì) 16229093.4.1第一路通電開(kāi)始 16279753.4.2第二路UC3842電路 1696083.4.3第三路LM358（雙運(yùn)算放大器）電路 17240243.5電動(dòng)車充電器改進(jìn)方案 2076413.5.1增加充滿電發(fā)聲提示電路 20159913.5.2加散熱風(fēng)扇 2110349第四章總結(jié)與展望 2232265參考文獻(xiàn) 237662致謝 24基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。電動(dòng)車高效智能充電器設(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。控制開(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:Thedesigndescribesthechargertothebatterychargerofthegeneralprinciples,fromtheinternaloxygencycleofvalve-regulatedbatterydesignconceptsstartingtostudyavarietyofchargingmethodsforlead-acidbatterylifeimplications.Forbatterychargingproblemsarisingintheprocess,analysisofexistingproblemsinavarietyofchargingmethods,proposedalead-acidbatteriescouldachievetheFour-slowpulsechargeoftheintelligentchargerdesign.Controltheswitchingpowersupplypulsefrequencyanddutycycle,thusregulatingchargecurrentandvoltagetoachievetheclassificationofthebatterychargewithslowpulse.Thisprogramnotonlyforfastcharging,whilereducinganalysisofgas,toeliminatesulfide,abalancedcharge,thusgreatlyextendingtheservicelifeoflead-acidbatteries.基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。Keywords:slowpulsecharge;batteries;charger;基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。前言以動(dòng)力蓄電池為能源的電動(dòng)車被認(rèn)為是21世紀(jì)的綠色工程，它的出現(xiàn)將汽車工業(yè)的發(fā)展帶入了一個(gè)全新的領(lǐng)域。目前，電動(dòng)車核心部件中的電動(dòng)機(jī)、控制器和車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“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。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、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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。

第一章充電器原理基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。1.1蓄電池與充電技術(shù)對(duì)于鉛酸、鎘鎳、鎳氫3類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基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。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Ｃ／５時(shí)，電池容量恢復(fù)到額定容量的８０％以前，即開(kāi)始發(fā)生過(guò)充電反應(yīng)。只有充電速率小于Ｃ／１００，才能使電池在容量恢復(fù)到１００％后，出現(xiàn)過(guò)充電反應(yīng)。為了使電池容量恢復(fù)到１００％，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?，密封鉛酸蓄電池的壽命可達(dá)１０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５％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)，其單格值為－４ｍＶ／℃。在環(huán)境溫度為２５℃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０℃時(shí)，電池就不能充足電，當(dāng)環(huán)境溫度上升到５０℃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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。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最佳充電曲線基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。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。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。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＋2H2SO4→2PbSO4＋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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。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－eMe＋，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M(fèi)e－eMe＋反應(yīng)進(jìn)行。總有一個(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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。1.3.2充電器的工作原理目前，電動(dòng)自行車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)均充電基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。(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。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。

第二章總體設(shè)計(jì)方案基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。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。控制開(kāi)關(guān)，斷開(kāi)電源，停止充電。2.2方案策略基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。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：基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。高頻變壓器高頻變壓器蓄電池PWM波形發(fā)生器電流電壓反饋圖2.1方案方框圖基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。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3.2.1LM358雙運(yùn)放基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。LM358內(nèi)基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。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?——30V）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3.2LM358引腳圖3.2.2UC3842單管開(kāi)關(guān)電源圖3.3UC3842引腳圖基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。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)絡(luò)，以確定誤差放大器的增益和頻響?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。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。3.2.3EL817光耦合器基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。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：基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第13頁(yè)。圖3.4EL817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：場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型(MOS)兩大類，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

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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)?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。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。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第14頁(yè)。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各元器件作用概述基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。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（200－300mA）?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第15頁(yè)。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.基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。3.4.2第二路UC3842電路基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第16頁(yè)。圖3.7UC3842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。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。3.4.3第三路LM358（雙運(yùn)算放大器）電路基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第17頁(yè)。圖3.8LM358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L(zhǎng)M358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0.15——0.18V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：基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第18頁(yè)。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涓流充電階段基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第19頁(yè)。4腳振蕩波形6腳輸出波形4腳振蕩波形6腳輸出波形1到2小時(shí)候充電結(jié)束。3.5電動(dòng)車充電器改進(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)聲提示電路基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。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，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。VD1~VD4是為降低VT射極電位而設(shè)置的，否則因?yàn)長(zhǎng)M358A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6~15v直流電壓范圍內(nèi)部都可靠發(fā)聲。基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第20頁(yè)。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3~5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8~12v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?；趩纹瑱C(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。

第四章總結(jié)與展望基于單片機(jī)的電動(dòng)車智能充電器的設(shè)計(jì)全文共25頁(yè)，當(dāng)前為第21頁(yè)。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)。