電動(dòng)車智能充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、裝訂線電動(dòng)車智能充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)摘 要 本設(shè)計(jì)介紹了充電器對蓄電池充電的一般原理，研究各種充電方法對鉛酸蓄電池壽命的影響。針對蓄電池充電過程中出現(xiàn)的種種問題，分析現(xiàn)有各種充電方法存在的問題，提出一種可對鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)三段式慢脈沖充電的智能充電器設(shè)計(jì)方案?？刂崎_關(guān)電源的占空比，從而調(diào)節(jié)充電電流和電壓，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的分級慢脈沖充電。這個(gè)方案不僅可實(shí)現(xiàn)快速充電，同時(shí)可以減少析氣，消除硫化，進(jìn)行均衡充電，從而大大地延長了鉛酸蓄電池的使用壽命。同時(shí)針對市場上充電器只能為一種車充電的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)了24V、36V、48V自適應(yīng)充電器。針對溫度對電池充電的影響，設(shè)計(jì)了溫補(bǔ)電路減少由于溫度變化在充電過程中對電池的

2、損害，延長電池使用壽命。針對開關(guān)電源工作工程中機(jī)箱溫度變化，設(shè)計(jì)了以模糊控制為核心的智能溫控風(fēng)扇。采用PID算法控制，采樣輸出電壓、電流，經(jīng)過閉環(huán)反饋控制調(diào)整PWM波占空比，不斷反饋調(diào)節(jié)使達(dá)到穩(wěn)定。關(guān)鍵詞：分段式充電，自適應(yīng)，模糊控制，PID控制ABSTRACTThe design describes the charger to the battery charger of the general principles, studying a variety of charging methods for lead-acid battery life implications. For ba

3、ttery 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 regulatin

4、g 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. Meanwhile ,we designed 2

5、4V, 36V, 48V adaptive charger to overcome the phenomenon that a specific charger is designed for a special purpose.To overcome the battery temperature effects, temperature compensation circuit is designed to reduce the temperature of the battery during the charging process damage and prolong battery

6、 life. Engineering work for the switching power supply chassis temperature changes, designed to blur the core of the intelligent temperature control fan. Using PID control algorithm and sampling the output voltage, current,adjust the PWM duty cycle wave through closed-loop feedback control , until f

7、inally stable.Key words: segmented charge， adaptive;，fuzzy control;，PID control目錄目錄摘 要1關(guān)鍵詞11 緒論11.1 課題研究的目的和意義11.1.1 本課題研究目的11.1.2 本課題研究的意義11.2 課題來源21.3 蓄電池充電技術(shù)研究的現(xiàn)狀21.4 本課題的主要工作31.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容31.4.2 完成方法32 電動(dòng)車智能充電器概述42.1 反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)42.1.2 非隔離Buck電路42.1.3隔離式反激電路52.2 電池充電方案選擇62.2.1恒壓充電62.2.2 恒流充電72.2.3三段式充

8、電法72.3 恒壓恒流控制82.3.1 恒壓控制82.3.2 恒流控制82.4 智能溫升控制部分83 電動(dòng)車智能充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的對比選擇93.1 主控制器的選擇93.1.1 MSP430單片機(jī)93.1.2 51單片機(jī)93.1.3 STM32系列ARM單片機(jī)103.1.4 比較選擇103.2 恒流恒壓控制策略選擇113.2.1 電壓電流檢測113.2.2 電壓檢測113.2.3 充電電流檢測123.2.4 PID算法133.3 智能溫度控制選擇134 硬件及軟件設(shè)計(jì)174.1 硬件部分設(shè)計(jì)174.1.1 輔助電源設(shè)計(jì)174.1.2 主功率變換電路設(shè)計(jì)174.1.2.1 功率變換部分174.1

9、.2.2 功率管驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)184.1.2.3 共模電感濾波部分184.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)194.1.3.1 電源部分194.1.3.2 內(nèi)部AD采集基準(zhǔn)電壓電路204.1.3.3晶振電路204.1.3.4復(fù)位電路214.1.3.5處理器連接部分224.2軟件部分設(shè)計(jì)224.2.1 PID算法控制224.2.2模糊控制274.2.3軟件總體流程圖325 結(jié)果及分析33致 謝35參考文獻(xiàn)36IV 1 緒論1.1 課題研究的目的和意義1.1.1 本課題研究目的 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)

10、、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，由上海研制的第二代燃料電池轎車“超越二號”也于2004年5月在北京的國際氫能大會(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)用于國防、通信、鐵路、

11、交通、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門。近年來全密封免維護(hù)鉛酸蓄電池其密封好、無泄漏、無污染等優(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，無需任何維護(hù)，從而揭開了鉛酸蓄電池發(fā)展歷程新的一頁。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）也離不開免維護(hù)電池，此外在應(yīng)急燈、汽車、游艇中也越來越多的選用免維護(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)間過長，快速充電技術(shù)至今仍未能完全解決，嚴(yán)重地

12、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)，采用處理器配合驅(qū)動(dòng)場效應(yīng)管的單管反激式開關(guān)電源的智能充電器。1.1.2 本課題研究的意義隨著公眾環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，電動(dòng)自行車以其綠色環(huán)保、價(jià)格適中、舒適便捷、操作方面等優(yōu)點(diǎn)，在各大城市得到快速的普及。評價(jià)電動(dòng)自行車質(zhì)量好壞的重要參數(shù)之一是其蓄電池的使用壽命。電動(dòng)車電池的使用壽命，首先取決于電池的設(shè)計(jì)和制造水平，然而使用維護(hù)和充電方法也會(huì)起到很關(guān)鍵性的作用。而蓄電池的充電過程對其壽命影響最大。研究表明：過充電，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水：而充電不足，則可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，長期充電不足

13、會(huì)導(dǎo)致蓄電池容量下降。由此可見，充電器性能的好壞直接影響著蓄電池的使用效果和使用壽命。為此,開發(fā)一種具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),具備適用功率大(100500W)、性能可靠等特點(diǎn)的電動(dòng)車用24V、36V、48V自適應(yīng)蓄電池充電器以滿足電動(dòng)自行車發(fā)展的迫切需要。近年來充電器技術(shù)來發(fā)展非常迅速，它的發(fā)展經(jīng)歷了在研究充電方法對蓄電池壽命影響的基礎(chǔ)上，選擇合適的控制參數(shù)和充電策略，并在硬件上低成本地實(shí)現(xiàn)，是電動(dòng)自行車智能充電器要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)目標(biāo).電力電子技術(shù)就是應(yīng)用于電力領(lǐng)域的電子技術(shù)。電力電子技術(shù)包括信息電子技術(shù)和電力電子技術(shù)兩大分支。通常所說的模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)都屬于信息電子技術(shù)。電力電子技術(shù)就是使用電

14、力電子器件對電能進(jìn)行變化和控制的技術(shù)，目前所使用的電力電子器件均由半導(dǎo)體制成，故也稱為電力半導(dǎo)體器件。電力電子所變化的“電力”，功率可以達(dá)到數(shù)百兆，也可以小到數(shù)瓦甚至毫瓦級。通常所用的電力電子器件有交流和直流兩種。從公用電網(wǎng)直接得到的電力是交流，從蓄電池得到的電力是直流。從這些電源得到的電力往往不能直接滿足需求，需要進(jìn)行電力變化。電力變換通常有四大類，即交流變直流（AC-DC）、直流變交流（DC-AC）、直流變直流（DC-DC）、和交流變交流（AC-AC）。交流變直流稱為整流，直流變交流稱為逆變，直流變直流是指一種電壓（或電流）的直流變?yōu)榱硪环N電壓（或電流）的直流，可用斬波電路進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。交流變

15、交流又可以稱為交流電力控制，還多了一些其他的如頻率或者相數(shù)的變換。本課題綜合應(yīng)用所學(xué)的電力電子技術(shù)、電路、模擬電子線路的理論知識(shí)，深入學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)出一種智能控制電路。通過對充電器工作原理的分析和電路的設(shè)計(jì)并實(shí)際調(diào)試，來加強(qiáng)對開關(guān)電源產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)和接受，在研究電動(dòng)自行行車的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一款基于微處理器和反激式開關(guān)電源配合的智能充電器，該充電器能夠?qū)π铍姵剡M(jìn)行很好的監(jiān)測于控制，從而在達(dá)到快速充電的同時(shí)又能夠有效的對蓄電池起到保護(hù)作用。電力電子技術(shù)對于節(jié)省電能有很重要的意義。特別在大型風(fēng)機(jī)、水泵采用變頻調(diào)速方面，在使用量特別龐大的照明電源等方面，電力電子技術(shù)的節(jié)能效果十分顯著，因此也被稱為節(jié)能技術(shù)?？?/p>

16、之，電力電子技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。從人類對宇宙和大自然的探索，到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，再到我們的衣食住行，到處都能感受到電力電子技術(shù)的存在和巨大魅力。這也激發(fā)了一代又一代的學(xué)者和工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)、研究電力電力電子技術(shù)并使其飛速發(fā)展。1.2 課題來源 本課題是根據(jù)老師一科研項(xiàng)目相關(guān)部分，拿過來做畢業(yè)設(shè)計(jì)用，難度適宜且應(yīng)用價(jià)值大有推廣空間。1.3 蓄電池充電技術(shù)研究的現(xiàn)狀上20世紀(jì)60年代中期，美國蓄電池專家馬斯對蓄電池最佳充電技術(shù)的研究成果，他提出了以最低析氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線，是一條按指數(shù)規(guī)律充電電流逐步下降的曲線 。人們以這條曲線為基礎(chǔ)，提出了恒壓式充電，恒流式充電等等。恒壓充

17、電開始至后期，電源電壓始終保持一定，所以在充電開始時(shí)充電電流相當(dāng)大，大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)蓄電池端電壓和充電電壓相等時(shí)，充電電流減至最小甚至為零。由此可見，采用恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免充電后期充電電流過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點(diǎn)是，在剛開始充電時(shí)，充電電流過大，電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，致使其脫落。恒流充電法在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降，為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小，充電過程必須逐漸升高電源電壓，以維持充電電流始終不變，這對于充電設(shè)備的自動(dòng)化

18、程度要求較高，一般簡陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。恒流充電法，在蓄電池最大允許的充電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。若從時(shí)間上考慮，采用此法有利的。但在充電后期若充電電流仍不變，這時(shí)由于大部分電流用電解水上，電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且容易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢。所以，這種充電方法很少采用。綜合恒流和恒壓充電法的特點(diǎn)，蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時(shí)間改用較小的電流，至充電后期改用更小的電流，即不同階段內(nèi)以不同的電流進(jìn)行恒流充電的方法，叫做階段恒流充電法。階段恒流充電法，一般可分為三個(gè)階段進(jìn)行，

19、也可分為多個(gè)階段進(jìn)行。階段等流充電法所需充電時(shí)間短，充電效果也好。由于充電后期改用較小電流充電，這樣減少了氣泡對極板活性物質(zhì)的沖刷，減少了活性物質(zhì)的脫落。這種充電法能延長蓄電池使用壽命，并節(jié)省電能，充電又徹底，所以是當(dāng)前常用的一種充電方法。一般蓄電池第一階段以10h率電流進(jìn)行充電，第二階段以20h率電流進(jìn)行充電。各階段充電時(shí)間的長短，各種蓄電池的具體要求和標(biāo)準(zhǔn)不一樣。 1.4 本課題的主要工作1.4.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)并制作一套基于STM32ARM內(nèi)核的電動(dòng)車智能充電系統(tǒng)，使其能夠?qū)?4V、36V、48V蓄電池自適應(yīng)性充電。采集輸出電壓、電流，運(yùn)用PID算法閉環(huán)反饋控制達(dá)到三階段充電目的，驗(yàn)證三

20、階段充電具有充電時(shí)間斷、充電效率高的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)開關(guān)電源機(jī)箱智能溫控系統(tǒng)，使用模糊控制理論對機(jī)箱溫度進(jìn)行控制，并能根據(jù)外界環(huán)境電壓對電池進(jìn)行溫度補(bǔ)償。根據(jù)課題內(nèi)容完成相應(yīng)的論文。1.4.2 完成方法將課題研究內(nèi)容分解成為主要的三部分：反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)、PID恒流恒壓控制部分、模糊智能溫控部分。一、反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì) 反激式開關(guān)電源具有拓?fù)浜唵?，調(diào)試方便，是150W左右開關(guān)電源拓?fù)涞睦硐脒x擇，開關(guān)電源的難點(diǎn)是磁性元器件的設(shè)計(jì)，電路拓?fù)涔潭?，需要做的就是學(xué)習(xí)如何設(shè)計(jì)變壓器，實(shí)際制作變壓器。二、PID恒流恒壓控制 這部分主要是軟件的功能，在設(shè)計(jì)好電壓、電流采集電路后，對采樣電壓、電流進(jìn)行PID控制處

21、理，反饋調(diào)整PWM波的占空比，硬件部分完成電流電壓調(diào)整，不斷反饋調(diào)整最終穩(wěn)定輸出。三、模糊智能溫控部分這部分里面主要包含兩個(gè)方面，一個(gè)是蓄電池溫度補(bǔ)償電路，另一個(gè)是機(jī)箱溫度控制。蓄電池溫度補(bǔ)償需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值調(diào)整充電器的充電電壓從而對蓄電池進(jìn)行保護(hù)，機(jī)箱溫度需要模糊閉合反饋通知。這個(gè)地方設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是模糊控制理論，以及編程實(shí)現(xiàn)。2 電動(dòng)車智能充電器概述2.1 反激式開關(guān)電源設(shè)計(jì)2.1.1 開關(guān)電源常見拓?fù)溟_關(guān)電源有多重結(jié)構(gòu)，包括非隔離式和隔離式，非隔離式的有降壓型的Buck電路，升壓式Boost電路，升降壓的Buck-Boost。隔離式常見的有反激式，正激式，全橋以及半橋等。不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有不同的

22、特點(diǎn)，下面以非隔離式Buck電路和隔離式的反激電路分析。2.1.2 非隔離Buck電路降壓斬波電路(Buck Chopper)是一種最基本，應(yīng)用最廣泛的直流斬波電路。通常用于輸出電壓小于或者等于輸入電壓的 DC-DC 變換器中，下面就對其工作原理做出簡單的介紹。圖2-1-1 Buck DC/DC 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Buck DC/DC 電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖 2-1-1 所示，S 為功率晶體管的簡化模型，D 為續(xù)流二極管，L 為儲(chǔ)能電感，C 為輸出濾波電容，直流輸入電源為 Vs，輸出電壓為Vo，負(fù)載為蓄電池。實(shí)際中，功率開關(guān)器件大多選用 IGBT，MOSFET 等。 假設(shè)在電路中，所有的元器件均為理想元件

23、，從輸入到輸出的過程當(dāng)中，沒有功率的損耗。那么功率器件 S 的導(dǎo)通和關(guān)斷的等效電路圖則如圖2-2-2和2-2-3所示，圖2-1-2導(dǎo)通時(shí) Buck 電路等效電路圖圖2-1-3關(guān)斷時(shí) Buck 電路等效電路圖假設(shè) Buck 的開關(guān)周期為 T，占空比為 。在(0T) 時(shí)間內(nèi)，PWM 為高電平，則開關(guān)管 D 導(dǎo)通，此時(shí)電源向負(fù)載供電，同時(shí)也對電容 C 充電，這時(shí) V0Vs，負(fù)載電流 I0呈指數(shù)曲線上升；在(TT) 時(shí)間內(nèi)，PWM 為低電平，則開關(guān)管 D 關(guān)斷，此時(shí)電容 C 放電，經(jīng)續(xù)流二極管 D1 續(xù)流，這時(shí) V00，負(fù)載電流 I0呈指數(shù)曲線下降。為了使負(fù)載電流連續(xù)且波動(dòng)小，通常串接較大電感。電路在

24、穩(wěn)定工作過程中，Buck 電路存在著濾波電感電流連續(xù)模式(CCM)和電感電流斷續(xù)模式(DCM)。電感電流連續(xù)模式是指濾波電感 L 電流 iL總是大于 0，而電感電流斷續(xù)模式是指在開關(guān)管關(guān)斷期間，有一段時(shí)間 iL=0。2.1.3隔離式反激電路反激式變壓器基本結(jié)構(gòu)如圖2-1-4所示：圖2-1-4 反激開關(guān)電源基本結(jié)構(gòu)反激開關(guān)電源電路簡單，輸出電壓U0即可高于輸入電壓Ui又可低于輸入電壓Ui，一般適用于在輸出功率在200W以下的開關(guān)電源中。在VT導(dǎo)通時(shí)，輸入側(cè)變壓器存儲(chǔ)能量，由變壓器同名端定義易知V1不導(dǎo)通輸出為電容電壓，當(dāng)VT截止時(shí)由于變壓器的感應(yīng)電動(dòng)勢作用使得V1導(dǎo)通，變壓器輸出側(cè)上正下負(fù)給電容

25、和負(fù)載充電。輸出電壓和輸入信號占空比有關(guān)，也和變壓器輸入輸出參數(shù)及V1壓降有關(guān)，因開關(guān)電源每一步設(shè)計(jì)都是一個(gè)極其復(fù)雜的步驟，因此這里不過多的敘述這方面內(nèi)容，詳細(xì)設(shè)計(jì)方法參考相關(guān)設(shè)計(jì)手冊或輔助軟件。2.2 電池充電方案選擇2.2.1恒壓充電在充電過程中，充電電壓始終保持不變，叫做恒定電壓充電法，簡稱恒壓充電法或等壓充電法。由于恒壓充電開始至后期，電源電壓始終保持一定，所以在充電開始時(shí)充電電流相當(dāng)大，大大超過正常充電電流值。但隨著充電的進(jìn)行，蓄電池端電壓逐漸升高，充電電流逐漸減小。當(dāng)蓄電池端電壓和充電電壓相等時(shí)，充電電流減至最小甚至為零。由此可見，采用恒壓充電法的優(yōu)點(diǎn)在于，可以避免充電后期充電電流

26、過大而造成極板活性物質(zhì)脫落和電能的損失。但其缺點(diǎn)是，在剛開始充電時(shí)，充電電流過大，電極活性物質(zhì)體積變化收縮太快，影響活性物質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度，致使其脫落。而在充電后期充電電流又過小，使極板深處的活性物質(zhì)得不到充電反應(yīng)，形成長期充電不足，影響蓄電池的使用壽命。所以這種充電方法一般只適用于無配電設(shè)備或充電設(shè)備較簡陋的特殊場合，如汽車上蓄電池的充電，1號至5號干電池式的小蓄電池的充電均采用等壓充電法。采用等壓充電法給蓄電池充電時(shí)，所需電源電壓：酸性蓄電池每個(gè)單體電池為2428V左右，堿性蓄電池每個(gè)單體電池為1620V左右。2.2.2 恒流充電在充電過程中充電電流始終保持不變，叫做恒定電流充電法，簡稱恒流充

27、電法或等流充電法。在充電過程中由于蓄電池電壓逐漸升高，充電電流逐漸下降，為保持充電電流不致因蓄電池端電壓升高而減小，充電過程必須逐漸升高電源電壓，以維持充電電流始終不變，這對于充電設(shè)備的自動(dòng)化程度要求較高，一般簡陋的充電設(shè)備是不能滿足恒流充電要求的。恒流充電法，在蓄電池最大允許的充電電流情況下，充電電流越大，充電時(shí)間就可以縮短。若從時(shí)間上考慮，采用此法有利的。但在充電后期若充電電流仍不變，這時(shí)由于大部分電流用于電解水上，電解液出氣泡過多而顯沸騰狀，這不僅消耗電能，而且容易使極板上活性物質(zhì)大量脫落，溫升過高，造成極板彎曲，容量迅速下降而提前報(bào)廢。所以，這種充電方法很少采用。2.2.3三段式充電法

28、目前的航空蓄電池充電均采用階段恒流充電法。一般酸性航空蓄電池采用恒流兩階段充電法。堿性航空蓄電池采用恒流兩階段充電法或恒流一階段充電法。但這種充電法在充電中間階段遠(yuǎn)離了充電電流接受率曲線，所以三階段充電法更好一點(diǎn)。三階段充電法是兩階段等流充電法和恒定等壓充電法相結(jié)合的方式。充電開始和結(jié)束時(shí)采用恒定電流，中間階段為恒定電壓充電。蓄電池在充電初期用較大的電流，經(jīng)過一段時(shí)間改為恒定電壓充電，當(dāng)電流衰減到預(yù)定值時(shí)，由第二階段轉(zhuǎn)到第三階段。采用三階段充電法的優(yōu)點(diǎn)是：避免了恒定電壓充電法開始充電電流過大，而后期電流又過小的情況，比二階段等流充電在中間階段更接近充電電流接受率曲線。這種充電法減少了充電出氣量

29、，充電又徹底，延長了蓄電池使用壽命。三階段充電法充電電流和充電電壓變化曲線如圖2-2-1所示。圖2-2-1三段式充電法綜合考慮充電效率以及最大程度保護(hù)電池，我們選擇三段式充電法。 2.3 恒壓恒流控制2.3.1 恒壓控制在變壓器已經(jīng)做好了的情況下，輸出負(fù)載確定，經(jīng)電阻分壓后檢測輸出端電壓，如果輸出端電壓比預(yù)定值大，經(jīng)過PID算法計(jì)算后可以得到新的占空比值，通過改變PWM波形占空比調(diào)整輸出電壓值，不斷反饋調(diào)整最終穩(wěn)定在一個(gè)可以允許的電壓誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)恒壓控制。這里一定要注意分壓電阻要選擇精度較高，溫漂系數(shù)較小的高精度電阻，否則會(huì)大大影響測量精度進(jìn)而影響反饋調(diào)節(jié)。同時(shí)也要注意ADC電路得設(shè)計(jì)

30、，參考電源的溫漂要小，穩(wěn)定度要高，分壓電阻不宜取得過小否則會(huì)影響參考電壓輸出也不宜取得過大會(huì)影響ADC采樣。2.3.2 恒流控制用一個(gè)精密的小電阻作為采樣電阻，再經(jīng)過LM324放大器放大后測量電壓再站換為電流值，經(jīng)過PID算法計(jì)算后可以得到新的占空比值，通過改變PWM波形占空比調(diào)整輸出電流值，不斷反饋調(diào)整最終穩(wěn)定在一個(gè)可以允許的電流誤差范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)恒流控制。這里要注意采樣電阻要合適，太小測量小電流時(shí)困難，太大熱損耗太大會(huì)影響總體效率。采樣電阻要與地接觸的盡可能近一些減小采樣電阻與地的電阻。放大器的設(shè)計(jì)時(shí)要注意補(bǔ)償和消除零點(diǎn)漂移。從上面的分析可知，恒壓恒流的實(shí)現(xiàn)是通過改變不同的反饋量然后通過

31、PID算法計(jì)算得出新的占空比，進(jìn)而反饋調(diào)節(jié)輸出電壓或者電流，不斷反復(fù)快速進(jìn)行從而達(dá)到恒流恒壓控制的目的，在這個(gè)過程中ADC的采樣精度會(huì)決定采樣誤差，所以ADC的位數(shù)要盡可能的選高一些。2.4 智能溫升控制部分由鉛蓄電池的特性可知，其充電電壓、電流、飽和程度受環(huán)境溫度的影響，充電時(shí)需根據(jù)環(huán)境溫度適當(dāng)修正最大充電電壓和充電電流。基本步驟是測得環(huán)境溫度，再測得負(fù)載電池屬于24V還是36V或者48V電瓶，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值室溫下溫度每升高1電池電壓下降0.014到0.018V。用NTC溫度傳感器測得阻值，然后再查詢溫度阻值表，得到環(huán)境溫度再設(shè)定充電閾值。機(jī)箱溫度控制部分采用模糊控制，模糊控制適用于不易獲得精確

32、數(shù)學(xué)模型的被控對象，是一種語言變量控制器，從屬于智能控制的范疇，該系統(tǒng)尤其適于非線性，時(shí)變，滯后系統(tǒng)的控制，抗干擾能力強(qiáng)，響應(yīng)速度快，并對系統(tǒng)參數(shù)的變化有較強(qiáng)的魯棒性。機(jī)箱溫度測量特別適合這種工作環(huán)境，通過模糊控制來調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速達(dá)到控制機(jī)箱溫度的目的。3 電動(dòng)車智能充電器系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的對比選擇3.1 主控制器的選擇主控制器作為系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)處理各項(xiàng)數(shù)據(jù)并按照系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)出和執(zhí)行相應(yīng)的指令。在溫度遙測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)前提下選擇單片機(jī)作為主控制器，單片機(jī)運(yùn)行簡單可靠，適合于終端和簡單功能的控制。而本課題中預(yù)計(jì)使用的單片機(jī)類型有MSP430單片機(jī)和51單片機(jī)和STM32系列ARM內(nèi)核單片機(jī)。3.1.1 M

33、SP430單片機(jī)MSP430系列單片機(jī)是美國德州儀器（TI）1996年開始推向市場的一種16位超低功耗、具有精簡指令集（RISC）的混合信號處理器。1、處理能力強(qiáng)；MSP430系列單片機(jī)是一個(gè)16位的單片機(jī)，采用了精簡指令集（RISC）結(jié)構(gòu)，具有豐富的尋址方式（7 種源操作數(shù)尋址、4 種目的操作數(shù)尋址）、簡潔的 27 條內(nèi)核指令以及大量的模擬指令；大量的寄存器以及片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器都可參加多種運(yùn)算；2、運(yùn)算速度快；MSP430系列單片機(jī)能在25MHz晶體的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)40ns的指令周期。16位的數(shù)據(jù)寬度、40ns的指令周期以及多功能的硬件乘法器（能實(shí)現(xiàn)乘加運(yùn)算）相配合，能實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號處理的某些算法

34、；3、超低功耗；MSP430 單片機(jī)之所以有超低的功耗，是因?yàn)槠湓诮档托酒碾娫措妷汉挽`活而可控的運(yùn)行時(shí)鐘方面都有其獨(dú)到之處；4、片內(nèi)資源豐富；MSP430 系列單片機(jī)的各系列都集成了較豐富的片內(nèi)外設(shè)；MSP430 系列單片機(jī)的中斷源較多，并且可以任意嵌套，使用時(shí)靈活方便；當(dāng)系統(tǒng)處于省電的低功耗狀態(tài)時(shí)，中斷喚醒只需5s；5、方便高效的開發(fā)環(huán)境；MSP430 系列有 OTP 型、 FLASH 型和 ROM 型三種類型的器件，這些器件的開發(fā)手段不同。3.1.2 51單片機(jī)STC89C52是STC公司生產(chǎn)的一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。STC89C52

35、使用經(jīng)典的MCS-51內(nèi)核，但做了很多的改進(jìn)使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機(jī)不具備的功能。在單芯片上，擁有靈巧的8位CPU和在系統(tǒng)可編程Flash，使得STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM，32位I/O口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置4KBEEPROM，MAX810復(fù)位電路，3個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，4個(gè)外部中斷，一個(gè)7向量4級中斷結(jié)構(gòu)（兼容傳統(tǒng)51的5向量2級中斷結(jié)構(gòu)），全雙工串行口。另外STC89C52可降至0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、

36、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。3.1.3 STM32系列ARM單片機(jī)STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的ARM Cortex-M3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列：STM32F103“增強(qiáng)型”系列和STM32F101“基本型”系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價(jià)格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是16位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘

37、頻率72MHz時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。全新STM32互連型（Connectivity）系列微控制器增加一個(gè)全速USB（OTG）接口，使終端產(chǎn)品在連接另一個(gè)USB設(shè)備時(shí)既可以充當(dāng)USB主機(jī)又可充當(dāng)USB從機(jī)；還增加一個(gè)硬件支持IEEE1588精確時(shí)間協(xié)議(PTP)的以太網(wǎng)接口，用硬件實(shí)現(xiàn)這個(gè)協(xié)議可降低CPU開銷，提高實(shí)時(shí)應(yīng)用和聯(lián)網(wǎng)設(shè)備同步通信的響應(yīng)速度。全新互連型系列還是STM32家族中首款集成兩個(gè)CAN2.0B控制器的產(chǎn)品，讓開發(fā)人員能夠研制可連接兩條工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)）總線的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。此外，新系列微控制器還

38、支持以太網(wǎng)、USB OTG和CAN2.0B外設(shè)接口同時(shí)工作，因此，開發(fā)人員只需一顆芯片就能設(shè)計(jì)整合所有這些外設(shè)接口的網(wǎng)關(guān)設(shè)備。STM32互連型系列產(chǎn)品強(qiáng)化了音頻性能，采用一個(gè)先進(jìn)的鎖相環(huán)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)音頻級別的I2S通信。結(jié)合USB主機(jī)或從機(jī)功能，STM32可以從外部存儲(chǔ)器（U盤或MP3播放器）讀取、解碼和輸出音頻信號。設(shè)計(jì)人員還可以在新系列微控制器上開發(fā)人機(jī)界面（HMI）功能，如播放和停止按鍵，以及顯示器界面。這個(gè)功能使其可用于各種家庭音響設(shè)備，如音響底座系統(tǒng)、鬧鐘/音樂播放器和家庭影院。新系列產(chǎn)品整合先進(jìn)的面向連接的外設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)的STM32外設(shè)（包括一個(gè)PWM定時(shí)器），高性能的32位ARM Co

39、rtex-M3 CPU，這些特性使開發(fā)人員可以在設(shè)備上（如家電、樓宇或工業(yè)自動(dòng)化）整合多種功能，如馬達(dá)控制、用戶界面控制和設(shè)備互連功能。其它目標(biāo)應(yīng)用包括需要聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)記錄或USB外設(shè)擴(kuò)展功能的系統(tǒng)，如病患監(jiān)視、銷售終端機(jī)、自動(dòng)售貨機(jī)和保安系統(tǒng)。包括新的互連型系列在內(nèi)的STM32系列微控制器具有多種配套軟件和開發(fā)工具，其中包括意法半導(dǎo)體免費(fèi)提供的軟件庫以及第三方工具廠商的廣泛支持。意法半導(dǎo)體還將推出一個(gè)新的評估板，目前正在向大客戶提供STM32F105和STM32F107互連型系列的樣片STM32 的運(yùn)算速度大約是51單片機(jī)的幾十倍而且外圍接口功能比51強(qiáng)大太多。3.1.4 比較選擇 STC89

40、C52單片機(jī)是8位且采用復(fù)雜指令集而MSP430是16位采用精簡指令集，STM32則采用32位ARM指令集，相對來說STM32運(yùn)行速度比430和51單片機(jī)快，功能更強(qiáng)。51單片機(jī)雖然上手學(xué)習(xí)容易，設(shè)計(jì)使用簡單，程序設(shè)計(jì)通俗易懂，但功能不夠強(qiáng)大，速度不夠快。430單片機(jī)外設(shè)資源很豐富，但受限于處理速度，不適合做數(shù)字電源的處理器。STM32 ARM內(nèi)核單片機(jī)不但外設(shè)豐富，而且處理速度快，且有官方開發(fā)函數(shù)庫開發(fā)難度降低，STM32F4 Cortex-M4系列單片機(jī)支持浮點(diǎn)數(shù)運(yùn)算可以替代DSP完成算法處理，綜合選擇STM32F4系列單片機(jī)作為主控制器。3.2 恒流恒壓控制策略選擇3.2.1 電壓電流檢

41、測本課題中的電流電壓檢測電路包含了對太陽能電池組件和蓄電池的電壓采集檢測，和對充放電環(huán)路的電流采集檢測。在放電電路這部分，主要包括對蓄電池的電壓采集和對充電環(huán)路的電流采集。雖然外部模擬信號形式各異，但是單片機(jī)STM32F407 內(nèi)部 ADC 所能接受輸入信號卻是有嚴(yán)格的限制，必須將待檢測的模擬信號調(diào)整為單片機(jī)內(nèi)部AD能夠接受的信號，然后送入微控制器相應(yīng)AD通道中。 STM32F407 內(nèi)部集成了24通道的單斜率 ADC 轉(zhuǎn)換內(nèi)核，3個(gè)ADC，每組ADC共有8通道輸入。普通IO設(shè)置后都可作為外部 AD 的輸入，AD 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘頻率、參考電壓和轉(zhuǎn)換模式都可以寄存器的設(shè)置來進(jìn)行選擇，在本論文的設(shè)計(jì)中選

42、擇內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)電壓作為 AD 的參考電壓，外部模擬信號都必須經(jīng)過調(diào)理才能送入單片機(jī) AD 通道，然后單片機(jī)對經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制作用。系統(tǒng)中各待測物理量的 ADC 采集通道分配如下表 3-1 所示。被測物理量選用ADC及通道號蓄電池電壓ADC1，channel0充電電流ADC1，channel1機(jī)箱內(nèi)部溫度ADC1，channel2外部環(huán)境溫度ADC1，channel3表3-2-13.2.2 電壓檢測蓄電池的電壓要遠(yuǎn)大于 AD 的參考電壓，因此，在本系統(tǒng)中采用了精密電阻分壓的方式來調(diào)節(jié)被測信號。實(shí)際電路中電阻值根據(jù)被測目標(biāo)電壓范圍而有所不同，蓄電池電壓檢測如圖

43、3-1所示。圖3-2-1系統(tǒng)通過對蓄電池電壓大小的判斷，就可以實(shí)行控制器的充電控制，通過反饋蓄電池電壓值調(diào)整PWM波占空比進(jìn)而調(diào)整輸出電壓，不斷反饋調(diào)整直到輸出電壓穩(wěn)定。3.2.3 充電電流檢測在功率電路設(shè)計(jì)當(dāng)中，電壓的檢測和控制相比較電流的檢測和控制要簡單很多。電壓檢測幾乎可在電路的任何地方進(jìn)行，而且不會(huì)對電路性能產(chǎn)生明顯的影響。但是，電流的檢測卻要復(fù)雜得多，因?yàn)椋娏鳈z測必須要引入測量傳感器，傳感器的應(yīng)用會(huì)對電路性能產(chǎn)生影響。根據(jù)具體的電路，選擇合適的電流檢測方案，并且進(jìn)行正確的電路設(shè)計(jì)，是功率電路設(shè)計(jì)成敗關(guān)鍵之一。目前，功率電路中常用的有電阻檢測、磁檢測、MOSFET 檢測等電流檢測的方

44、法。在電流較大的場合，多采用磁性器件檢測，用以避免電阻檢測造成的損耗。同時(shí)，磁性器件的檢測還可方便地獲得電氣隔離。最常用的電流磁檢測器件是電流互感器，但是，電流互感器電路設(shè)計(jì)相對較為復(fù)雜，而且占用的基板面積也很大，不利于電路小型化，采用的元件數(shù)量較多(磁性器件) ，成本就會(huì)增加。另外，電流互感器的加工比較復(fù)雜，不利于批量性生產(chǎn)，這也是影響成本的一個(gè)重要因素。除電流互感器以外，磁檢測的方式還有采用霍爾效應(yīng)制作的傳感器?；魻杺鞲衅髦饕獞?yīng)用在有特殊要求的場合?；魻杺鞲衅髋c電流互感器相比，檢測精度高，但卻存在價(jià)格高、體積大的缺點(diǎn)。 MOSFET 導(dǎo)通電阻具有較大的正溫度系數(shù)，而且導(dǎo)通電阻的大小與驅(qū)動(dòng)電

45、壓也有很大關(guān)系，由于分立器件的離散性，最終獲得的信號電壓將會(huì)存在很大的誤差。為了克服這些因素產(chǎn)生的影響，電路的設(shè)計(jì)將變得十分復(fù)雜，這就限制了單個(gè)的 MOSFET 作為電流檢測器件的應(yīng)用。 電阻電流檢測電路通常利用測量電流通路中采樣電阻兩端壓降以間接測量電流。按照采樣電阻與電源之間連接位置的不同，可分為電壓低端電流檢測和電壓高端電流檢測兩類，其基本測量原理圖如下圖 3-2-2 和 3-2-3 所示。雖然電阻檢測的缺點(diǎn)是損耗大，但是電路設(shè)計(jì)簡單，成本低廉，易于實(shí)現(xiàn)，本論文采用電阻檢測方法來測量充放電回路電流。 圖3-2-2電壓低端電流檢測原理圖3-2-3電壓高端電流檢測原理圖在本設(shè)計(jì)中分別采用電壓

46、高端和電壓低端測量方式來實(shí)現(xiàn)對充電回路電流和放電回路電流的測量。放電回路中的電流測量采用了電壓低端電阻檢測方案，因?yàn)樵诜烹娀芈分须娐泛唵危骷?shù)量少，這種方案相對安全，也利于節(jié)省成本。實(shí)際電路中加了一級運(yùn)放將檢測電阻上的電壓信號調(diào)整為 AD 理想的輸入范圍值，有助于提高測量精度，提高系統(tǒng)控制性能。系統(tǒng)通過對充電電流壓大小的判斷，就可以實(shí)行控制器的充電控制，通過反饋蓄電池充電電流值調(diào)整PWM波占空比進(jìn)而調(diào)整充電電流，不斷反饋調(diào)整直到充電電流穩(wěn)定。檢流電阻應(yīng)根據(jù)以下幾條原則進(jìn)行選擇 1.檢流電阻阻值過大會(huì)引起電源電壓以 IR 的數(shù)值降低。為了減少電壓損耗應(yīng)選用小阻值的檢流電阻。 2.效率和功耗當(dāng)電

47、流較大時(shí)，檢流電阻上的功耗就不能忽略。在考慮檢流電阻和功耗時(shí)，需要注意這一點(diǎn)。如果允許檢流電阻發(fā)熱, 則電阻阻值可大一些。 3.電路如果包含大量高頻成分，則檢流電阻的電感量要很小。線繞電阻的電感最大，金屬膜電阻比較好。本課題電流采樣電路中采樣電阻選用 0.05W/2W 的金屬膜電阻。3.2.4 PID算法在過程控制中，按偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）進(jìn)行控制的PID控制器（亦稱PID調(diào)節(jié)器）是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，適用面廣，控制參數(shù)相互獨(dú)立，參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)；而且在理論上可以證明，對于過程控制的典型對象“一階滯后+純滯后”與“二階滯后+純滯后

48、”的控制對象，PID控制器是一種最優(yōu)控制。PID調(diào)節(jié)規(guī)律是連續(xù)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)品質(zhì)校正的一種有效方法，它的參數(shù)整定方式簡便，結(jié)構(gòu)改變靈活（PI、PD、）。具體算法在軟件設(shè)計(jì)里再提及。3.3 智能溫度控制選擇溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時(shí)DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的DS18B20溫度傳感器當(dāng)仁不讓。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得DS18B20更受歡迎。 DS18B20數(shù)字溫度傳感器接線方便，封裝成后可應(yīng)用于多種場合，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼封裝式，型號多種多樣，有LTM8877，LTM8874等等。主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其

49、外觀。封裝后的DS18B20可用于電纜溝測溫，高爐水循環(huán)測溫，鍋爐測溫，機(jī)房測溫，農(nóng)業(yè)大棚測溫，潔凈室測溫，彈藥庫測溫等各種非極限溫度場合。耐磨耐碰，體積小，使用方便，封裝形式多樣，適用于各種狹小空間設(shè)備數(shù)字測溫和控制領(lǐng)域。 如圖 3-3-1 所示為DS18B20 的兩種封裝類型的實(shí)物圖示：圖 3-3-1(a)防水封裝圖 3-3-1(b)一般封裝1、 DS18B20的性能特點(diǎn)1、全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出；2、先進(jìn)的單總線數(shù)據(jù)通信；3、最高12位分辨率，精度可達(dá)土0.5攝氏度；4、12位分辨率時(shí)的最大工作周期為750毫秒；5、可選擇寄生工作方式；6、檢測溫度范圍為（-55 ）（+125 ）；7、內(nèi)置

50、EEPROM，限溫報(bào)警功能；8、64位光刻ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機(jī)掛接；9、 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)；10、 獨(dú)特的一線接口，只需要一條口線通信 多點(diǎn)能力，簡化了分布式溫度傳感應(yīng)用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為3.0 V至5.5 V無需備用電源。盡管DS18B20有如此多的優(yōu)點(diǎn)，但是設(shè)計(jì)電源時(shí)我們更多的考慮是成本因素，且本設(shè)計(jì)并不需要如此高精度的傳感器，市場上一片DS18B20達(dá)6元錢，本設(shè)計(jì)需兩處采集溫度，則在溫度傳感器上話費(fèi)12元，這是非常不劃算的。從成本角度考慮我們不使用該數(shù)字傳感器，選擇NTC系列熱敏電阻溫度傳感器。熱敏電阻是一種阻值隨溫度變化而變化的電阻

51、隨溫度升高阻值升高的電阻叫PTC電阻，阻值隨溫度升高而降低的電阻叫NTC電阻。熱敏電阻隨溫度變化曲線一般都是非線性的，PTC變化的非線性要比NTC更惡劣一些，因此我們選擇NTC熱敏電阻作為溫度傳感器元件，NTC電阻阻值隨溫度變化曲線如圖3-3-2，溫度測量電路如圖3-3-3：圖3-3-2 NTC電阻阻值隨溫度變化曲線圖3-3-3 溫度測量電路實(shí)際的測量中我們采用查表法，通過ADC測得Rm兩端電壓，再抓換為Rv阻值，通過查找表格找到對應(yīng)溫度即為當(dāng)前溫度，如果表格中查找不到該溫度值需要進(jìn)行插值處理，具體處理參見軟件部分。4 硬件及軟件設(shè)計(jì)4.1 硬件部分設(shè)計(jì)4.1.1 輔助電源設(shè)計(jì)系統(tǒng)中我們需要提

52、供12V電壓給風(fēng)扇供電，3.3V電壓給處理器供電，2.5V基準(zhǔn)電壓給ADC采集用，輔助電源功率較低，風(fēng)扇1W，處理器0.5W，其它外圍電路0.5W，變壓器設(shè)計(jì)時(shí)選擇3W變壓器，220V轉(zhuǎn)為12V后，橋式整流、濾波經(jīng)過開關(guān)電源Buck芯片LM259612V后變?yōu)?2V直流輸出，再經(jīng)過LM2596-3.3V后得到3.3V電，電路圖如圖4-1-1所示。 圖4-1-1(a)220轉(zhuǎn)為12V后整流濾波圖4-1-1(b)整流濾波后的電壓經(jīng)過穩(wěn)壓得到12V圖4-1-1(c)12V得到3.3V4.1.2 主功率變換電路設(shè)計(jì)4.1.2.1 功率變換部分功率變換的核心部分是反激拓?fù)涞脑O(shè)計(jì)，其中尤為關(guān)鍵得是反激變壓

53、器的設(shè)計(jì)，這部分占設(shè)計(jì)的一大半內(nèi)容，變壓器具體參數(shù)設(shè)計(jì)詳見附錄部分。主功率變換如圖4-1-2所示 圖4-1-2主功率變換部分4.1.2.2 功率管驅(qū)動(dòng)部分設(shè)計(jì)處理器輸出的PWM波無法驅(qū)動(dòng)MOS管，因此需要增大驅(qū)動(dòng)能力，常用方法是圖騰柱推挽法，可使用分立元件搭建圖騰柱但是有反應(yīng)速度慢難以控制死區(qū)時(shí)間等問題。因此采用集成MOS管驅(qū)動(dòng)芯片IR2302，IR2302可輸出2A的峰值電流驅(qū)動(dòng)頻率可達(dá)到300KHz，具有死區(qū)時(shí)間補(bǔ)償?shù)奶匦浴OS管驅(qū)動(dòng)部分如圖4-1-3 圖4-1-3 MOS管驅(qū)動(dòng)部分4.1.2.3 共模電感濾波部分共模電感（CommonmodeChoke），也叫共模扼流圈，常用于開關(guān)電源

54、中過濾共模的電磁干擾信號。在開關(guān)電源設(shè)計(jì)中，共模電感也是起EMI（ElectroMagneticInterference電磁干擾）濾波的作用，用于抑制高速信號線產(chǎn)生的電磁波向外輻射發(fā)射。開關(guān)電源中的芯片在工作過程中既是一個(gè)電磁干擾對象，也是一個(gè)電磁干擾源。為減小體積、降低成本,單片開關(guān)電源一般采用簡易式單級EMI濾波器,典型電路圖4.1.4所示。圖中的L3、C7和C8用來濾除共模干擾,C10和C11濾除串模干擾。圖4-1-4單級 EMI濾波器EMI濾波器能有效抑制單片開關(guān)電源的電磁干擾。圖4.1.5中曲線a為加EMI濾波器時(shí)開關(guān)電源上0.15MHz30MHz傳導(dǎo)噪聲的波形（即電磁干擾峰值包絡(luò)線

55、）。曲線b是插入如圖4-1-5所示EMI濾波器后的波形,能將電磁干擾衰減50dBV70dBV。圖4-1-5濾波器的效果波形圖4.1.3 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1.3.1 電源部分電源部分由3.3V穩(wěn)壓器供電，由于單片機(jī)部分對電源要求比較高，電流瞬態(tài)變化率很大，所以需要并聯(lián)多個(gè)電容滿足電流要求，如圖4-1-6所示。圖4-1-6單片機(jī)供電4.1.3.2 內(nèi)部AD采集基準(zhǔn)電壓電路單片機(jī)內(nèi)部穩(wěn)壓源需要一個(gè)精準(zhǔn)的參考源供ADC使用，所以對參考源要求比較高不能直接拿電源電壓共ADC使用，需要加輔助電路，如圖4-1-7圖4-1-7參考源供電4.1.3.3晶振電路STM32F407內(nèi)部有內(nèi)部PLL電路，可將外部晶振電路倍頻值168M，詳細(xì)配置參見附錄部分晶振配置，電路如圖4-1-.8所示圖4-1