500W鉛酸蓄電池充電系統(tǒng)設(shè)計-設(shè)計應(yīng)用

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   隨著各種電動汽車的發(fā)展，動力電池充電器的需求將越來越多。充電器質(zhì)量的優(yōu)劣關(guān)系到電池性能的發(fā)揮及壽命、充電器本身的智能化關(guān)系到用戶的使用方便及電力系統(tǒng)電力計費等管理問題。不同電池，特點不同，充電策略也不相同。如將一種電池的沖電器做好了，就容易將技術(shù)向其他電池類型拓展。本選題具有實用性，對電賽方向人才培養(yǎng)也有針對性。

     主要功能指標(biāo)：

     ★輸入電壓單相50HZ?10%，電壓有效值波動范圍220V?20%，即有效值為176V-264V;

     ★輸出直流額定電壓50V;

     ★輸入端加功率因數(shù)校正，功率因數(shù)90%;

     ★充電初期效率大于80%;

     ★輸入電流失真度小于4%;

     ★充電過程分為激，快充和浮充；

     ★具有溫度檢測功能，可根據(jù)電池和環(huán)境溫度改變充電策略；

     ★具有友好的人機界面，可對充電策略進行調(diào)整；

     ★散熱方式：風(fēng)冷。

     主電路的整體框圖

     濾波電路：

     EMI濾波電路

     C1和L1組成第yi級EMI濾波

     C2、C3、C4與L2組成第二級濾波。

     L1，L2為共模電感

     整流及功率因數(shù)校正電路：

     整流橋：

     流經(jīng)二級管電流ID=3.55A

     二極管反向電壓V=373V

     考慮實際工作情況故選BR601（35A/1000V）；

     功率因數(shù)校正：

     方案：BOOST型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有輸出電阻低，硬件電路及控制簡單，技術(shù)成熟，故選用BOOST結(jié)構(gòu)；

     芯片選擇：TI公司的UCC28019可控制功率輸出為100W-2KW，功率因數(shù)可提高到0.95，符合設(shè)計要求，故此次設(shè)計選用該款芯片；

     電路圖

  整流及功率因數(shù)校正電路

     DC-DC主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：

     方案選擇：

     在開關(guān)管承受峰值電流和電壓的情況下，全橋輸出功率為半橋的兩倍，并切在功率大于500W時，全橋相對于半橋更合適，故本次設(shè)計采用全橋拓?fù)洹?/p>

     功率開關(guān)管選擇：

     經(jīng)過整流濾波后電壓很大值為373V，很大初級電流為3.5A考慮實際工作情況選擇FQA24N50

     （24A/500V/0.2Ω）

     輸出整流二極管：

     整流二極管要承受的很大反相電壓為100V，電流為10A，考慮實際工作情況，我們選用MUR3060（600V/30A）

     全橋電路圖：

   全橋電路圖

     整流濾波輸出電路：

     整流濾波輸出電路

     驅(qū)動電路

     PWM信號通過光耦隔離，經(jīng)過反相器進入半橋IR2110，如圖所示的Q1、Q2半橋驅(qū)動電路，Q3、Q4驅(qū)動電路與此電路相同。

     輔助電源供電：

     本設(shè)計系統(tǒng)供電采用另制輔助電源，系統(tǒng)框圖如下：

     系統(tǒng)框圖

     本供電系統(tǒng)可提供穩(wěn)定的12V，5V，-12V電壓，且效率較高。

     智能控制：

     智能控制電路設(shè)計

     電源PWM控制部分

     本設(shè)計采用的電源重心控制部分的芯片為美國通用公司芯片SG3525.控制電路如圖：

     控制電路

     采樣電路

     采樣電路

     熱保護電路

     本設(shè)計系統(tǒng)可以檢測電池溫度，充電器溫度，當(dāng)電池過溫時會關(guān)閉PWM的輸出波形，使電路停止工作，同時單片機會報警提示，當(dāng)充電器過溫時，風(fēng)冷系統(tǒng)會開啟，如果溫度繼續(xù)升高，則充電器會停止工作。

     過流，短路保護電路

     當(dāng)電流過大，超過12A，電路會限流報警提示，在充電器啟動之前會進行短路檢測，當(dāng)電阻小于0.5Ω時認(rèn)為電路故障，并報警提示。

     系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

     系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)

     四階段充電控制策略：

     四階段充電策略解析：

     激活充電：充電器開始工作后單片機采集采集蓄電池端電壓檢測，若電壓過低說明曾過度放電，為避免充電電流過大，實行小電流激活。

     恒流充電：恒流充電為10A.

     恒壓充電：恒壓充電電壓為59V.

     涓流浮充：當(dāng)充電電流下降到恒流下的0.1倍式，即1A時，采用涓流浮充。

     四階段充電策略保證充電初期能激活修復(fù)蓄電池，使蓄電池更經(jīng)久耐用，末期不過充，又能達到充滿的目的。

     電源系統(tǒng)抗干擾

     硬件抗干擾技術(shù)

     電源EMC設(shè)計：整流二極管采用肖特基二級管做整流管，開關(guān)管回路加RCD網(wǎng)絡(luò)，輸入端加濾波電路，優(yōu)化變壓器設(shè)計。

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