500W鉛酸蓄電池充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著各種電動(dòng)汽車的發(fā)展，動(dòng)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(jì)費(fèi)等管理問題。不同電池，特點(diǎn)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(shí)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(dòng)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(jī)界面，可對充電策略進(jìn)行調(diào)整；

★散熱方式：風(fēng)冷。

主電路的整體框圖：

EMI濾波電路：

C1和L1組成第一級(jí)EMI濾波

C2、C3、C4與L2組成第二級(jí)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(jí)管電流ID=3.55A

二極管反向電壓V=373V

考慮實(shí)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(jì)要求，故此次設(shè)計(jì)選用該款芯片；

電路圖

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(shí)，全橋相對于半橋更合適，故本次設(shè)計(jì)采用全橋拓?fù)洹?/p>

功率開關(guān)管選擇：

經(jīng)過整流濾波后電壓最大值為373V，最大初級(jí)電流為3.5A 考慮實(shí)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最大反相電壓為100V，電流為10A，考慮實(shí)際工作情況，我們選用MUR3060（600V/30A）

全橋電路圖：

整流濾波輸出電路：

驅(qū)動(dòng)電路：

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

輔助電源供電：

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

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

智能控制電路設(shè)計(jì)：

電源PWM控制部分

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

采樣電路

熱保護(hù)電路

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以檢測電池溫度，充電器溫度，當(dāng)電池過溫時(shí)會(huì)關(guān)閉PWM的輸出波形，使電路停止工作，同時(shí)單片機(jī)會(huì)報(bào)警提示，當(dāng)充電器過溫時(shí)，風(fēng)冷系統(tǒng)會(huì)開啟，如果溫度繼續(xù)升高，則充電器會(huì)停止工作。

過流，短路保護(hù)電路

當(dāng)電流過大，超過12A，電路會(huì)限流報(bào)警提示，在充電器啟動(dòng)之前會(huì)進(jìn)行短路檢測，當(dāng)電阻小于0.5Ω時(shí)認(rèn)為電路故障，并報(bào)警提示。

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(jī)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(shí)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(shí)，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(dá)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(jì)：整流二極管采用肖特基二級(jí)管做整流管，開關(guān)管回路加RCD網(wǎng)絡(luò)，輸入端加EMI濾波電路，優(yōu)化變壓器設(shè)計(jì)。

優(yōu)化PCB板布局和走線。

軟件抗干擾技術(shù)

采用程序模塊間遠(yuǎn)程攔截技術(shù)。