500W鉛酸蓄電池充電器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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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)。