500W鉛酸蓄電池充電器設計與實(shí)現

隨著(zhù)各種電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展，動(dòng)力電池充電器的需求將越來(lái)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(hù)的使用方便及電力系統電力計費等管理問(wèn)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(lèi)型拓展。本選題具有實(shí)用性，對電賽方向人才培養也有針對性。

主要功能指標：

★輸入電壓?jiǎn)蜗?0HZ ±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;

★輸入端加功率因數校正，功率因數90 %;

★充電初期效率大于80%;

★輸入電流失真度小于4%;

★充電過(guò)程分為激，快充和浮充；

★具有溫度檢測功能，可根據電池和環(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(jìn)行調整；

★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(shí)際工作情況故選BR601（35A/1000V）；

功率因數校正：

方案：BOOST型拓撲結構具有輸出電阻低，硬件電路及控制簡(jiǎn)單，技術(shù)成熟，故選用BOOST結構；

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

電路圖

DC-DC主拓撲結構：

方案選擇：

在開(kāi)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，故本次設計采用全橋拓撲。

功率開(kāi)關(guān)管選擇：

經(jīng)過(guò)整流濾波后電壓最大值為373V，最大初級電流為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：

驅動(dòng)電路：

PWM信號通過(guò)光耦隔離，經(jīng)過(guò)反相器進(jìn)入半橋驅動(dòng)芯片IR2110 ，如圖所示的Q1、Q2半橋驅動(dòng)電路，Q3、Q4驅動(dòng)電路與此電路相同。

輔助電源供電：

本設計系統供電采用另制輔助電源，系統框圖如下：

本供電系統可提供穩定的12V，5V，-12V電壓，且效率較高。

智能控制電路設計：

電源PWM控制部分

本設計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

熱保護電路

本設計系統可以檢測電池溫度，充電器溫度，當電池過(guò)溫時(shí)會(huì )關(guān)閉PWM的輸出波形，使電路停止工作，同時(shí)單片機會(huì )報警提示，當充電器過(guò)溫時(shí)，風(fēng)冷系統會(huì )開(kāi)啟，如果溫度繼續升高，則充電器會(huì )停止工作。

過(guò)流，短路保護電路

當電流過(guò)大，超過(guò)12A，電路會(huì )限流報警提示，在充電器啟動(dòng)之前會(huì )進(jìn)行短路檢測，當電阻小于0.5Ω時(shí)認為電路故障，并報警提示。

系統軟件結構　　

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(kāi)始工作后單片機采集采集蓄電池端電壓檢測，若電壓過(guò)低說(shuō)明曾過(guò)度放電，為避免充電電流過(guò)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蓄電池，使蓄電池更經(jīng)久耐用，末期不過(guò)充，又能達到充滿(mǎn)的目的。

電源系統抗干擾

硬件抗干擾技術(shù)

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

優(yōu)化PCB板布局和走線(xiàn)。

軟件抗干擾技術(shù)

采用程序模塊間遠程攔截技術(shù)。