基于UCC3895與PIC單片機的智能充電器的設計
采用新一代移相PWM控制芯片UCC3895和PICl6F917單片機,針對常用的鉛酸蓄電池設計開發(fā)了一種智能充電器,介紹了其硬件設計思路和軟件實現(xiàn)方法,并提出了智能控制策略。
關鍵詞:UCC3895;PIC;智能充電器
0 引言
現(xiàn)代通訊設備、電子產品、電動車輛、UPS等普遍采用蓄電池作為電源,然而多數(shù)充電設備功能單一,通用性差,維護質量低,導致產品的使用效率大大降低。本文采用UCC3895和PIC單片機,針對常用的鉛酸蓄電池,設計開發(fā)了一種智能充電器。
UCC3895是TI公司生產的專用于PWM移相全橋DC/DC變換的新型控制芯片,可工作于電壓模式,也可工作于電流模式,并且可實現(xiàn)輸出脈沖占空比從0到100%相移控制,軟啟動和軟停止可按要求進行調節(jié);內置7MHz帶寬的誤差比較放大器;具有完善的限流及過流保護、電源欠壓保護,基準欠壓保護、軟啟動和軟停止等功能。
PICl6F917型單片機與UCC3895共同組成控制器部分,相對于僅使用單片機作為控制器的方式,具有響應速度快,控制精度高,軟件設計簡單,運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
l 總體結構
如圖l,充電器的供電部分采用開關電源,其輸入為220V交流市電,整流濾波后,一部分為控制電路的數(shù)字器件提供輔助工作電源和參考電壓,另一部分經(jīng)全橋逆變轉換為高頻交流電,再進行高頻整流濾波,為蓄電池提供0~60V脈沖直流電。PIC與UCC3895配合構成閉環(huán)控制電路,通過比較用戶設定值和采樣得到的反饋值,在充電過程中的不同階段對逆變器進行PWM控制,同時PIC完成顯示和報警等功能。
2 硬件設計
1)主電路設計
如圖2,充電主電路采用移相控制全橋ZVT—PWM變換技術,利用功率MOS管的輸出電容和輸出變壓器的漏電感作為諧振元件,使FB—PWM變換器四個開關管依次在零電壓下導通,實現(xiàn)恒頻軟開關,減少了開關損耗,可保證變壓器效率達80—90%,并且不會發(fā)生開關應力過大的問題。
2)控制電路設計
控制電路分為兩部分。第一部分為前級控制器,由UCC3895及其外圍電路組成,用來生成PWM脈沖,實現(xiàn)對開關管的控制。第二部分為后級控制器,由PIC和TLV5618及其外圍電路組成,實現(xiàn)用戶設定、采樣、顯示、計時、報警、主電路通斷等充電過程的管理功能。
(1)前級控制電路
引腳電路功能分析
如圖3,腳1和腳20是誤差放大器的反相輸入端和同相輸入端,其中腳20外接Uc,Uc是后級控制器送來的輸出電壓控制信號,經(jīng)隔離后,在這里作為誤差放大器的基準電壓。腳2為誤差放大器的輸出端,內接PWM比較器的非反相端,外接EA與l腳。當充電開始時,充電電流較大,取樣電流與設定電流比較后接在PWM的非反相端,從而調節(jié)PWM輸出脈沖寬度;當充電末了,充電電流較小,充電電壓變大,2腳依靠誤差放大器反饋控制調節(jié)PWM輸出脈沖寬度。
腳3為PWM比較器的反相輸入端,外接7腳和取樣電流電路。充電初始階段,充電電流較大,電路工作在峰值電流模式下,反饋信號主要由取樣電流提供,它與同相端比較后,調節(jié)PWM輸出脈沖寬度。充電中后期,充電電流變小,充電電壓穩(wěn)定,電路工作在電壓模式下,該端接CT(引腳7)上的鋸齒波信號。
工作過程原理分析
充電器電壓信號由傳感器取出,加到UCC3895的1腳。充電初期,電池兩端電壓很低,充電電流很大,電路工作在峰值電流模式下,電壓反饋對控制電路影響比較小,這時電路主要靠電流反饋工作,采樣電流VI經(jīng)過比較后加到PWM比較器的非反相端,IA、IB經(jīng)過整流后加到PWM比較器的反相輸入端,由兩者的大小調節(jié)PWM比較器輸出脈沖的寬度(如圖4);充電中后期,電壓變大,充電電流變小,電路工作在電壓模式下,電壓信號加到誤差放大器的反相端與設定的基準值比較后送至PWM比較器的非反相端,7腳輸出的鋸齒波信號接在PWM比較器的反相端,由兩者的大小調節(jié)PWM比較器輸出脈沖的寬度(如圖5)。由芯片外圍電路可以看出,它具有兩個閉環(huán)控制調整電路,其一是電壓控制閉環(huán)電路,電壓取樣信號加在誤差放大器反相端,與后級控制器送來的同相端基準電壓比較,產生誤差信號,加在PWM比較器反相端。其二是電流控制閉環(huán)電路,輸出電流取樣信號與后級控制器送來的電流信號比較后加在PWM比較器非反相端,它與反相端信號比較后產生控制信號,從而決定輸出脈沖的寬度。
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