一種單片機(jī)控制的大功率鉛酸電池充電器設(shè)計(jì)

隨著全球環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，使用鉛酸電池的各種車(chē)輛不斷進(jìn)入人們的視野，然而目前世界上用于鉛酸電池的充電器卻是五花八門(mén)。這些充電器造成鉛酸電池過(guò)充或充電不足的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，后果是鉛酸電池的使用壽命降低。在大功率鉛酸電池充電器的設(shè)計(jì)中，減小功率損失，按照經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)化曲線(xiàn)實(shí)現(xiàn)充電，是保障鉛酸電池使用壽命的理想方法。為此,筆者設(shè)計(jì)一種單片機(jī)控制的實(shí)用大功率鉛酸電池充電器。

1 充電器的硬件結(jié)構(gòu)

在充電器初級(jí)回路的主電源設(shè)計(jì)中，采用了PFC＋移相全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，在充電器次級(jí)回路設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電池狀態(tài)的監(jiān)控，并能按照經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)化曲線(xiàn)對(duì)電池進(jìn)行充電，加入了單片機(jī)控制。這種充電器的硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

在充電器的輸入回路中，加入了功率因數(shù)校正(PFC)電路，控制芯片IC選用ST公司的L4981，該IC芯片采用連續(xù)功率因數(shù)修正(CCM)的控制方式，即平均電流控制模式。在實(shí)際應(yīng)用中，這種控制方式在輸出大于250W的升壓電路中有明顯的優(yōu)勢(shì)，因此在設(shè)計(jì)大功率鉛酸電池充電器的輸入電路中常采用這種控制模式。其控制模式電路示意圖如圖2所示。圖中，Vin為市電經(jīng)整流后的直流電壓，Vs為控制芯片IC內(nèi)部振蕩器輸出信號(hào)，Ip是控制芯片IC內(nèi)部的精密電流源提供的功率限制電流，電流放大器的輸出Vc取決于取樣電阻Rp的大小即Vp的大小，所以PFC的功率輸出也就取決于Rp的大小。電路中電流放大器輸出信號(hào)Vc、振蕩器鋸齒波信號(hào)Vs和流過(guò)升壓電感的電流信號(hào)IL的關(guān)系如圖3所示。

從圖中可以看出：在時(shí)間區(qū)間ab段或cd段等奇數(shù)時(shí)間段，Vc的電壓波形在和Vs交錯(cuò)前必須是負(fù)的斜率，而Vs必須是正斜率，并且必須交錯(cuò)，否則PFC輸出信號(hào)無(wú)法得到控制。而在bc段或da段等偶數(shù)時(shí)間段，電壓Vc和Vs都是正斜率，但是Vc的斜率必須比Vs要小，這樣二者才能交錯(cuò)，否則PFC輸出信號(hào)也無(wú)法得到控制。因此在設(shè)計(jì)控制電路時(shí)，必須按照這些要求來(lái)選擇外圍電路，否則電路將不動(dòng)作或失去控制。這種控制方式的實(shí)際應(yīng)用電路圖如圖4所示。