快速無損智能充電器的設(shè)計(jì)

交流輸入電壓Uac經(jīng)過壓敏電阻R1濾除交流電壓中的尖峰脈沖后，經(jīng)電磁干擾（EMI）濾波器（C1,L1）濾除差模和共模干擾。之后經(jīng)過BR全波整流及C2濾波后產(chǎn)生直流高壓，給高頻變壓器的初級(jí)繞組供電。P6KE200（瞬態(tài)電壓抑制器）和BYV26C（超快恢復(fù)二極管）構(gòu)成鉗位電路，用于吸收在TOP224Y關(guān)斷時(shí)由高頻漏感產(chǎn)生的尖峰電壓，并能衰減振鈴電壓，對(duì)漏極起到保護(hù)作用。次級(jí)電路經(jīng)過VD3、C3、L2和C4整流濾波輸出24 V的電壓U0.由TL431A構(gòu)成的外部誤差放大器實(shí)現(xiàn)U0的動(dòng)態(tài)穩(wěn)壓，當(dāng)輸出電壓發(fā)生波動(dòng)，經(jīng)R4、R5分壓后得到取樣電壓，就與TL431A內(nèi)的基準(zhǔn)電壓（2.5 V）進(jìn)行比較產(chǎn)生一個(gè)外部控制信號(hào)，再通過線性光耦合器PC817A改變TOP224Y控制電流，進(jìn)而調(diào)節(jié)占空比使U0趨于穩(wěn)定。C7濾除加在控制端的尖峰電壓，還與R2、R5一起對(duì)控制回路進(jìn)行補(bǔ)償。R3為最小輸出負(fù)載，用于提高輕載時(shí)的電壓穩(wěn)定度。

3.2 充電電路

充電電路如圖3所示。

圖3 充電電路原理圖

　　充電電路采用Buck型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，C1、L1、C2構(gòu)成π型濾波器可以濾除直流電壓中的高頻分量，其中L1是差模電感。

　　經(jīng)濾波輸出后，PV為Buck變換器輸入電源，同時(shí)也是單片機(jī)控制系統(tǒng)的前級(jí)輸入電源。L2是輸出濾波電感、C5是輸出濾波電容、Q3為功率開關(guān)管、D3為續(xù)流二極管。充電電路輸入電壓范圍Ui=20~28 V,輸出電壓范圍U0=3~18 V,負(fù)載輸出電流I0=0~3.5 A,開關(guān)頻率fs=20kHz,紋波電壓小于1%即△U0/U0≤1%,當(dāng)負(fù)載電流I0在0~0.4 A時(shí)，Buck電路工作在電感電流不連續(xù)模式；當(dāng)負(fù)載電流I0在0.4~3.5 A時(shí)，電路工作在電感電流連續(xù)模式。

　　3.3 負(fù)脈沖放電電路

　　鎳鎘電池具有記憶效應(yīng)，在對(duì)鎳鎘電池充電前先對(duì)其放電，消除記憶效應(yīng)。同時(shí)，在鎳鎘電池的快速充電過程中，為了消除電池極化的影響，引入間歇負(fù)脈沖的放電，系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了放電電路。放電電路由4個(gè)5Ω/3 W功率電阻（瞬間短時(shí)間放電）和4個(gè)控制開關(guān)組成。

　　3.4 電流檢測(cè)及保護(hù)電路

　　電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路如圖4所示。電流采樣輸入端接電池組負(fù)端（BAT-），BAT-與地之間為功率開關(guān)管IRF7805和康銅絲采樣電阻RS（29 mΩ），開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)漏源極之間導(dǎo)通電阻RDS（on）為11 mΩ，利用RS+RDS（on）端的壓降來檢測(cè)電流。

圖4 電流檢測(cè)及過流保護(hù)電路

　　過流時(shí)（電流超過4 A），經(jīng)比較器U2A輸出低電平過流信號(hào)（FAULT），該信號(hào)送入XC164CM的中斷陷阱引腳觸發(fā)單片機(jī)硬件中斷，此外，當(dāng)FAULT為低電平時(shí)，經(jīng)比較器U2B,輸出低電平信號(hào)，也迫使PWM輸出為低電平，強(qiáng)行關(guān)閉開關(guān)管Q3,確保系統(tǒng)安全。

　　4 軟件設(shè)計(jì)

　　智能充電器的軟件設(shè)計(jì)，主要包括系統(tǒng)主程序、鎳鎘電池快速充電子程序、ANFIS預(yù)測(cè)電流子程序和故障報(bào)警程序等，使用C語言和匯編語言混合編程，在Keil C166軟件開發(fā)平臺(tái)上完成。系統(tǒng)軟件對(duì)XC164單片機(jī)特殊功能寄存器SFR的設(shè)置在START_V2.A66中使用匯編語言文件，而整個(gè)充電系統(tǒng)的控制程序采用C語言文件。

　　系統(tǒng)上電后進(jìn)入初始化，讀取E2PROM中的參數(shù)，完成各中斷寄存器和I/O口的功能設(shè)置，給相應(yīng)單元賦初始值。完成后進(jìn)入待機(jī)等待狀態(tài)。充電開始，先檢測(cè)是否有電池連接，若檢測(cè)到有電池接入，則進(jìn)入電池的快速充電過程，其流程圖如圖5所示。ANFIS預(yù)測(cè)可接受電流子程序如圖6所示。

圖5 單節(jié)鎳鎘電池智能充電流程圖