電動(dòng)汽車蓄電池?zé)o損傷快速充電方案
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同理由D4， R4， C8 對Q2 的關(guān)斷過程進(jìn)行保護(hù)。
在輸出整流二極管之后采用LC 濾波電路減小輸出電流電壓紋波。濾波電感L1 的作用是使負(fù)載電流的波動(dòng)減小，濾波電容C5 的作用是使輸出電壓的紋波減小。當(dāng)負(fù)載突減時(shí)， 濾波電容儲(chǔ)能； 負(fù)載突增時(shí)，電容C5 上的儲(chǔ)能首先向負(fù)載補(bǔ)充能量，以減小輸出電壓的峰- 峰值。
2.3 控制保護(hù)電路
控制保護(hù)電路主要完成3個(gè)功能：①控制充電系統(tǒng)按照當(dāng)前的設(shè)定的輸出電壓電流值產(chǎn)生占空比可變的PWM波， 對開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)功率變換；②當(dāng)出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過溫等故障時(shí)， 控制充電電源的主回路停止工作， 從而將電源的損壞程度控制在最小范圍； ③ 在充放電過程中，對相應(yīng)的電壓、電流、溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)顯示。
2.3.1 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生
驅(qū)動(dòng)信號(hào)的產(chǎn)生過程如下： 將電阻分壓獲取的輸出電壓信號(hào)以及電流霍爾傳感器采集的輸出電流信號(hào)送至SG3525的誤差放大器的反相輸入端，由其產(chǎn)生兩路PWM 方波信號(hào)， 6N137對該方波信號(hào)光耦隔離， 并送至FAN7390 進(jìn)行功率放大和波形轉(zhuǎn)換，以驅(qū)動(dòng)半橋變換器。該部分的設(shè)計(jì)中主要涉及到以下關(guān)鍵技術(shù)：
①振蕩頻率及死區(qū)時(shí)間的設(shè)置。
參考SG3525 的有關(guān)設(shè)計(jì)資料， SG3525振蕩電路的輸出是頻率減半的互補(bǔ)方波信號(hào)， 該充電器的設(shè)計(jì)中，后級(jí)電路的變換頻率設(shè)計(jì)為50kH z， 故SG3525 正當(dāng)電路的工作頻率設(shè)置為100kH z.如下式：
死區(qū)時(shí)間的設(shè)定為：
當(dāng)設(shè)定電路振蕩頻率為50kH z， 死區(qū)時(shí)間為3？？3？？s時(shí)， 該部分元件參數(shù)的取值為：
②反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。
為滿足系統(tǒng)穩(wěn)定性和靜態(tài)誤差的要求， 該部分設(shè)計(jì)采用無靜差的PI調(diào)節(jié)器作為補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。由于充電器的負(fù)載是鉛酸蓄電池，蓄電池的電壓和內(nèi)阻在充電過程中會(huì)發(fā)生變化， 這樣我們反饋控制中PI調(diào)節(jié)器難度增大， 由理論推導(dǎo)的RC 參數(shù)值參考價(jià)值不大。對于這個(gè)PI調(diào)節(jié)器， 我們更注重從實(shí)驗(yàn)的角度出發(fā)， 反復(fù)嘗試得到一個(gè)比較適合的網(wǎng)絡(luò)。
經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證， 我們采用含有Ⅱ 型誤差放大器的正激變換器反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。為防止電壓和電流環(huán)同時(shí)起作用時(shí)的系統(tǒng)振蕩，我們在補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)中， 通過提高比例積分環(huán)節(jié)中積分環(huán)節(jié)的作用， 同時(shí)加大時(shí)間常數(shù)， 使得補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)在整個(gè)系統(tǒng)中占主導(dǎo)地位，從而使閉環(huán)系統(tǒng)更像一個(gè)一階慣性環(huán)節(jié)， 使系統(tǒng)能夠很好地穩(wěn)定下來， 抵抗各種擾動(dòng)引起的電壓和電流波動(dòng)。
③半橋驅(qū)動(dòng)自舉電路的設(shè)計(jì)。
由于半橋變換器上橋臂MOSFET的源極接下端開關(guān)管而處于懸浮狀態(tài)， 需要同步的自舉電路來抬升柵極驅(qū)動(dòng)電壓。在該設(shè)計(jì)中由R1、D1、C2 組成自舉電路， 對上橋臂高端柵極驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行供電。
自舉電容的選擇為：
式中： Qg 為MOSFET柵極提供的電荷。
自舉二極管D1 選擇時(shí)應(yīng)該遵循其擊穿電壓大于Uin、恢復(fù)時(shí)間足夠快的原則， 以減少自舉電容反饋給電源Vcc的電荷。
自舉電阻R1 的取值不能太大（一般為5 ~10 ） ， 否則會(huì)增加VBS時(shí)間常數(shù)。
2.3.2 保護(hù)電路的設(shè)計(jì)
保護(hù)電路具有過壓、欠壓、過流、過溫等保護(hù)功能， 在出現(xiàn)上述故障時(shí)， 控制系統(tǒng)首先對故障的緊急程度進(jìn)行判斷，當(dāng)出現(xiàn)過欠壓或者過溫警示信號(hào)時(shí)， 實(shí)行限制輸出功率保護(hù)方案； 在出現(xiàn)過流、短路等故障時(shí)， 控制主電路停止工作，保護(hù)充電電源免受損壞。要使系統(tǒng)正常工作， 需要重新開機(jī)。
2.3.3 單片機(jī)控制部分介紹
該系統(tǒng)的總體控制采用NEC 的F0881單片機(jī)作為充電器的“智能”中心， 對充電過程進(jìn)行控制。
由于采用智能充電， 鉛酸蓄電池每個(gè)階段所需的充電電壓和充電電流都不同， 則在充電時(shí)該單片機(jī)對電池端的電流電壓信號(hào)進(jìn)行采集，分析處理，模糊推理、模糊決策等，根據(jù)不同的狀態(tài)采用對應(yīng)的慢脈沖快速充電方法以及保證在各充電階段之間的穩(wěn)定切換。對出現(xiàn)的各種故障和報(bào)警信號(hào)進(jìn)行處理。該部分還包括對電流、電壓和溫度的采集以及顯示等。
3 試驗(yàn)結(jié)果及分析
在上述設(shè)計(jì)思路的指導(dǎo)下， 我們研制第一臺(tái)車載智能充電器的實(shí)物圖如圖5所示。
圖5 車載智能快速充電器實(shí)物圖
對其進(jìn)行測量， 其體積為347 212 125mm3，重量為7？？9kg.在- 10℃~ + 40℃的環(huán)境溫度中，整機(jī)效率> 86%， 并且在75℃機(jī)內(nèi)溫度會(huì)自動(dòng)保護(hù)。其工藝制作滿足體積小， 重量輕， 可靠性高，集成度高等要求。
評(píng)論