畢業設計-基于單片機控制的電動車快速充電器的設計(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ～ )U1 = (～ ) 220V = 264V (取 ) 半橋逆變電路 半橋逆變電路由兩個導電臂構成，每個導電臂由一個全控器件 和一個反并聯二極管組成。電路圖如圖 12 所示。直流側接有兩個相互串聯切足夠大的電容器 C1和 C2，滿足 C1=C2。 12 圖 12 半橋逆變器電路 在一個周期內，開關管 V V2的基極信號各有半周正偏、半周反偏，且互補。設在 t2時刻以前 V1導通， V2截止，則 U4=177。 1/2U3。 t2時刻 V1截止，同時給 V2發出導通信號，由于感性負載中的電流 i 不能立即改變方向，于是 D2導通續流。 U4=－ 1/2U3。 t3時刻 i0降至零， D2截止， V2 導通， i0開始反向增大。此時仍然有 U4=－ 1/2U3。 t4時刻 V2截止，同時給 V1發 出導通信號，由于感性負載中的電流 i0不能立即改變方向，于是 D1先導通續流。此時仍然有 U4=＋ 1/2U3。 t5時刻 i0降至零， V1導通。 U4=＋ 1/2U3。 由上分析可知，輸出電壓 U4 周期為 TS 矩形波，其幅值為 1/2U3。當 V1 或 V2 導通時，負載電流和電壓同方向，直流側向負載提供能量。而當 D1或 D2 導通時，負載電流和電壓反方向，負載中電感的能量向直流側反饋，即負載將起吸收的無功能量反饋回直流側，反饋的能量暫時存儲在直流側的電容中。該電容起緩沖這種無功能量的作用。半橋逆變電路輸出電壓波形如圖 13 所示。 圖 13 半橋逆變電路輸出電壓波形 13 開關變壓器的設計計算 開關變壓器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通變化可以 從－ BM 到＋BM，屬于對稱式工作變壓器。主變壓器施加電壓只有一半輸入電壓值 1/2U4(＋ 132V)。開關管的反向耐壓比較低。在兩功率管交替開關作用下，變換器原邊可產生幅值 280V的方波電壓。經變壓器整流濾波輸出，實現功率轉變。 a) 估算采用 EE55 鐵氧體磁芯的功率容量 EE55 的中心柱截面積為 Ae=，窗口面積為 AQ=，它的功率容量乘積為 Ap=Ae AQ= =。 當開關頻率選 50KHz 時： Ap= Ae AQ=(PT 106)/(2η fBMδ KMKG) ＝ (600 106) /(2 50 103 1500 2 1) = 5 可見，采用 EE55 磁芯時，其功率容量足夠大． 原邊繞組匝數： NP=(VINP/2) 108/(4fBmAe) =(280/2) 108/4 50 103 1500 = 故 NP取整數 14 匝。 b) 充電器的容量計算 當充電器為 36V,12A 時蓄電池的充電最大容量為： 36V 12A＝ 432W 故變壓器鐵芯的容量計算可按照 500W 容量計算。 c) 原邊與副邊繞組匝數比的計算 開關變壓器的原邊與副邊繞組的匝數比為： VOPIN MI N0. 5V=NsNp 其中： VIN MIN指電網最低輸入直流電壓值， VIN MIN＝ 220V VOP 指整流濾波輸出電壓的脈沖幅度。 VOP 要考慮三個因素之和，即：V0=40V+40 10%=44V，二極管壓降： VD=, 濾波電感直流壓降為VL=。設整流器輸出占空比為 ，則有： VOP=(44++)/=50V 因此原副邊繞組匝數比為： (取 3匝 )=50V0. 5 22 0V=NsNp 14 副邊繞組匝數為： Ns=Np/3=14/3= (取 5匝 ) 經過實驗證明，當開關變壓器原邊繞組為 20 匝，副邊繞組匝數為 8 匝時，半橋變壓器的開關脈沖電壓波形有所改善。 變頻整流電路 變頻整流電路由兩個整流二極管和一個 LC 濾波電路組成，使半橋逆變器輸出的脈沖電壓成為一個比較穩定的直流 電壓。整流前后電壓波形如下圖 14所示。 圖 14 整流前后的波形 控制電路的設計 傳感檢測電路 a) 溫度檢測電路 溫度檢測所使用的傳感器非常多，熱敏電阻是其中一種用半導體材料制成的敏感元件，起主要特點是靈敏度高、體積小、功耗低而且價格低廉。 用熱敏電阻構成的溫度檢測電路較為簡單，使用電阻分壓電路，將溫度變化引起的電阻變化轉為電壓信號，可以直接傳送給單片機處理。下表為負溫度系數的熱敏電阻的分度表。 表 1熱敏電阻分度表 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 溫度 /℃ 電阻 /kΩ 30 40 50 31 41 51 32 42 52 33 43 53 34 44 54 35 45 55 36 46 56 37 47 57 38 48 58 39 49 59 15 溫度檢測電路如圖 15 所示。它是有溫度傳感器和單穩態觸發器兩部分組成，單穩態觸發器有 NE555 時基集成電路構成。熱敏電阻 RT 用作溫度傳感器。 當蓄電池溫度較低時，熱敏電阻 RT 表現電阻值較大，調節電位器 Rp 可以使時基集成塊觸發端 2 腳的電平低于 1/3 電源電壓（指集成塊 IC 的供電電壓 VDD），單穩態電路觸發翻轉進入穩態，電路置位，輸出端 3 腳輸出高電平，使三極管觸發導通向單片機輸入低電平。相反，當蓄電池溫度較高時，則向單片機輸入高電平。 本電路可以通過調節可調電阻器 Rp 的阻值，使電路在溫度為 45℃的時候發生動作，實現 溫度檢測的目的。 圖 15 溫度檢測電路 b) 電壓檢測電路 電壓檢測電路的設計主要考慮的問題是 :在正常充電的過程中，電池端電壓 Ubat的變化范圍是 0V到 15V， 要使單片機檢測 Ubat 的變化映射到 0V到 5V的范圍內，在測量中，需要用低壓器件去測量高壓、強電流模擬量，如果模擬量與數字量之間沒有電氣隔離，那么，高電壓、強電流很容易串入低壓器件，并將其燒毀。 本設計采用精密電阻進行比例衰減，把輸入電壓量程范圍轉化為 AD 轉換器的量程范圍，然后經 RC 濾波，再送給 AD 轉換器測量。線性光藕可以較好的實現輸入側和輸出側之 間的隔離，且輸出側跟隨輸入變化，線性度達 %。電壓采樣電路的工作原理如圖 16 所示： 16 圖 16 電壓檢測電路 輸入電壓： 1 0 0in batV V V U??? ? ? （ ） 經分壓衰減變成 109 10i batRVURR? ? （ ） 忽略運放的電流，根據虛地原理，有 34iV V V?? 所以第一路光藕的輸出 345 12 12VVI RR?? （ ） 由于光藕 4AU 和 4BU 的原邊電流相同，且 2 個光藕制造工藝相同，所以可近似地認為它們的電流放大倍數是相同的。即兩路光藕的輸入輸出電流之比 4645 IIII ? （ ） 因為 A/D 的輸入阻抗很高，所以 ? ?2 1 0426 6 2 5 2 21 2 1 2 1 2 9 1 0i b a tR W RV R WV I R W I R W R W V UR R R R R? ? ? ? ? ? （ ） 把 2RW 、 12R 、 10R 、 9R 的阻值代入得 ? ?26 0 05 6 .1RWV V V???? （ ） 調節 2RW ，使得采樣電路輸出的電壓為 17 /3 13VOL TAGE AIN batVU? （ ） 即把輸入電壓從 015V衰減到 05V。 c)電壓檢測 A/D 轉換電路設計 這里選用 TI 公司生產的 TLC1549 串行 A/D 轉換器芯片，它是一種開關電容結構的逐次比較型 10 位 A/D 轉換器。片內自動產生轉換時鐘脈沖，轉換時間≤ 21μ s；最大總不可調轉換誤差為177。 1LSB；單電源供電 (+5V)，最大工作電流僅為 ；轉換結果以串行方式輸出；工作溫度為－ 55～ +125℃。電壓檢測 A/D 轉換電路如圖 17所示。 圖 17 電壓檢測 A/D轉換電路 單片機電路 單片機電路設計如圖 18 所示，由于 89C51 單片機的 P0 口作為輸入口時要接上上拉電阻，所以我選用 P1 口作為輸入輸出口。溫度傳感器所檢測的電壓信號通過單片機的 口輸入，電壓信號由 口輸入。輸出口由單片機的 ～ 提供。具體分布情況見下表。 表 2 地址分配 地址 用途 溫度檢測 充電指示 充滿指示 電源指示 Q1輸出 Q2輸出 電壓檢測 18 圖 18 單片機電路圖 整體電路設計 電動自行車快速充電器的整體電路主 要分為三大部分電路組成：主電路、控制電路和檢測電路。 主電路由全橋式整流電路和半橋逆變電路組成，電網電壓先經過熱敏電阻的保護環節后，由 EMI 濾波器去共模信號，再經電容濾波，送至全橋整流電路。半橋逆變電路后經開關變壓器變壓，在經過半橋濾波整流電路成為比較穩定的電壓值。供給電池充電。 控制電路由一個單片機 AT89C51 來實現，單片機通過檢測來的電壓信號值作出相應的動作：輸出不同寬度的脈沖電壓和作出不同指示。 檢測電路有溫度檢測電路和電壓檢測電路。溫度用溫度傳感器實現，電壓檢測由分壓電阻實現。 單片機主電路如圖 19所示： 19 圖 19 單片機主電路圖 第五章 系統軟件程序設計 溫度檢測中斷程序 WD: CLR EA MOV P1,00H SETB EA RET 電壓檢測子程序 DYJC1: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R5 CLR C SUBB A,@R2 JNC L4 SETB 00H 20 L4: RET DYJC2: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R6 CLR C SUBB A,@R2 JNC L5 SETB 01H L5: RET DYJC3: MOV P2,00H LCALL ADC MOV A,R7 CLR C SUBB A,@R2 JNC L6 SETB 03H L6: RET ADC: CLR MOV R0,2 LCALL RDTATA MOV R1,A MOV R0,8 LCALL RDATA MOV R2,A SETB CLR RET RDATA: CLR MOV C, RLC A SETB DJNZ R0,RDATA RET 21 充電脈沖控制子程序 KCD: MOV TMOD,06H MOV TL1,9CH MOV IE,82H SETB TR1 SETB CLR WAIT1: SJMP WAIT1 CLR TR1 CPL CPL RET FCD: MOV TMOD,60H MOV TL1,34H MOV IE,88H SETB TR1 SETB