资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共27页)
编号：549171
类型：共享资源
大小：195.59KB
格式：ZIP
上传时间：2015-12-03
上传人：QQ28****1120
认证信息
个人认证
孙**（实名认证）
辽宁
IP属地：辽宁
6
积分
- 关 键 词：
-
毕业设计论文
- 资源描述：
-
电动自行车快速充电器的设计毕业设计说明书,毕业设计论文
- 内容简介：
-
四川师范大学 2007 届毕业生毕 业设计 (论文 ) i 电动自行车快速充电器的设计 摘 要 目前，电动自行车因其轻便无污染越来越受到消费者的青睐，我国特别是成都的自行车更是突飞猛进的发展。但是，行驶里程的长短是消费者衡量电动自行车质量的主要标准之一，而电池不耐用、充电时间长是行驶里程长短的决定性因素。 本文着重介绍了慢脉冲快速充电方法在电动 自行车 上的应用，同时介绍了慢脉冲快速充电方法的基本原理 ，利用 慢脉冲快速充电方法 提高充电速度。在充电过程中用单片机控制，实现过冲保护。 该系统具有自动化程度高、运行费用低、工作可靠等优点。 关键词： 电动车； 快速充电器 ； 89S51 单片机nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) i 目 录 第一章 引言 . 1 1.1 本课题的研究背景、发展及意义 . 1 1.2 本课题的基本内容 . 1 第二章 基本理论介绍 . 2 2.1 铅蓄电池充电理论基础 . 2 2.2 充电方法的研究 . 3 2.3 脉冲快速充电法的理论基础 . 7 2.4 充电方法设计 . 8 第三章 设计方案论证 . 9 3.1 控制方式 . 9 3.2 方案设计 . 9 第四章 硬件电路设计 . 10 4.1 充电器主电路设计 . 10 4.2 控制电路的设计 . 14 4.3 整体电路设计 . 17 第五章 软件设计 . 18 5.1 温度检测中断程序 . 18 5.2 电压检测子程序 . 19 5.3 充电脉冲控制子程序 . 20 5.4 单片机主程序 . 21 第六章 设计总结 . 23 第七章 致谢 . 24 第八章 参考文献 . 25 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 1 第一章 引言 1.1 本课题的研究背景、发展及意义 我国电动 自行车 经过二次起落，目前正进入第三个发展时期，据助力车专业委员会不完全统计， 1998 年为 5.4万辆， 1999年为 14万辆， 2000年为 29 万辆， 2001年电动 自行车 的实际产量已超过 58万辆，电动 自行车 已进入了快速成长期。在市场上有几百个品牌，上千个型号，应当是 “ 多姿多彩 ” ，然而，给人们的感觉却 “ 似曾相识 ” ，原创型的产品寥寥无几，产品无差异性，已过早地开始进入价格竞争。从电动自行车 总体性能来看，真正制约电动 自行车 发展，能否保证电动 自行车 可持续增长的关键，还是电动 自行车 电池 使用寿命的问题。影响 电池 使用寿命的因素很多，归纳起来，其主要因素是两个方面：首先是 电池 本 身的性能和质量，其次是 电池 的充电和管理。 电动车是目前世界上唯一能达到零排放的机动车，由于环保的要求，加之新材料和新技术的发展，电动车进入了发展高潮。电动车作为绿色交通工具，将在二十一世纪给人类社会带来巨大的变化。顺应当前国际科技发展的大趋势，将电动车作为中国进入二十一世纪汽车工业的切入点，不仅是实现中国汽车工业技术跨越式发展战略抉择，同时也上实现中国汽车产业可持续发展的重要选择。 时下，电动自行车以时尚便捷环保成为了很多人的 代步工具。然而，电动自行车电池不耐用，三天两头要充电，充电频繁成为电动车使用者头痛的问题。同时，电动自行车一次充电饱和，一般可以行驶三十公里以上（因电池容量的不同差异较大），当把电动自行车作为较远距离的交通工具的时候，就没有电返回，而要等到重新充电完毕则要花上好几个小时时间。 本次毕业设计就是针对解决电动自行车充电器充电慢的问题而选题的，旨在开发一个根据电池饱和的程度智能改变充电模式，并可以在较短时间（四小时）之内可以将电池充好的电动自行车快速充电器（电池规格 36V、 12A），以解决使用电动自行车远距离骑游 的困扰。 1.2 本课题的基本内容 电动自行车快速充电器的设计所涉及的基本内容大概有： 第一，有关电动自行车铅蓄电池的电化学原理和充放电原理。 第二，关于充电器对铅蓄电池充电的原理及其电路设计。 第三，涓电流对电池充电的原理及其特点。 第四，充电器对充电过程的检测及其自动转换。 第五，充电器在充电过程中对电池的保护功能。 第六，电路设计及其元件的选择调试等。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 2 第二章 基本理论介绍 2.1 铅蓄电池充电理论基础 上世纪 60 年代中期，美国科学家马斯对开口蓄电池的充电过程作了大量的试验研究，并提出了以最低出气率为 前提的，蓄电池可接受的充电曲线，如图 1所示。实验表明，如果充电电流按这条曲线变化，就可以大大缩短充电时间，并且对电池的容量和寿命也没有影响。原则上把这条曲线称为最佳充电曲线，从而奠定了快速充电方法的研究方向。 由图 1可以看出：初始充电电流很大，但是衰减很快。主要原因是充电过程中产生了极化现象。在密封式蓄电池充电过程中 ，内部产生氧气和氢气，当氧气不能被及时吸收时，便堆积在正极板 (正极板产生氧气 )，使电池内部压力加大，电池温度上升 ，同时缩小了正极板的面积，表现为内阻上升，出现所谓的极化现象。 蓄电池是可逆的。其放电及充电的化学反应式如下 OHP b S OSOHPbP b O 24422 222 （ 1） 很显然，充电过程和放电过程互为逆反应。可逆过程就是热力学的平衡过程，为保障电池能够始终维持在平衡状态之下充电，必须尽量使通过电池的电流小一些。理想条件是外加电压等于电池本身的电动 势。但是，实践表明，蓄电池充电时，外加电压必须增大到一定数值才行 , 这个数值又因为电极材料，溶液浓度等各种因素的差别而在不同程度上超过了蓄电池的平衡电动势值。在化学反应中，这种电动势超过热力学平衡值的现象，就是极化现象。 一般来说，产生极化现象有 3个方面的原因。 a） 欧姆极化 充电过程中，正负离子向两极迁移。在离子迁移过程中不可避免地受到一定的阻力，称为欧姆内阻。为了克服这个内阻，外加电压就必须额外施加一定的电压，以克服阻力推动离子迁移。该电压以热的方式转化给环境，出现所谓的欧姆极化。 随着充电电流急剧加大 ，欧姆极化将造成蓄电池在充电过程中的高温。 b） 浓度极化 电流流过蓄电池时，为维持正常的反应，最理想的情况是电极表nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 3 面反应物能及时得到补充，生成物能及时离去。实际上，生成物和反应物的扩散速度远远比不上化学反应速度，从而造成极板附近电解质溶液浓度发生变化。也就是说，从电极表面到中部溶液，电解液浓度分布不均匀。这种现象称为浓度极化。 c） 电化学极化 这种极化是由于电极上进行的电化学反应的速度，落后于电极上电子运动的速度造成的。例如：电池的负极放电前，电极表面带有负电荷，其附近溶液带有正电荷，两者处于平衡状态。放电 时，立即有电子释放给外电路。电极表面负电荷减少，而金属溶解的氧化反应进行缓慢 Me eMe ，不能及时补充电极表面电子的减少，电极表面带电状态发生变化。这种表面负电荷减少的状态促进金属中电子离开电极，金属离子 M 转入溶液，加速 Me eMe 反应进行。总有一个时刻，达到新的动态平衡。但与放电前相比，电极表面所带负电荷数目减少了，与此对应的电极电势变正。也就是电化学极化电压变高，从而严重阻碍了正常的充电电流。同理，电池正极放电时，电极表面所带正电荷数目减少，电极电势变负。 这 3种极化现象都是随着充电电流的增大而严 重。 2.2 充电方法的研究 2.2.1 常规充电法 常规充电制度是依据 1940年前国际公认的经验法则设计的。其中最著名的就是“ 安培小时规则 ” ：充电电流安培数，不应超过蓄电池待充电的安时数。实际上，常规充电的速度被蓄电池在充电过程中的温升和气体的产生所限制。这个现象对蓄电池充电所必须的最短时间具有重要意义。 一般来说，常规充电有以下 3种。 a) 恒流充电法 恒流充电法是用调整充电装置输出电压或改变与蓄电池串联电阻的方法，保持充电电流强度不变的充电方法，如图 2 所示。控制方法简单，但由于电池的可接受电流能力是 随着充电过程的进行而逐渐下降的，到充电后期，充电电流多用于电解水，产生气体，使出气过甚，因此，常选用阶段充电法。 b)阶段充电法 此方法包括二阶段充电法和三阶段充电法。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 4 二阶段法 ： 采用恒电流和恒电压相结合的快速充电方法，如图 3 所示。首先，以恒电流充电至预定的电压值，然后，改为恒电压完成剩余的充电。一般两阶段之间的转换电压就是第二阶段的恒电压。 三阶段充电法 ： 在充电开始和结束时采用恒电流充电，中间用恒电压充电。当电流衰减到预定值时，由第二阶段转换到第三阶段。这种方法可以将出气量减到最少，但作为一种快速充电方法使用，受到一定的限制 。 c)恒压充电法 这种充电方法电解水很少，避免了蓄电池过充。但在充电初期电流过大，对蓄电池寿命造 成很大影响，且容易使蓄电池极板弯曲，造成电池报废。 鉴于这种缺点，恒压充电很少使用，只有在充电电源电压低而电流大时采用。例如，汽车运行过程中，蓄电池就是以恒压充电法充电的。 2.2.2 快速充电技术 为了能够最大限度地加快蓄电池的化学反应速度，缩短蓄电池达到满充状态的时间，同时，保证蓄电池正负极板的极化现象尽量地少或轻，提高蓄电池使用效率。快速充电技术近年来得到了迅速发展。 下面介绍目前比较流行的几种快速充电方法。这些方法都是围绕着最佳充电曲线进行设计的，目的就是使其充电曲线尽可能地逼进最佳充电曲线。 a) 脉冲式充电法 这种充电法不仅遵循蓄电池固有的充电接受率，而且能够提高蓄电池充电接受率，从而打破了蓄电池指数充电接受曲线的限制，这也是蓄电池充电理论的新发展。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 5 脉冲充电方式首先是用脉冲电流对电池充电，然后让电池停充一段时间，如此循环，如图 5所示。充电脉冲使蓄电池充满电量，而间歇期使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。间歇脉冲使蓄电池有较充分的反应时间，减少了 析气量，提高了蓄电池的充电电流接受率 。 b) Reflex快速充电法 这种技术是美国的一项专利技术，它主要面对的充电对象是镍镉电池。由于它采用了新型的充电方法，解决了镍镉电池的记忆效应，因此，大大降低了蓄电池的快速充电的时间。铅酸蓄电池的充电方法和对充电状态的检测方法与镍镉电池有很大的不同，但它们之间可以相互借鉴。 如图 6所示， Reflex 充电法的一个工作周期包括正向充电脉冲，反向瞬间放电脉冲，停充维持 3个阶段。 c) 变电流间歇充电法 这种充电方法建立在恒流充电和脉冲充电的基础上，如图 7所示。其特点是将恒流充电段改为限压变电流间歇充电段。充电前期的各段采用变电流间歇充电的方法，保证加大充电电流，获得绝大部分充电量。充电后期采 用定电压充电段，获得过充电量，将电池恢复至完全充电态。通过间歇停充，使蓄电池经化学反应产生的氧气和氢气有时间重新化合而被吸收掉，使浓差极化和欧姆极化自然而然地得到消除，从而减nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 6 轻了蓄电池的内压，使下一轮的恒流充电能够更加顺利地进行，使蓄电池可以吸收更多的电量。 d) 变电压间歇充电法 在变电流间歇充电法的基础上又有人提 出了变电压间歇充电法，如图 8所示。与变电流间歇充电方法不同之处在于第一阶段的不是间歇恒流，而是间歇恒压。 比较图 7和图 8，可以看出：图 8更加符合最佳充电的充电曲线。在每个恒电压充电阶段，由于是恒压充电，充电电流自然按照指数规律下降，符合电池电流可接受率随着充电的进行逐渐下降的特点。 e) 变电压变电流波浪式间歇正负 零脉冲快速充电法 综合脉冲充电法、 Reflex快速充电法、变电流间歇充电法及变电压间歇充电法的优点，变电压变电流波浪式正负零脉冲间歇快速充电法得到发展应用。脉冲充电法充电电路的控制一般有两种： 脉冲电流的幅值可变，而 PWM(驱动充放电开关管 )信号的频率是固定的； 脉冲电流幅值固定不变， PWM信号的频率可调。 采用了一种不同于这两者的控制模式，脉冲电流幅值和 PWM信号的频率均固定，PWM占空比可调，在此基础上加入间歇停充阶段，能够在较短的时间内充进更多的电量，提高蓄电池的充电接受能力。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 7 2.3 脉冲快 速充电法的理论基础 理论和实践证明，蓄电池的充放电是一个复杂的电化学过程。一般地说 ,充电电流在充电过程中随时间呈指数规律下降 ,不可能自动按恒流或恒压充电。充电过程中影响充电的因素很多 ,诸如电解液的浓度、极板活性物的浓度、环境温度等的不同 ,都会使充电产生很大的差异。随着放电状态、使用和保存期的不同 ,即使是相同型号、相同容量的同类蓄电池的充电也大不一样。 1972年，美国科学家马斯在第二届世界电动汽车年会上提出了著名的马斯三定律，即 a）对于任何给定的放电电流，蓄电池充电时的电流接受比 a与电池放出的容量的平方根 成反比，即 CKA 1 (1) 式中： K1为放电电流常数，视放电电流的大小而定； C为蓄电池放出的容量。 由于蓄电池的初始接受电流 Io=AC，所以 I0=AC=K1(根号 C) （ 2） b）对于任何给定的放电量，蓄电池充电电流接受比 a与放电电流 Id的对数成正比，即 a=K2logkId （ 3） 式中： K2为放电量常数，视放电量的多少而定； k为计算常数。 c）蓄电池在以不同的放电率放电后，其最终的允许充电电流 It（接受能力）是各个放电率下的允许充 电电流的总和，即： It=I1 I2 I3 I4 . （ 4） 式中： I1、 I2、 I3、 I4.为各个放电率下的允许充电电流。 综合马斯三定律 ,可以推出，蓄电池的总电流接受比可表示为 =It/Ct （ 5） 式中： Ct=C1 C2 C3 C4 .为各次放电量的总和，即蓄电池放出的全部电量。 马斯三定律说明，在充电过程中，当充电电流接近蓄电池固有的微量析气充电曲线时，适时地对电池进行反向大电流瞬间放电，以消除电池的极化现象，可以提高蓄电池的充电接受能力，如图 1 所示。也就是说通过反向大电流放 电，可以使蓄电池的可接受电流曲线不断右移，同时其陡度不断增大，即 值增大，从而大大提高充电速度，缩短充电时间。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 8 2.4 充电方法设计 基于上述理论，并考虑到铅酸蓄电池自身的一些特性，本文介绍的快速充电装置所采用的充电方法将整个充电过程分为了预充电、脉冲快速充电、补足充电、浮充电4 个阶段，如图 9 所示。根据蓄电池充电前的残余电量，进入不同的充电阶段。 IUOU4U2U1I0I1U3图 9 分 级 定 电 流 脉 冲 快 速 充 电 法 原 理 图t2.4.1 预充电 对长期不用的电池、新电池或在充电初期已处于深度放电状态的蓄电池充电时，一开始就 采用快速充电会影响电池的寿命。为了避免这一问题要先对蓄电池实行稳定小电流充电，使电池电压上升，当电池电压上升到能接受大电流充电的阈值时再进行大电流快速充电。 2.4.2 脉冲快速充电 在快速充电过程中，采用分级定电流脉冲快速充电法，将充电电流分成三级，如图 10 所示。开始充电时采用大电流，随着电池容量的增加，电压逐渐升高，电流等级开始降低，使充电电流的脉冲幅度和宽度随蓄电池端电压的升高而分级减小。采用这种方法可以消除充电接近充满时易出现的振荡现象及过充电问题。 三级二级一级iO t图 1 0 分 级 定 电 流 脉 冲 快 速 充 电 法 原 理 图在脉冲快速充电过程中，电池电压上升较快，当电压上升至补足充电电压阈值时，转入补足充电阶段。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 9 2.4.3 补足充电 快速充电终止后，电池并不一定充足电，为了保证电池充入 100的电量，对电池还要进行补足充电。此阶段充电采用恒压充电，可使电池容量快速恢复。此时充电电流逐渐减小，当电流下降至某一阈值时，转入浮充阶段。 2.4.4 浮充电 此阶段主要用来补充蓄电池自放电所消耗的能量，只要电池接在充电器上并且充电器接通电源，充电器就会给电池不断补充电荷，这样可使电池总处于充足电状态。此时也标志着充电过 程已结束。 第三章 设计方案论证 3.1 控制方式 3.1.1 单片机的控制方式 根据铅蓄电池脉冲魁岸素充电理论，可利用单片机的输出脉冲控制半桥式变换器的两个开关管 V1、 V2的通断。单片机通过各种检测电路在充电过程中对铅蓄电池进行检测并做出相应的控制处理。 铅蓄电池的充电温度可以通过温度传感器测量，将测出的电压量送至单片机的输入口，充电电压有两个分压电阻检测。单片机通过检测的蓄电池的充电温度、充电电流、充电电压等，再经软件处理计算后控制主电路处于不同的充电状态：预充电、脉冲快速充电、补足充电和浮充电。 总体 控制方案如 11 图所示。 单片机输 出 脉 冲 Q 1电压检测温度检测输 出 脉 冲 Q 2驱动驱动驱动充满指示充电指示电源指示图 11 单片机总体控制方案 3.1.2 脉冲调制控制器 SG2535 的控制方式 通过对电压、温度的检测控制脉冲调制控制器 SG2535 的输出脉冲宽度，以实现不同阶段的充电、暂停和终止充电。本方案由脉冲调制控制器 SG2535 输出的脉冲控制开关管 V1、 V2 的栅极，以达到控制充电状态的目的。 3.2 方案设计 基于铅蓄电池的充电理论，充电器主电路采用半桥变换器高频开关稳压电源。而控制电路通过单片机控制。电网点先经过各种保护环节，在通过 EMI 滤波器除去共nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 10 模信号。桥式整流后，通过两电容分压，分压后与两开关管 V1、 V2 相联。组成半桥式功率变换器，将正弦交流电压变换成约高于充电电压的脉冲电压。在经过半桥滤波和 LC 滤波电路使电压达到一较稳定值。 控制电路由单片机 AT89S51 组成，电源由电网交流电经过变压器变压、全桥整流、稳压管稳压后提供。单片机通过检测温度传感器的电压信号，以软件的方式控制输出脉冲，从而控制开关管的通断。另外，通过检测充电电压和电流值，控制单片机输出脉冲宽度，以进入不同的充电阶段。 第四章 硬件电路设计 4.1 充电器主电路设计 4.1.1 整流电路设计 a) 桥式整流 由于单相半波整流只利用了电源电压的半个周期，同时整流电压的脉动较大。为了克服这些缺点，这里采用全波整流电路 单相桥式整流电路。单相桥式整流电路由 4 个整流二极管接成电桥的形式构成，如图 12 所示。 V D 1V D 4V D 3 V D 2+-UdU2图 12 桥式整流电路 由电路图可知，无论电压 U2 是在正半周还是负半周，负载上都有相同方式的电流流过。因此，在负载得到的是单相脉动电压和电流。忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形图如下。 432 O wtUd图 13 桥式整流电路的输出波形 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 11 单相半波整流电压的平均值为： 29.0222)(s in210UUttdU d 二极管截止时承受的最高反向电压为 U 的最大值，即 UDRM =U2M =1.414U =1.414 220V =308V 因此，所选用的整流二极管的最高工作电压为 1000V。 b) 电容滤波电路 电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧与负载并联电容器，利用电容的端电压在电路状态改变时不能突变的原理，使输出电压趋于 平滑。电容滤波电路如下所示。 CU3U2-+图 14 电容滤波电路 本电路的输出电压在负载变化时波动大，说明它的带负载能力差，只适合于负载较轻且变化不大的场合。电路简单，输出电压高，只是输出电压不稳定。 电容滤波是的输出电压平均值为： 全波： U3 = (1.2 1.4)U1 = (1.2 1.4) 220V = 264V (取 1.2) 4.1.2 半桥逆变电路 半桥逆变电路由两个导 电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一个反并联二极管组成。电路图如下所示。直流侧接有两个相互串联切足够大的电容器 C1 和 C2，满足 C1=C2。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 12 -+D1D2V2V1LRC2C1U2图 15 半桥逆变器电路 在一个周期内，开关管 V1、 V2 的基极信号各有半周正偏、半周反偏，且互补。设在 t2 时刻以前 V1 导通， V2 截止，则 U4= 1/2U3。 t2 时刻 V1 截止，同时给 V2 发出导通信号，由于感性负载中的电流 i 不能立即改变方向，于是 D2 导通续流。 U4= 1/2U3。 t3 时刻 i0 降至零， D2 截 止， V2 导通， i0 开始反向增大。此时仍然有 U4= 1/2U3。 t4 时刻 V2 截止，同时给 V1 发出导通信号，由于感性负载中的电流 i0 不能立即改变方向，于是 D1 先导通续流。此时仍然有 U4= 1/2U3。 t5 时刻 i0 降至零， V1导通。 U4= 1/2U3。 由上分析可知，输出电压 U4周期为 TS矩形波，其幅值为 1/2U3。当 V1或 V2导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量。而当 D1或 D2 导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，即负载将起吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈的能量暂时存储 在直流侧的电容中。该电容起缓冲这种无功能量的作用。半桥逆变电路输出电压波形如图所示。 V 1 导 通V 2 导 通U 4图 16 半桥逆变电路输出电压波形 4.1.3 开关变压器的设计计算 开关变压器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通变化可以 从 BM 到BM，属于对称式工作变压器。主变压器施加电压只有一半输入电压值 1/2U4( 132V)。开关管的反向耐压比较低。在两功率管交替开关作用下，变换器原边可 产生幅值280V 的方波电压。经变压器整流滤波输出，实 现功率转变。 a) 估算采用 EE55 铁氧体磁芯的功率容量 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 13 EE55 的中心柱截面积为 Ae=3.515cm2，窗口面积为 AQ=3.9cm2，它的功率容量乘积为 Ap=Ae AQ=3.515 3.9=13.76。 当开关频率选 50KHz 时： Ap= Ae AQ=(PT 106)/(2 fBM KMKG) (600 106) /(2 0.8 50 103 1500 2 0.5 1) = 513.76 可见，采用 EE55 磁芯时，其功率容量足够大 原边绕组匝数： NP=(VIN-P/2) 108/(4fBmAe) =(280/2) 108/4 50 103 1500 3.515 =13.33 故 NP取整数 14 匝。 b) 充电器的容量计算 当充电器为 36V,12A 时蓄电池的充电最大容量为： 36V 12A 432W 故变压器铁芯的容量计算可按照 500W容量计算。 c) 原边与副边绕组匝数比的计算 开关变压器的原边与副边绕组的匝数比为： V OPI N M I N0 . 5 V=NsNp其中： VIN MIN指电网最低输入直流电压值， VIN MIN 220V VOP 指整流滤波输出电压的脉冲幅度。 VOP 要考虑三个因素之和，即：V0=40V+40 10%=44V，二极管压降： VD=1.2V, 滤波电感直流压降为VL=0.2V。设整流器输出占空比为 0.9，则有： VOP=(44+1.2+0.2)/0.9=50V 因此原副边绕组匝数比为： ( 取 3 匝 )2.2=50V0 . 5 2 2 0 V=NsNp副边绕组匝数为： Ns=Np/3=14/3=4.6 (取 5匝 ) 经过实验证明，当开关变压器原边绕组为 20 匝，副边绕组匝数为 8 匝时，半桥变压器的 开关脉冲电压波形有所改善。 4.1.4 变频整流电路 变频整流电路由两个整流二极管和一个 LC 滤波电路组成，使半桥逆变器输出的脉冲电压成为一个比较稳定的直流电压。整流前后电压波形如下图所示。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 14 U7U6U5图 1 7 整 流 前 后 的 波 形4.2 控制电路的设计 4.2.1传感检测电路 a) 温度检测电路 温度检测所使用的传感器非常多，热敏电阻是其中一种用半导体材料制成的敏感元件，起主要特点是灵敏度高、体积小、功耗低而且价格低廉。 用热敏电阻构成的温度检测电路较为简单，使用电阻分压电路，将温 度变化引起的电阻变化转为电压信号，可以直接传送给单片机处理。下表为负温度系数的热敏电阻的分度表。 表 1 热敏电阻分度表 温度 / 电阻 /k 温度 / 电阻 /k 温度 / 电阻 /k 30 16.12 40 10.65 50 7.18 31 15.45 41 10.23 51 6.91 32 14.81 42 9.88 52 6.65 33 14.20 43 9.44 53 6.41 34 13.61 44 9.07 54 6.17 35 13.06 45 8.72 55 5.94 36 12.53 46 8.38 56 5.72 37 12.03 47 8.06 57 5.52 38 11.54 48 7.76 58 5.32 39 11.09 49 7.47 59 5.13 温度检测电路如下所示。它是有温度传感器和单稳态触发器两部分组成，单稳态触发器有 NE555时基集成电路构成。热敏电阻 RT用作温度传感器。 当蓄电池温度较低时，热敏电阻 RT表现电阻值较大，调节电位器 Rp可以使时基集成块触发端 2脚的电平低于 1/3电源电压（指集成块 IC的供电电压 VDD），单稳态电nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 15 路触发翻转进入稳态， 电路置位，输出端 3脚输出高电平，使三极管触发导通向单片机输入低电平。相反，当蓄电池温度较高时，则向单片机输入高电平。 本电路可以通过调节可调电阻器 Rp的阻值，使电路在温度为 45的时候发生动作，实现温度检测的目的。 图 1 8 温 度 检 测 电 路VTR3CR2R1RTRp单片机N E 5 5 5+-+5V4 836721b) 电压检测电路 蓄电池的充电电压由一分压电阻检测得，经过单片机的计算，可判断出充电电压值，电阻分压电路如下图所示。 图 19 电压检测电路 由电路土可知，电阻 R1、 R2分压出来的电 压模拟量值为： 021 2 URRRU 为了便于关系式的计算，可以取 R1=90k， R2=10k。则根据上面的关系式可以知道分压电压值为： 故，分压前后电压的相互关系可由以下函数关系式曲线表示出来： 单片机 0 1 2 + - 001.0109010UUUnts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 16 04 0 V3 6 V3 . 6 V图 2 0 函 数 关 系O4 . 0 VUU图 20 函数关系 c)电压检测 A/D转换电路设计 这里选用 TI 公司生产的 TLC1549 串行 A/D 转换器芯片，它是一种开关电容结构的逐次比较型 10位 A/D转换器。片内自动产生转换时钟脉冲，转换时间 21 s；最大总不可调转换误差为 1LSB；单电源供电 (+5V)，最大工作电流仅为 2.5mA；转换结果以串行方式输出；工作温度为 55 +125。电压检测 A/D转换电路如下图所示。 -+0 5 V模拟量输入D A T A O U TCSI / O C L O C KP 3 . 0P 3 . 3P 3 . 1G N DR E FR E FV c c+ 5 V8 9 S 5 1图 21 电压检测 A/D转换电路 4.2.2 单片机电路 单片机电路设计如下图所示，由于 89C51 单片机的 P0 口作为输入口时要接上上拉电阻，所以我选用 P1 口作为输入输出口。温度传感器所检测的电压信号通过单片机的 P3.2 口输入，电压信号由 P3.1 口输入。输出口由单片机的 P1.1 P1.5 提供。具体分布情况见下表。 表 2 地址分配 地址 P3.2 P1.1 P1.2 P1.5 P1.3 P1.4 P3.1 用途 温度检测 充电指示 充满指示 电源指示 Q1输出 Q2输出 电压检测 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 17 + 5 VR10D16VT7P 1 . 5632G N DP 1 . 2P 1 . 120R9R8D15D14VT5VT6A T 8 9 S 5 1X2X1191854P 1 . 4P 1 . 3V c c40Q2Q1电压检测C 1 3C 1 2温度检测11P 3 . 1P 3 . 2图 22 单片机电路图 4.3 整体电路设计 电动自行车快速充电器的整体电路主要分为三大部分电路组成：主电路、控制电路和检测电路。 主电路由全桥式整流电路和半桥逆变电路组成，电网电压先经过热敏电阻的保护环节后，由 EMI滤波器去共模信号，再经电 容滤波，送至全桥整流电路。半桥逆变电路后经开关变压器变压，在经过半桥滤波整流电路成为比较稳定的电压值。供给电池充电。 控制电路由一个单片机 89S51来实现，单片机通过检测来的电压信号值作出相应的动作：输出不同宽度的脉冲电压和作出不同指示。 检测电路有温度检测电路和电压检测电路。温度用温度传感器实现，电压检测由分压电阻实现。 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 18 图 23 主电路图 第五章 软件设计 5.1 温度检测中断程序 WD: CLR EA MOV P1,#00H SETB EA RET 电网T H 2F1R12 2 0 V输入C1LaLbC2C3C4D 1 D 4C5C6Q1Q2V1V2D5D6T1D7 D8L1C73 6 VR2V3AT89S51D 9 D 1 2C8C9R4R3T2D 1 3 C 1 0VT4R7C11R6R5RTRpN E 5 5 54011VT64 867231VT5D14D15R8R920V c cP 3 . 2P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4G N D2345P 3 . 1电压检测1819C 1 3C 1 2X1X2R 1 0 R 1 16P 1 . 5VT7D16 R10Q1Q2+5VVccREFREFGNDP3.1P3.3P3.0I/O CLOCKCSDATA OUT模拟量输入0 5 V+-TLC1549nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 19 5.2 电压检测子程序 DYJC1: MOV P2,#00H LCALL ADC MOV A,R5 CLR C SUBB A,R2 JNC L4 SETB 00H 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 P3.0 MOV R0,#2 LCALL RDTATA MOV R1,A MOV R0,#8 LCALL RDATA MOV R2,A SETB P3.0 CLR P3.1 RET RDATA: CLR P3.1 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 20 MOV C,P3.2 RLC A SETB P3.1 DJNZ R0,RDATA RET 5.3 充电脉冲控制子程序 KCD: MOV TMOD,#06H MOV TL1,#9CH MOV IE,#82H SETB TR1 SETB P1.4 CLR P1.3 WAIT1: SJMP WAIT1 CLR TR1 CPL P1.3 CPL P1.4 RET FCD: MOV TMOD,#60H MOV TL1,#34H MOV IE,#88H SETB TR1 SETB P1.4 CLR P1.3 WAIT2: SJMP WAIT2 CLR TR1 CPL P1.3 CPL P1.4 RET nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 21 5.4 单片机主程序 5.4.1 程序流程图 图 24 软件流程图 结束 初始化 设置堆栈 温度检测？ 预充电阶段或脉冲快速充电阶段 充电指示 电压检测？ 补足充电或浮充电 电压检测？ Y Y 电源指示 电压检测？ 充满指示 关闭 nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设计 (论文 ) 22 5.4.2 单片机主程序 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP WD ORG 000BH AJMP WAIT1 ORG 001BH AJMP WAIT2 ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60H SETB EX0 SETB IT0 SETB EA CLR 00H CLR 01H CLR 02H MOV P1,#00H LCALL DYCJ1 JB 00H,L1 SETB P1.2 L1: LCALL KCD LCALL DYJC2 JB 01H,L1 L2: LCALL FCD LCALL DYJC3 JB 02H,L2 L3: SETB P1.3 MOV P1,#00H RET nts四川师范大学 2007 届毕业生毕业设
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号