PWM恒流充电系统的设计

1、PWM恒流充电系统的设计        摘要：一种好的蓄电池充电方法是分级恒流充电。分析了PWM控制DC/DC变换的原理，给出了一种基于IGBT功率器件、单片机控制新型蓄电池恒流充电系统的设计方法，并对该系统进行了试验，给出了试验结果。  蓄电池正常充电时，比较好的充电方法是分级定流方式，即在充电初期用较大的电流，充到一定的时间后，改用较小的电流，至充电后期改用更小的电流。这种充电方法的效率高，所需充电时间较短，充电的效果也好，并且对延长电池的使用寿命有利。    针对这种要

2、求，本文设计了可改变电流大小的恒流充电系统。1 系统结构及设计系统结构如图1所示。交流市电经AC/DC整流得到直流电压Vbus，Vbus经IGBT DC/DC斩波后供给电池作为充电电压。根据恒流充电的要求，将电池的充电电流作为反馈信号实施闭环控制。给定充电电流I*与实际充电电流反馈信号I比较得误差e,经PID调节器调节后送PWM控制器产生PWM控制信号，再经隔离驱动控制功率开关管IGBT的开与导通，进行DC/DC降压斩波，实时改变充电电压的大小，从而实现恒流充电的功能。1.1 斩波及驱动设计直流DC/DC斩波电路采用Buck降压变换器的形式，如图2所示。电感L2之前为Buck变换器，Buck变

3、换器有电感电流连续工作模式和不连续工作模式。适当选取电感L1的大小，可使Buck变换器电感电流为连续状态。而连续状态下的电感电流为锯齿波，为了更好地平滑电流，在变换器后再接一平波电感L2。反馈控制系统的一个重要设计准则就是保证跟踪的快速性。由于L1及滤波电容都放大，因而时滞大，所以在此不用与电池（BAT）相串的L2电流作为反馈，而以L1的电流为反馈。IGBT为全控型晶体管，通过控制其栅极G端高低电平可控制其导通与关断。D为续流二极管。设IGBT开关周期为T，开通时间为Ton，判断时间为Toff，占空比为d，则有关系式：Ton+Toff=TUc=(Ton/T)VBusd=Ton/T开关周期固定，

4、通过控制占空比d可实现对Uc的控制。IGBT的驱动采用TLP250芯片。TLP250内部有光耦隔离。为了实现IGBT的快速关断，在使其关断时，需为G、E端提供一负偏压。TLP250的驱动电路如图3所示，稳压管Z+5伏，采用+20V电源供电。由于稳压管Z及电容C2的储能作用，当IGBT导通时，G、E之间产生+15伏的驱动电压；当IGBT关断时，G、E之间产生+5V的偏压。G、E两端PWM波形如图4所示。1.2 脉宽调制脉宽调制（PWM）控制器选用3525芯片。该芯片内部有一振荡器产生三角波信号，误差信号e=I*-I经PID调节器后送内部误差放大器，再与三角波进行比较产生PWM波形。同时，3525

5、还有闭锁控制引脚，可将过流、过压、短路等检测信号送至此引脚以封锁PWM输出，实施保护功能。通过调节片内振荡器外接电容、电阻的大小可以改变PWM的周期及死区。1.3 单片机控制80C196KC单片机外接D/A转换器，将单 牒同的数字电流给定信号转换成模拟信号。也可以利用单片机的高速输出部件HSO或脉冲宽度调制器输出PWM信号，PWM信号经平滑滤波后变为模拟信号。针对蓄电池的分级定流充电方式，利用80C196KC单片机进行监督控制，实时改变充电电流大小。80C196KC单片机内部有8路12位的A/D转换。选一路A/D口对电池电压进行检，当电池达到一定值后，转入定时小电流浮充。采和80C196KC单

6、片机的高速输入口（HSI）对保护信号检测，当出现过流、过压、短路等故障时，采取相应的动作，如切断市电输入及电池输入。2 试验结果及结论图5、图6、图7、图8为几种情况下的试验结果。试验中在BUS及BAT电压值为万用表读数，I值为蓄电池串接安培表读出的充电电流值，也等于充电电流给定值。而各图中的波形从存储波器获取，横坐标上面波形为电流霍尔采样的L2电流，横坐标下面波形为电流霍尔采样的L1电流（为便于与L1电流对比，取反相）。由试验结果得出，在03A充电电流给定下，取得了良好的实际充电电流，实现了对蓄电池的分级定流及涓流充电；Buck变换器后接电感L2有利于电流的平滑；当BUS电压在一定范围变化时，由于功率管占空比的调节，能保持充电电流的恒定。本恒流充电系统可对多节蓄电池进行串联恒流充电。dmin=0.2,dmax=0.8，设电网电