一种电动自行车快速脉冲式充电方法

一种电动自行车快速脉冲式充电方法

1dm脉冲充电增加了充电慢自我车辆结实、灵活、环保、节能等特点。电动自行车使用传统的铅酸蓄电池成本低、容量大,但是不耐用,需充电频繁,而且一次充电饱和,一般可以行驶三十公里左右(因电池容量的不同差异较大),不便于远距离行驶。而且充电时间长,充电完毕需费时数小时时间[1~5]。本文针对电动自行车充电器充电慢问题,采用PWM正负脉冲充电方式充电,可以在较短时间内完成快速充电,解决使用电动自行车远距离行驶的困扰。采用PWM正负脉冲充电方式对电池充电可以延长电池的使用寿命,缩短电池充电时间。2脉冲产生电路PWM正负脉冲充电方式是用脉冲电流对电池充电,之后让电池放电,如此反复循环。在本设计中采用NE555多谐振荡器作为脉冲产生电路,经过十进制计数器CC4017转换为正负脉冲对电池进行充放电,放电脉冲的电流值很大,宽度很窄,通常放电脉冲幅值为充电脉冲的3倍左右。放电脉冲的幅值与电池容量有关,但是与充电电流幅值的比值保持不变,脉冲充电时,充电电流波形如图1所示。3快速脉冲充电结构的设计3.1滤波、压缩电路图2所示是脉冲充电器电路结构,主要包括:电路滤波、一次整流滤波、PWM变换器、二次整流滤波、脉冲电路、充放电电路和反馈控制。与普通理论电源电路相比,该电路采用脉冲产生电路与充放电电路部分相组合结构。3.2电池放电电路总体电路设计图如图3所示。各元件标参数值如表1所示。如图3所示,由NE555时基电路组成的多谐振荡器的脚3输出的脉冲方波送到十进制计数器CC4017的脚14,CC4017的十个输出端将轮流输出高电平。当脚1至脚5输出高电平时,Q1导通,然后Q3导通,直流电压通过Q3与R5对电池进行大电流充电。当脚6与脚7输出高电平时,Q1与Q3因没有驱动电平而截止。在此期间通过电压比较电路,测量电池两端的电压,判断电池是否充满。当脚8、9输出高电平时使Q2导通,电池通过电阻R6进行放电。当脚10与脚11输出高电平时,Q2截止。如此反复循环。以正负脉冲的形式给电池进行充放电,脉冲充电方式不仅可以防止蓄电池充电时的极化现象,而且还可以大大加快蓄电池的充电速率。3.3n转变器nb由NE555多谐振荡器和CC4017十进制计数器组成的PWM正负脉冲产生电路如图4所示。由NE555多谐振荡器产生的矩形脉冲作为CC4017十进制计数器提供时钟输入脉冲,通过调节R8的阻值大小可以改变脉冲宽度。CC4017的十个输出引脚轮流输出高电平,将其引脚顺次任意连接起来,便可形成脉冲宽度可调的正负脉冲。3.4核心组件3.4.1脉冲发生电路555定时器是一种多用途的数字—模拟混合集成电路,它含有2个电压比较器,一个RS触发器,一个放电开关T,比较器的参考电压由3只5KW电阻器构成的分压器提供。分别利用555组成的多谐振器来实现脉冲发生电路。电路及输出波形见图5。图5(左)由555定时器和外接元件R1、R2、C构成,将555的2端与6端连接在一起成施密特触发器,然后再3端经RC积分部分回输入端便构成多谐振荡器。在此设计中利用电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端放电,使电路产生震荡。电容C在1/3VCC和2/3VCC之间进行充电和放电,产生脉冲波形,其输出波形如图5(右)所示。通过改变R和C的参数即可改变振荡频率,此时输出V0为矩形波。3.4.2低电平时计数动态CC4017是一片5位计数器,具有10个译码输出端及CP\CR和INH3个输入端,时钟输出端CP的施密特触发器对输入时钟脉冲的上升和下降时间无限制,但具有脉冲整形功能。禁止端INH为低电平时,计数器在时钟上升沿计数,反之,计数功能无效;清零端CR为高电平时,计数器清零。Johnson计数器提供了高速运行,2个输入译码选通和无毛刺译码输出。其中防锁选通保证了计数顺序的正确。一般译码输出为低电平,只有在对应时钟周期内才保持高电平,在每10个时钟输入周期输出CO信号完成一次进位,并用作多级计数器的下级脉冲时钟。CC4017的逻辑逻辑结构和引脚结构如图6、图7所示,CC4017的功能表如表2所示。图中各引脚的功能为CO:仅为脉冲输出端;CP:时钟输入端;CR:清零端;INH:禁止端;VDD:正电源;VSS:地;Q0~Q9:计数脉冲输出端。3.4.3快速脉冲阅读器总诊断原理电压比较电路对输入信号进行检测与比较,是组成非正弦发生电路的基本单元电路,在测量和控制中应用相当广泛。电压比较电路的基本功能是能对2个输入电压的大小进行比较,判断出其中哪一个比较大,比较的结果用输出电压的高电平和低电平来表示。电压比较电路可以采用专用的集成比较器,也可以采用运算放大器组成。由集成运算放大器组成的比较器,其输出电平在最大输出电压的正极限值和负极限值之间摆动,当要和数字电路相连接时,必须增添附加电路,对其输出电压采取箝位措施,使其高低输出电平,满足数字电路逻辑电平要求。在本设计充电过程中,电压比较电路的被测输入电压为电池电压,即连接在电池的正端,也就是快速脉冲充电器总体电路的输出端(见图3)与电压比较器的被测输入端相连接。被测输入电压进入电压比较电路中,与基准电压进行比较,当输入电压值小于基准电压时,电池继续充电;当输入电压大于基准电压时,则停止充电,发光二极管熄灭。4多谐振荡电路输出脉冲仿真对上述电路结构进行仿真。结果分别如图9、10、11所示。图9为NE555多谐振荡器仿真输出波形,电源通过R1、R2向C充电,以及C通过R2向放电端放电,通过调节电阻R8来调节占空比,使电路产生震荡,图10是555定时器组成的多谐振荡电路输出脉冲仿真波形。CC4017接受555定时器的脉冲,将其转换为正负脉冲,引脚输出的信号轮流给蓄电池充电。图11为蓄电池充放电过程电压仿真波形,接受CC4017输出的PWM正负脉冲给蓄电池充电。5脉冲式快速阅读器铅酸蓄电池因其价格低廉、供电可靠、电压稳定等优点,被广泛应用于生产、生活多个领域。目前市场上铅酸蓄电池充电器电池的充电方式有很多种,但大多数不能解决充电