脈沖快速充電系統(tǒng)設(shè)計方案實例分析

　1、開關(guān)電源電路的設(shè)計
　　系統(tǒng)中的開關(guān)電源電路為蓄電池的充電提供穩(wěn)定的電壓采用的是反激式的開關(guān)電源電路。反激式開關(guān)電源的電路比較簡單，比正激式開關(guān)電源少用了一個大的儲能濾波電感，以及一個續(xù)流二極管，因此，反激式開關(guān)電源的體積要比正激式開關(guān)電源的體積小，且成本也要低。此外，反激式開關(guān)電源輸出電壓受占空比的調(diào)制幅度，相對于正激式開關(guān)電源來要高很多，因此，反激式開關(guān)電源要求調(diào)控占空比的誤差信號幅度要比較低，誤差信號放大器的增益和動態(tài)范圍也要較小。基于這些優(yōu)點，反激式開關(guān)電源在目前家電領(lǐng)域中被廣泛的應用。如圖1所示。
　　
　　圖1開關(guān)電源電路
　　開關(guān)電源電路控制芯片采用UC3842，UC3842是目前比較理想的新型的脈寬調(diào)制器。由該集成電路構(gòu)成的開關(guān)穩(wěn)壓電源與電壓控制型脈寬調(diào)制開關(guān)穩(wěn)壓電源相比具有以下特點：1）微調(diào)的振蕩器放電電流，可精確控制占空比；2）電流模式工作到500kHz；3）自動前饋補償；4）鎖存脈寬調(diào)制，可逐周限流；5）內(nèi)部微調(diào)的參考電壓，帶欠壓鎖定；6）大電流圖騰柱輸出；7）欠壓鎖定，帶滯后；8）低啟動和工作電流。
　　TL431稱為可調(diào)式精密并聯(lián)穩(wěn)壓器，利用兩只外部電阻可設(shè)定2.5V~36V范圍內(nèi)的任何基準電壓值。其工作原理是當輸出電壓U 0發(fā)生波動時，經(jīng)電阻分壓后得到的取樣電壓就與TL431中的2.5V帶隙基準電壓進行比較，在陰極形成誤差電壓，使發(fā)光二極管的工作電流產(chǎn)生相應變化，再通過光耦去改變控制端電流Ic的大小，調(diào)節(jié)開關(guān)管的輸出占空比，使輸出電壓U0不變，從而達到穩(wěn)壓目的。
　　2充放電電路的設(shè)計
　　本設(shè)計中的充放電過程主要由兩片P溝道的場效應管IRF9540N來完成。如圖2所示。Q2管控制系統(tǒng)的充電過程，而放電脈沖主要Q3來進行控制。
　　
　　圖2充放電電路圖
　　3采集部分
　　在MSP430F149中有1個12位精度的AD轉(zhuǎn)換模塊ADC12.ADC12可以對8個外部模擬信號之一或4個內(nèi)部電壓之一作轉(zhuǎn)換，由ADC內(nèi)核把模擬信號轉(zhuǎn)換成12位數(shù)據(jù)并存入轉(zhuǎn)換存儲寄存器。內(nèi)核用到2個參考電平，即VR+和VR-作為轉(zhuǎn)換范圍的上下限和讀數(shù)的量程值和“0”值。轉(zhuǎn)換數(shù)值在輸入信號大于等于VR+時為滿量程，小于等于VR-時為“0”。蓄電池端電壓通過兩個電阻R2和R6分壓方式，將單片機采樣電壓值A(chǔ)D1限制在輸入電壓量程范圍內(nèi)。充電電流和放電電流都通過電阻轉(zhuǎn)化成相應的電壓值，送入單片機的AI口。三路AD采樣結(jié)果分別存儲在相應的ADC12MEMx寄存器中。
　　4驅(qū)動部分
　　根據(jù)三路AD采樣結(jié)果確定充電器的充電狀態(tài)后，由單片機輸出兩路占空比可調(diào)頻率為1kHz的PWM波形PWM1和PWM2分別用來控制兩只三極管2N5551的導通程度，三極管集電極電流會隨著不同，再經(jīng)電阻分壓后提供不同的電壓給場效應管的柵極，驅(qū)動MOSFET，輸出不停大小的漏極電流Id，給蓄電池提供大小不等的充電電流和放電脈沖幅值，最終達到脈沖充電的效果。
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