動力電池充電器設(shè)計 (單片機控制)【畢業(yè)設(shè)計】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　動力電池充電器設(shè)計 (單片機控制)</p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及自

2、動化 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘　要</b></p

3、><p>　　摘要：本文主要是設(shè)計一套完整的充電裝置，本裝置可以分為充電方法和充電電源兩部分。先是分析動力電池工作原理和充電特性，并研究了鉛酸蓄電池的快速充電的一些方法。接著，介紹了充電器的總體結(jié)構(gòu)，分析各部分的功能。在充電電源的設(shè)計上，采用了工頻充電器技術(shù)，此設(shè)計主要采用單片機來進行程序的編程作為整個控制電路。設(shè)計主要需要解決的問題有：51系列單片機的原理、設(shè)計和編程的方法，并如何使之運用到控制電路；可以做到定時充

4、電時間在10小時左右。在編程上用到了AD轉(zhuǎn)換也是要好好學習的問題。并且提高充電效率；電路的故障保護。整個設(shè)計的完成過程中，對這幾個問題進行解決并且經(jīng)過多次的實驗和不斷進行測試表明，本文設(shè)計的充電器基本達到了預期的要求。本文主要內(nèi)容主要分為3個部分：1.簡要介紹了動力電池，鉛酸電池，充電器和單片機。2.對充電原理和充電特性進行分析。3.設(shè)計電池充電器的總體結(jié)構(gòu)，詳細介紹了變壓器和整流電路的設(shè)計，以及控制電路和主電路的設(shè)計與介紹。</

5、p><p>　　關(guān)鍵詞：鉛酸電池；充電器；單片機；動力電池。</p><p>　　Power battery charger design (MCU control)</p><p>　　ABSTRACT: This paper is mainly designed a complete set of charging device, This device can b

6、e divided into charging methods and charging power. Analysis power battery working principle and charging characteristics and studied some of the method of lead-acid batteries fast charging also. This paper introduces th

7、e overall structure and analysis the function of each part. In the design of charging power supply, used industrial frequency charger technology, this design mainly adopts single to undert</p><p>　　KEYWORDS:

8、 Lead-acid battery ;charger ;MCU ;Power battery</p><p><b>　　目　錄</b></p><p><b>　　摘　要I</b></p><p><b>　　目　錄III</b></p><p><b>　　

9、1引言1</b></p><p>　　1.1 畢業(yè)設(shè)計的背景與意義1</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計（論文）所做的工作1</p><p><b>　　2 緒論3</b></p><p>　　2.1 常用動力電池介紹3</p><p>　　2.2 鉛酸電池介紹3<

10、/p><p>　　2.2.1鉛酸電池的概念和工作原理介紹3</p><p>　　2.2.2 鉛酸蓄電池充電特性的研究4</p><p>　　2.3 充電器介紹4</p><p>　　2.3.1 充電器介紹5</p><p>　　2.3.2 充電方法發(fā)展狀況5</p><p>　　2.4 單

11、片機介紹5</p><p>　　2.4.1 單片機概論5</p><p>　　2.4.2 單片機的特點5</p><p>　　2.4.3 單片機在本文中的運用6</p><p>　　3 鉛酸電池充電方法和原理研究7</p><p>　　3.1 傳統(tǒng)充電方法7</p><p>　　3.

12、2 使本實驗快速充電的方法研究8</p><p>　　3.3 充電的控制技術(shù)8</p><p>　　3.4 本實驗充電器充電方法9</p><p>　　4 充電器電路設(shè)計11</p><p>　　4.1 充電器的基本功能11</p><p>　　4.2 變壓器設(shè)計11</p><p>

13、;　　4.2.1 環(huán)形工頻變壓器介紹11</p><p>　　4.2.2 環(huán)形工頻變壓器設(shè)計11</p><p>　　4.3 整流電路設(shè)計12</p><p>　　4.4 充電器主回路16</p><p>　　4.5 充電器控制電路17</p><p>　　4.5.1 大體流程17</p>&

14、lt;p>　　4.5.2 控制程序結(jié)構(gòu)框圖18</p><p>　　4.5.3 核心程序介紹19</p><p>　　5 結(jié)論和展望23</p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p>　　致謝錯誤!未定義書簽。</p><p>　　附錄錯誤!未定義書簽。<

15、;/p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1 畢業(yè)設(shè)計的背景與意義</p><p>　　動力感應充電器在充電方法主要有恒流充電恒壓充電，恒壓限流，恒流限壓，階段充電等，這些方法控制簡單，實現(xiàn)容易，即使充電時間較長也仍然是市場上的主流充電方法，鉛酸蓄電池的應用已有100多年的歷史，廣泛應用于通信，交通等領(lǐng)域，是目前應用比較成

16、熟的一種蓄電池。它可靠性好，原材料易得，技術(shù)和制造工藝比較成熟，價格便宜，比功率也基本能滿足電動叉車的動力性要求。它的缺點是比能量較低，所占的質(zhì)量和體積較大，使用壽命較短。本文設(shè)計的動力電池充電器由微電腦控制，使充電效率高且精確無誤。確保了電池不發(fā)生過充損壞，適合用戶之需求。拿取起來比較方便方便，處理起來也是比較簡單。隨著計算機技術(shù)，電源技術(shù)，電子信息技術(shù)，智能監(jiān)測技術(shù)等的發(fā)展，充電產(chǎn)品的功能越來越強大，在整體上呈現(xiàn)一種能化的發(fā)展趨勢。

17、智能充電系統(tǒng)除具備基本的充電控制和顯示功能外，一般都有如下特點：能自動根據(jù)電池的狀態(tài)自動選擇最優(yōu)充電方法；有良好的故障保護措施和強大的數(shù)據(jù)處理能力；可以與其它設(shè)備通訊，形成通訊網(wǎng)絡(luò)，便于管理。</p><p>　　作為這個動力電池充電器的核心單片機是器件級計算機系統(tǒng)，它可以嵌入到任何對象體系中去，實現(xiàn)智能化控制。小到微型機械，如手表、助聽器。集成器件級的低價位，低到幾元、十幾元，足以使單片機普及到許多民用家電、電

18、子玩具中去。單片機構(gòu)成的現(xiàn)代電子系統(tǒng)已深入到各家各戶，正改變我們的生活，如家庭中的音響、電視機、洗衣機、微波爐、電話、防盜系統(tǒng)、空調(diào)機等。單片機革新了原有電子系統(tǒng)，如微波爐采用單片機控制后，可方便地進行時鐘設(shè)置、程序記憶、功率控制；空調(diào)機采用單片機后不但遙控參數(shù)設(shè)置方便，運行狀態(tài)自動變換，還可實現(xiàn)變頻控制。目前許多家用電器如VCD、DVD只有單片機出現(xiàn)后才可能實現(xiàn)其功能。</p><p>　　1.2 畢業(yè)設(shè)計（論

19、文）所做的工作</p><p>　　本人畢業(yè)設(shè)計的題目是動力電池充電器設(shè)計(單片機控制)，具體工作如下：在畢業(yè)設(shè)計的前期學習畢業(yè)設(shè)計所必需的硬件和軟件的使用以及課外知識的拓展。在硬件上學習鉛酸電池的充電的結(jié)構(gòu)原理和工作方式以及變壓器和整流的知識。在軟件上，學習和掌握了單片機的功能轉(zhuǎn)換。另外在實驗室進行單片機操作，編寫程序來進行模擬，在多次的試驗中基本明確自己的設(shè)計方向。在畢業(yè)設(shè)計的中期，我通過實踐進一步熟悉了設(shè)計

20、所需要的各種軟件和硬件的使用來了解各個結(jié)構(gòu)的功能，通過單片機的軟件，編寫簡單的程序進行進一步的了解系統(tǒng)基本動作的過程和作用。在畢業(yè)設(shè)計的后期，不停的做實驗來完成安裝測試和調(diào)試來完成實驗，在繪制電路圖，看系統(tǒng)能否實現(xiàn)設(shè)計所要求達到的基本功能。最后整理資料和設(shè)計筆記,撰寫說明書?；救蝿?wù)：</p><p>　　1，掌握鉛酸電池充電的基本結(jié)構(gòu)和工作原理；</p><p>　　2，學習掌握單片機的

21、使用；</p><p>　　3，研究單片機在電路中的應用；</p><p>　　4，學習和進行偉福6000軟件模擬器的使用；</p><p>　　5，掌握鉛酸電池充電的方法，設(shè)計充電器；</p><p>　　6，掌握單片機的A/D采集的方法，完成最后的實驗過程</p><p>　　7，進行安裝，測試最后完成電池感應充電

22、器的充電功能，完成控制電路；</p><p>　　8，運用整流電路和電壓轉(zhuǎn)換完成主電路的設(shè)計；</p><p>　　9，完成畢業(yè)設(shè)計說明書一份。</p><p><b>　　2 緒論</b></p><p>　　2.1 常用動力電池介紹</p><p>　　現(xiàn)在的動力電池有很多種，比較常用的主要集

23、中在鉛酸電池，鎳氫電池，鋰離子電池。由于鎳氫電池和鋰離子電池的初始成本比較高，在實驗室很難提供那么多的成本來使用這兩種電池，而鉛酸電池的技術(shù)比較成熟，可靠性也比較高，使用的原材料也比較容易得到，價格也比較便宜。有效的節(jié)約了成本，所以本文主要還是對鉛酸電池進行充電。</p><p>　　2.2 鉛酸電池介紹 </p><p>　　2.2.1鉛酸電池的概念和工作原

24、理介紹</p><p>　　鉛酸蓄電池誕生的比較早，歷史也算比較悠久?，F(xiàn)在廣泛應用于通信，交通等領(lǐng)域，是目前應用比較成熟的一種蓄電池[6]。它可靠性好，原材料比較容易得到，技術(shù)方面也比較成熟，價格便宜，可以比較大的節(jié)約成本[8]。</p><p>　　鉛酸蓄電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1所示：</p><p>　　圖2-1 鉛酸電池原理圖</p><p&

25、gt;　　它主要是金屬鉛作為負極，二氧化鉛作為正極，用鹽酸作為電解質(zhì)。其反應方程式如下：</p><p>　　正極反應方程式：PbO2 + 2e + SO4 2- + 4H+ == PbSO4 + 2H2O</p><p>　　負極反應方程式：Pb -2e + SO4 2- == PbSO4</p><p>　　總反應方程式：PbO2 + 2H2SO4 + Pb =

26、= 2 PbSO4 + 2H2O</p><p>　　放電時，鉛和二氧化鉛都有電解質(zhì)發(fā)生反應生成硫酸鉛。充電時剛好相反。</p><p>　　2.2.2 鉛酸蓄電池充電特性的研究</p><p><b>　　U</b></p><p><b>　　C</b></p><p>

27、<b>　　B</b></p><p><b>　　A</b></p><p><b>　　O </b></p><p><b>　　T</b></p><p>　　圖2-2 鉛酸電池充電特性曲線</p><p>　　因為每種電池都

28、有著屬于自己的充電特性，那么選擇一種合適的充電方法就十分重要。鉛酸蓄電池的電壓變化曲線如圖2-2所示。剛開始充電時,反應的速度很快,那么極板表面的電解液濃度就會迅速升高，因此像圖中體現(xiàn)的OA段上升的速度很快，隨著反應的逐漸進行，硫酸鉛的生成速度和擴散速度都會趨于平衡，就使得電壓上升比較緩慢,也就形成了充電曲線中的AB段。在充電后期，大部分硫酸鉛都已轉(zhuǎn)化為活性物質(zhì)，如果在繼續(xù)充電，則會開始析出氣體，電池端電壓又開始升高，就像曲線中的BC段

29、，過C點以后，電壓反而開始下降了[10][14]。</p><p>　　本實驗表明，電池充電末期端電壓是和充電電流有關(guān)的。如果采用較小的充電電流，則水分的分解量少，吸附在極板表面的氣體相應減小，電池的端電壓也略低，相反，如果充電電流過大，則會大量析氣，加劇電化學極化的影響，那么電池端電壓也就較高。所以，不能通過電池端電壓的高低來判斷電池充電的完成情況。</p><p><b>　

30、　2.3 充電器介紹</b></p><p>　　2.3.1 充電器介紹</p><p>　　充電器指的是一種將交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電的設(shè)備。充電器用途十分廣泛，特別是廣泛用于手機、相機等常見電器。充電器是采用電力電子半導體器件，將電壓和頻率固定不變的交流電變換為直流電的一種靜止變流裝置，具有廣泛的應用前景。按照各種方式可以分成很多充電器，本文主要討論的是充電器在頻率上的分類，

31、主要分為工頻和高頻兩類，由于本文的所有實驗都是在實驗室完成，所以使用低頻率的工頻充電器。</p><p>　　2.3.2 充電方法發(fā)展狀況</p><p>　　現(xiàn)在傳統(tǒng)的充電方法主要有恒流，恒壓，恒壓限流，恒流限壓，先恒流后恒壓等，這些方法一般控制電路簡單，比較容易實現(xiàn)，但也存在充電時間長，充電方法單一，保護功能簡單，容易對電池造成傷害等缺點。</p><p>　　

32、隨著計算機技術(shù)，電源技術(shù)，電子信息技術(shù)，智能監(jiān)測技術(shù)等的發(fā)展，充電產(chǎn)品的功能越來越強大，在整體上呈現(xiàn)一種智能化的發(fā)展趨勢。智能充電系統(tǒng)除具備基本的充電控制和顯示功能外，一般都有如下特點：1.能自動根據(jù)電池的狀態(tài)自動選擇最優(yōu)充電方法。2.有良好的故障保護措施和強大的數(shù)據(jù)處理能力。3.可以與其它設(shè)備通訊，形成通訊網(wǎng)絡(luò)，便于管理。本文主要使用由單片機作為主控制電路的充電器來充電。</p><p><b>　　

33、2.4 單片機介紹</b></p><p>　　2.4.1 單片機概論</p><p>　　單片機是本文的主要核心控制器，那么什么是單片機呢？單片機是一種集成在電路芯片，是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器CPU隨機存儲器RAM、只讀存儲器ROM、多種I/O口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括顯示驅(qū)動電路、脈寬調(diào)制電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器

34、等電路）集成到一塊硅片上構(gòu)成的一個小而完善的計算機系統(tǒng)。單片機的各個功能在本文中基本都得到了體現(xiàn)[2][3]。</p><p>　　2.4.2 單片機的特點</p><p>　　單片機有很多顯著的優(yōu)點，大致有：1.集成度高、體積小、重量輕。2.抵抗能力強，可靠性高。3.運行速度快，控制力強。4.使用方便，易于產(chǎn)品化。5.開發(fā)使用方便，具有優(yōu)異的性能價格比[4][9]。</p>

35、<p>　　2.4.3 單片機在本文中的運用</p><p>　　在本文中單片機主要作為控制回路來使用，首先是在單片機上用程序來進行模擬，使用的是單片機的仿真功能，當模擬成功以后，把整個控制電路然后接入主回路中，作為整個電路的控制核心來對鉛酸電池進行充電，所以單片機在我整個的設(shè)計中起到了核心的作用。</p><p>　　3 鉛酸電池充電方法和原理研究</p>&l

36、t;p>　　3.1 傳統(tǒng)充電方法</p><p><b>　　1．恒流充電</b></p><p>　　如圖3-1所示，在整個充電過程中，通過調(diào)整輸出電壓使充電電流保持恒定。采用這種方法，為使充電后期不產(chǎn)生大量氣體，只能用較小的電流充電，因此充電時間較長，均在15h以上。這種方法的優(yōu)點是操作簡單，方便，易于實現(xiàn)，充電電量容易計算，特別適合多個電池串聯(lián)的電池組，適

37、用于長時間小電流充電。</p><p><b>　　圖3-1 恒流充電</b></p><p><b>　　2．恒壓充電</b></p><p>　　如圖3-2所示，在充電過程中，充電電源的輸出電壓保持恒定。隨著充電過程的進行，電流逐漸減小，因此整個充電過程析氣量少，能耗少，充電效率高，避免了電池過充。如果充電電壓選擇得當

38、，可在8h內(nèi)完成充電。但對放電較深的電池來說，初始充電電流過大，對蓄電池壽命造成很大影響，且容易使蓄電池極板彎曲，造成電池報廢。鑒于這種缺點，恒壓充電很少采用，只適用于電池組電壓較低且電流大的場合。</p><p><b>　　U,I</b></p><p><b>　　充電電壓</b></p><p><b>

39、　　充電電流 </b></p><p><b>　　T </b></p><p><b>　　圖3-2 恒壓充電</b></p><p><b>　　3．階段充電</b></p><p>　　如圖3-3所示，為彌補恒壓恒流充電的缺點，廣泛使用三階段充電法。第一階段為

40、恒流充電，在充電初期采用較大的電流，使電池能夠快速充電。第二階段為恒壓充電，降低電池的出氣率，第三階段為浮充充電，在不損害電池的基礎(chǔ)上保證電池能夠充滿電。這種方法可以將出氣量減到最小，這種方法結(jié)合了恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點，避免了恒壓充電在初始階段給電池造成的瞬間大電流沖擊，又避免了恒流充電帶來的過充電現(xiàn)象[1]。</p><p><b>　　圖3-3 階段充電</b></p>

41、<p>　　3.2 使本實驗快速充電的方法研究</p><p>　　第三種方法是為了彌補上面兩種充電的缺點，所以相比第一和第二種方法有著自己在充電上的優(yōu)勢，又可以避免恒壓充電在初始階段給電池造成的瞬間大電流沖擊，又避免了恒流充電帶來的過充電現(xiàn)象。有著很大的優(yōu)點，所以本文采用第三種階段充電的方法來對電池進行充電。按照第三種階段充電的方法可以在不損害電池壽命的基礎(chǔ)上，大大的提高效率，有著非常大的實際意義。

42、</p><p>　　3.3 充電的控制技術(shù)</p><p>　　當電池充滿以后，如果還要繼續(xù)對它充電，就會造成蓄電池溫度和內(nèi)部壓強的升高，那么就會影響蓄電池的充電效率和使用壽命，當然可以通過一定的控制方法來做到蓄電池充電結(jié)束后不會過充而且充滿了電。</p><p>　　現(xiàn)在比較主流的充電方法有：1.定時控制。2.溫度控制。3.電池的最高電壓控制。4.電壓的負增量控

43、制。5.綜合控制。本文采用的就是綜合控制的方法，綜合上面的2到3種控制方法來做到充電的控制。如表3-1所示：</p><p><b>　　表3-1 停充判斷</b></p><p>　　像表中羅列的，根據(jù)實際情況，針對不同的電池和充電方法，采用不同的停充判斷方法。根據(jù)上面介紹的，本設(shè)計實驗的充電方法使用的是階段充電，所以本文主要采用的是階段充電的停充判斷方法[13]。

44、</p><p>　　3.4 本實驗充電器充電方法</p><p><b>　　U,I</b></p><p><b>　　T</b></p><p>　　圖3-4 本實驗充電電路圖</p><p>　　如圖3-4所示，本實驗的充電方法也是階段充電，經(jīng)過多次的實驗測試，第一階

45、段的充電結(jié)束由電壓控制，當電壓達到29V左右時就會進入第二階段，然后我去查閱了相當多的資料，精確的數(shù)據(jù)是29.04V，進入第二階段以后，主要是靠時間來控制黃燈二到綠燈的轉(zhuǎn)變，經(jīng)過多次的實驗證明是第一階段時間的60%左右，然后進入第三階段，充到大概31V時就不在充電了，那么電壓就會下降，當電壓降到26.5V，就會開始進入補電階段，就會使得電壓上升，到31V時結(jié)束補電，然后循環(huán)整個過程。保證不會可以充滿電，而去不會出現(xiàn)過充等造成充電不利的因

46、素。</p><p>　　4 充電器電路設(shè)計</p><p>　　4.1 充電器的基本功能</p><p>　　作為一個較大的鉛酸電池充電器除了高效外，還應該具備以下基本功能：</p><p>　　1．實時采集充電過程中的狀態(tài)參數(shù)，如電壓，溫度，電流等，并以直觀的方式顯示出來。并在充電結(jié)束后，顯示整個充電過程的統(tǒng)計信息，如充電時間充電電量等

47、。</p><p>　　2.具備完善的故障保護功能，對充電器運行過程中的異常情況加以保護。</p><p>　　3．具備良好的擴展性，提供豐富的通訊接口。</p><p>　　具體設(shè)計要求如下是設(shè)計280AH鉛酸電池的充電器，充電參數(shù)為：直流24V，最大電流50A，輸入電壓為交流220V，整個充電時間約為10小時。 充電控制使用51系列單片機完成。</p>

48、;<p><b>　　4.2 變壓器設(shè)計</b></p><p>　　4.2.1 環(huán)形工頻變壓器介紹</p><p>　　變壓器的種類很多, 應用十分廣泛。而環(huán)形變壓器作為電子變壓器的一種類型被廣泛的運用，它有著優(yōu)良的性價比，環(huán)形變壓器的鐵心是用優(yōu)質(zhì)冷軋硅鋼片無縫地卷制而成，這就使得它的鐵心性能優(yōu)于傳統(tǒng)的疊片式鐵心。環(huán)形變壓器的線圈均勻地繞在鐵心上，線圈

49、產(chǎn)生的磁力線方向與鐵心磁路幾乎完全重合，與疊片式相比激磁能量和鐵心損耗將減小25%，本文已經(jīng)提過，我們使用的是工頻充電器，所以設(shè)計的就是工頻的變壓器。工頻變壓器是最簡樸的變壓器，在設(shè)計的時候基本不用考慮分布電感、分布電容、信號源內(nèi)阻、等效電路各種指標等復雜因素，直接按標準化步驟操作即可，那么簡單說就是根據(jù)功率選擇鐵心，然后計算匝數(shù)，再看能否繞下。本質(zhì)的思想都是相同的。計算過程可能比較麻煩，但還是要反復設(shè)計直至滿足要求為止。由于充電器的基

50、本功能中是直流24v，所以我的次級的電壓定義為28v[16]。</p><p>　　4.2.2 環(huán)形工頻變壓器設(shè)計</p><p>　　1.計算變壓器需要的總功率容量</p><p>　　a. 求次級總功率P2:P2=U(2)*I(2)=28*50=1400W。</p><p>　　b. 求初級總功率P1:P1=P2/η</p>

51、<p>　　式中η為變壓器效率,與鐵芯質(zhì)量和繞組選取的線徑是否恰當有關(guān)。一般50VA以下取0.6~0.85,所以在本設(shè)計中取η=0.8。所以有P1=1400/0.8=1750W。</p><p>　　(2) 計算原邊電流：I1＝1.05*P 1/ U1=8.35V。</p><p>　　(3) 計算初、次級繞組線徑：(電流密度J取3.5A/mm2)</p><

52、;p>　　初級線徑：D1=1.13=1.13*2.39=2.7（mm）</p><p>　　次級線徑：D2=1.13=1.13*14.3=16.2(mm)</p><p>　　（4）計算鐵芯截面積：S=1.25=522.9(cm2)</p><p>　?。?）計算鐵芯疊厚：根據(jù)疊厚×舌寬=鐵芯截面積，疊厚/舌寬在1~2之間比較合適而選取硅鋼片型號，采

53、用EI57型號硅鋼片，查得舌寬為19.2mm，即1.92cm則：疊厚=5.75÷1.92=3</p><p>　　（6）鐵芯有效截面積：S1=舌寬*疊厚/1.1=5.23(cm2)</p><p>　　(7) 計算每伏匝數(shù)：(假定是中等質(zhì)量的硅鋼片，導磁率B取12000高斯，即1.2T)</p><p>　　N=10000/4.44fBS1=7.17 (T

54、/V)</p><p>　　(8) 計算每組匝數(shù)：</p><p>　　初級圈數(shù)：N1=220n=220*7.17*0.95=1500(T)</p><p>　　次級圈數(shù)：N2=28×1.05×n=28×1.05×7.17=210.8(T)</p><p>　　(9) 計算每組可繞圈數(shù)：(窗口高度兩端要

55、留下3mm)</p><p>　　查得該鐵芯窗口高度h=34.5mm，查表得知：選用的漆包線最大外徑為：Di max=0.22mm，Do max=0.70mm，按照每層可繞：N=(h-0.5-2*3）/（K*D max）計算。K的取值：小于0.3mm的線K=1.20；0.3~0.8mm的線K=1.15。代入上述數(shù)據(jù)得到：初級每層可繞：106圈。次級每層可繞：34圈。</p><p>　　(

56、10)各繞組的層數(shù)：</p><p>　　初級=1500÷106=14.15，取15層；</p><p>　　次級=210.8÷34=6.19，取7層。</p><p>　　4.3 整流電路設(shè)計</p><p>　　我們知道，單相整流器的電路形式是各種各樣的，整流的結(jié)構(gòu)也是比較多的。因此在做設(shè)計之前我們主要考慮了以下幾種方

57、案：[5][6]</p><p>　　方案一：單相橋式半控整流電路。電路簡圖4-1如下：</p><p>　　圖4-1單相橋式半控整流電路</p><p>　　此電路對每個導電回路進行控制，相對于全控橋而言少了一個控制器件，用二極管代替，有利于降低損耗！如果不加續(xù)流二極管，當a突然增大至180°或觸發(fā)脈沖丟失時，由于電感儲能不經(jīng)變壓器二次繞組釋放，只是消耗

58、在負載電阻上，會發(fā)生一個晶閘管導通而兩個二極管輪流導通的情況，這使UD弦半波，即半周期為正弦，另外半周期為為零，其平均值保持穩(wěn)定，相當于單相半波不可控整流電路時的波形，即為失控。所以必須加續(xù)流二極管，以免發(fā)生失控現(xiàn)象。</p><p>　　方案二：單相橋式全控整流電路。電路簡圖4-2如下：</p><p>　　圖4-2 單相橋式全控整流電路</p><p>

59、;　　此電路對每個導電回路進行控制，無須用續(xù)流二極管，也不會失控現(xiàn)象，負載形式多樣，整流效果好，波形平穩(wěn)，應用廣泛。變壓器二次繞組中，正負兩個半周電流方向相反且波形對稱，平均值為零，即直流分量為零，不存在變壓器直流磁化問題，變壓器的利用率也高。</p><p>　　方案三：單相半波整流電路，電路如圖4-3所示：</p><p>　　圖4-3 單相半波整流電路</p>

60、<p>　　單相半波整流是最簡單的整流電路，由整流變壓器Tr，整流元件D也就是晶體二極管和負載電阻RL組成。分析各元器件的作用：1.電源變壓器T：將220V交流電壓變換為整流電路所要求的低壓交流電壓值。2.整流二極管V：利用二極管的單相導電性進行整流。3.負載RL：是某一個具體的電子電路或其它性質(zhì)的負載。</p><p>　　方案四：單相全波整流電路。電路簡圖4-4如下：</p><

61、;p>　　圖4-4 單相全波整流電路</p><p>　　此電路變壓器是帶中心抽頭的，結(jié)構(gòu)比較復雜，只要用2個可控器件，單相全波只用2個晶閘管，比單相全控橋少2個，因此少了一個管壓降，相應地，門極驅(qū)動電路也少2個，但是晶閘管承受的最大電壓是單相全控橋的2倍。單相全控式整流電路具有輸出電流脈動小，功率因數(shù)高，變壓器二次電流為兩個等大反向的半波，沒有直流磁化問題，變壓器利用率高的優(yōu)點。相同的負載下流過晶閘管的平

62、單相全控式整流電路其輸出平均電壓是半波整流電路2倍，在均電流減小一半；且功率因數(shù)提高了一半。所以本文所采有的整流電路是單相全波整流電路。</p><p>　　圖4-5 單相全波整流的電路圖和波形圖</p><p>　　如圖4-5所示，全波整流的變壓器的兩個副邊電壓大小相等，同名端如圖所示。當U2的極性如圖所示為上正下負(稱之為正半周)時，VD1導電，VD2截止，ID2流過R1，在負載上得到

63、的輸出電法極性為上正下負；當U2負半周時，U2的極性與圖示相反，此時VD1截止VD2導電，由圖可見，ID2流過R1時產(chǎn)生的電壓極性也是上正下負，與正半周時相同，因此在負載上可以得到一個單方向的脈動電壓。全波整流電路輸出電壓U0的波形所包圍的面積是半波整流電路的兩倍，所以其平均值也將是半波整流的兩倍。由圖也可明顯地看出，全波整流輸出波形的脈動成分也比半波整流時有所下降。但是在全波整流電路中，當負半周時VD2導電VD1截止，此時變壓器副邊兩

64、個繞組的電壓全部加到二極管VD1的兩端，因此，二極管承受的反向電壓較高，其最大值等于2U2。UD1的波形如圖所示[7][12]。</p><p>　　整流電路雖然都可以把交流電轉(zhuǎn)換成直流電，但是得到的輸出電壓是單相的脈動電壓，所以本實驗還加了濾波器來改善輸出電壓的脈動程度。</p><p>　　圖4-6帶電容濾波器的單相全波整流電子電路和濾波作用</p><p>　

65、　從圖4-6可以看出輸出電壓的脈動大為減少，并且電壓還較高，比不加濾波器前可以提高很大的性能。</p><p>　　4.4 充電器主回路</p><p>　　圖4-7 主回路電路圖</p><p>　　如圖4-7所示，上圖就是本設(shè)計要做的充電器的主回路電路圖，其中主回路是大功率能量傳遞轉(zhuǎn)換單元，將輸入的交流電壓變換成充電所需要的直流電壓電流。采用的主要是工頻的環(huán)形變

66、壓器，然后進過整流濾波來對大電容進行充電，初級電壓是220V，然后因為鉛酸電池的電壓是24V，所以降壓的值我取的是28v，然后上面的變壓器設(shè)計中已經(jīng)介紹了整個的設(shè)計過程，之后就是進入整流和濾波階段。這些在上面已經(jīng)有了介紹，那么下面就介紹本實驗的控制回路，控制電路的主要功能是根據(jù)單片機發(fā)出的指令信號，輸出控制信號，調(diào)整開關(guān)器件的開通與關(guān)斷，得到所需的電壓電流，同時對整個主回路的運行進行監(jiān)控，保證整個充電器的穩(wěn)定運行。</p>

67、<p>　　4.5 充電器控制電路</p><p>　　本實驗采用的控制器是偉福6000軟件模擬器，主要是用MCS-51單片機來完成電路的控制。本實驗使用的是8051單片機。單片機程序主要由主程序和中斷程序組成。本次設(shè)計需要實現(xiàn)的功能較多，包括AD采集，定時器設(shè)計，乘法計算等。本次設(shè)計引入了數(shù)模轉(zhuǎn)換的思想，把一個大程序按功能分解為若干小程序，每個小程序完成一個確定的功能，在這些小程序間建立必要的聯(lián)系，

68、互相協(xié)作完成整體功能，這樣的程序結(jié)構(gòu)清晰，條理分明。因為已經(jīng)介紹了本控制電路的基本功能，下面詳細介紹下整個流程以及程序的實現(xiàn)。</p><p>　　4.5.1 大體流程</p><p>　　因為單片機的有效電壓在0到5v，所以先根據(jù)比例來定義模擬量。下面多數(shù)數(shù)據(jù)由多次實驗得到，具體過程是：導通電路，開始降壓啟動，然后黃燈一亮起，開始充電，充電過程分成3個階段：第一階段充電由電壓控制，經(jīng)過多

69、次實驗得到當電壓升高到29v的時候黃燈一熄滅，黃燈二亮起，因為單片機主要是0到5v的模擬，所以輸出的模擬量為4.53v，這個期間出現(xiàn)了一個第一階段的充電時間T1，第二段充電由時間控制，經(jīng)過多次實驗和參考書本得到第二階段的充電時間大致為第一階段充電時間60%，既可以得到一個表達式：T1=T2乘以60%，當T2實現(xiàn)時黃燈二熄滅，然后綠燈亮起。進入充電的第三階段也就是補電階段，閱讀書籍和參考資料知道當電壓大概降到26.5 v時開始補電，到31

70、v左右補電停止，然后電壓就又會降下來，當降到26.5v就又開始補電，如此循環(huán)大概整個補電時間持續(xù)5分鐘。</p><p>　　上述是充電很成功的情況，如果充電時間過長，超過了一個限度那么則會紅燈亮起。當然整個過程都是有溫度開關(guān)控制，保正溫度處于80攝氏度以后，超過了80攝氏度就會停止充電。</p><p>　　4.5.2 控制程序結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　4.5

71、.3 核心程序介紹</p><p><b>　　圖4-8 控制電路</b></p><p>　　如圖4-8所示的，就是本設(shè)計的控制電路，主要運用到的功能有3個，就是AD采集，定時器設(shè)計，乘法計算，下面我就對這3個主要功能的程序進行介紹。</p><p><b>　　ORG 0000</b></p><p

72、>　　LJMP MAIN ；進入主程序</p><p>　　ORG 000BH ；定時器中斷量</p><p><b>　　LJMP TIME</b></p><p>　　以上是源程序，來初始化各項參數(shù)，主要進入兩個程序中，一個是主程序，還有一個是時間程序。</p><

73、;p><b>　　ORG 1000H</b></p><p><b>　　MAIN: </b></p><p>　　MOV R0, #OH ；數(shù)據(jù)存入的始地址</p><p>　　MOV R1, #0H</p><p>　　MOV R7, #0</p>

74、<p>　　MOV TH0, #3CH ；T0計數(shù)初值X的低8位寫入TH0</p><p>　　MOV TL0, #0B0H ；T0計數(shù)初值X的后8位寫入TL0</p><p>　　MOV TMOD, #1 ；定時器T0，方式1</p><p>　　CLR P1.6 ；P

75、1.6輸出取反</p><p>　　MOV IE, #0FFH</p><p>　　SETB TRO ；啟動T0</p><p>　　MOV DPTR, #7FF8H ；向A口寫入數(shù)據(jù)，控制燈的亮和滅</p><p>　　MOVX @DPTR, A ；命令字寫入命令寄存器</p>

76、;<p>　　MOV P1, #00000001B</p><p><b>　　LOOP:</b></p><p>　　SJMP LOOP ；循環(huán)</p><p>　　以上程序是設(shè)置定時器和計數(shù)器來對程序來進行計數(shù)。</p><p><b>　　TIME:</b&g

77、t;</p><p>　　CJNE R7, #0, L1</p><p>　　SJMP TIME1 </p><p><b>　　L1:</b></p><p>　　CJNE R7, #1, RETURN</p><p>　　SJMP TIME2 ；等

78、待輸入數(shù)據(jù)</p><p><b>　　TIME1:</b></p><p>　　MOVX A,@DPTR</p><p>　　CALL AD ；命名AD</p><p><b>　　CLR P1.6</b></p><p>　　MOVX @D

79、PTR, A ；啟動AD</p><p>　　INC R1 ；指向下一通道</p><p><b>　?。慌袛?0分鐘</b></p><p>　　CJNE R0, #11H, ZJ</p><p>　　CJNE R1, #26H, NOTEQ ；計數(shù)時間為10分

80、鐘</p><p><b>　　SJMP ZJ</b></p><p><b>　　NOTEQ:</b></p><p><b>　　JC ZJ</b></p><p>　　SETB P1.3 ；使紅燈亮起</p><p>

81、;　　CLR P1.0 ；熄滅黃燈一</p><p>　　MOV R7, #5 </p><p><b>　　RETI</b></p><p><b>　　；判斷結(jié)束</b></p><p><b>　　ZJ:</b></p>&l

82、t;p>　　CJNE R1, #0H, RETURN ；循環(huán)計數(shù)</p><p>　　INC R0 ；指向下一地址</p><p>　　RETURN: ；進行循環(huán)</p><p><b>　　RETI</b></p><p>&l

83、t;b>　　TIME2:</b></p><p><b>　　DEC R1</b></p><p>　　CJNE R1, #0FFH, RETURN ；循環(huán)計數(shù)到計滿</p><p><b>　　DEC R0</b></p><p>　　CJNE R0, #0FFH, RET

84、URN</p><p>　　CLR P1.1 ；熄滅黃燈二</p><p>　　SETB P1.2 ；亮起綠燈</p><p><b>　　RETI</b></p><p>　　以上程序是對設(shè)定時間來進行定義:TIME1和TIME2，因為上面已經(jīng)提

85、到第一階段的充電時間是由第一階段的充電時間來控制的。根據(jù)計數(shù)器來使得完成整個程序的時間計數(shù)和控制。</p><p>　　AD: ；進入AD</p><p>　　CJNE A,#231，NEQ ；計滿值達到4.53否？</p><p><b>　　RET</b></p>

86、;<p><b>　　NEQ:</b></p><p><b>　　JC LOWW</b></p><p><b>　　CLR EX0</b></p><p>　　MOV R7, #1</p><p>　　CLR P1.0

87、；熄滅黃燈一</p><p>　　SETB P1.1 ；黃燈二亮</p><p><b>　??；算60% </b></p><p>　　MOV A, R0 ；輸入通道號</p><p><b>　　MOV B, #5</b>&

88、lt;/p><p>　　DIV AB ；A中為T1，B中為T2</p><p>　　MOV 30H, A ；存入指定單元</p><p><b>　　MOV A, B</b></p><p>　　MOV 32H, R1</p><

89、p>　　MOV R1, #32H</p><p>　　XCHD A,@R1 ；取操作數(shù)</p><p>　　XCH A,@R1 ；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存 </p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV B, #5&

90、lt;/b></p><p>　　DIV AB ；AB各自存入時間</p><p><b>　　SWAP A</b></p><p><b>　　MOV A, B</b></p><p><b>　　SWAP A</b></

91、p><p>　　XCHD A,@R1 ；數(shù)值輸送</p><p><b>　　MOV B, #5</b></p><p><b>　　DIV AB</b></p><p>　　MOV R1, #31H ；存入指定單元</p><

92、;p>　　XCHD A,@R1 ；讀取數(shù)據(jù)</p><p><b>　?。怀朔ńY(jié)束</b></p><p>　　MOV A, 30H </p><p>　　MOV B, #3 ；數(shù)據(jù)輸入</p><p>　　MUL

93、 AB </p><p>　　MOV 30H, A</p><p>　　MOV A, 31H</p><p><b>　　MOV B, #3</b></p><p><b>　　MUL AB</b></p><p>　　MOV 31H,

94、 A</p><p><b>　　MOV A, B</b></p><p>　　ADD A, 30H ；數(shù)據(jù)相加</p><p><b>　　MOV R0, A</b></p><p>　　MOV R1, #31 </p>

95、<p>　　LOWW ；啟動乘法結(jié)束</p><p><b>　　RET</b></p><p>　　以上程序用到了乘法指令和AD轉(zhuǎn)換，主要電壓是一個模擬量，那么就需要用AD轉(zhuǎn)換來對電壓進行模擬，而第一階段的充電時間和第二階段的充電時間也滿足一個乘法關(guān)系，也就是T2=T1×60%。</p>&l

96、t;p><b>　　5 結(jié)論和展望</b></p><p>　　本文的目標是開發(fā)一款充電快捷，使用方便，體積小，質(zhì)量輕的動力電池充電裝置。本文從動力電池的充電特性入手，對整個充電裝置的總體設(shè)計，軟硬件實現(xiàn)過程做了較為詳細的描述，并通過實驗進行了驗證。</p><p>　　本文的設(shè)計達到了充電器應用的基本要求，使用者可以方便快速的對多種動力電池進行充電，但還有很多

97、問題需要研究和改進，它的主要內(nèi)容都是在今后的生產(chǎn)實踐中逐步積累和豐富起來的。因此，我們要學好這項技術(shù)光靠書本上的點點知識還是不夠的，我們更多的還應該將理論與實際結(jié)合起來，這還需要我們到企業(yè)里去實踐。我相信在未來的我們從這項現(xiàn)代化技術(shù)中學到更多。</p><p>　　現(xiàn)在單片機能大大地提高產(chǎn)品的智能性，易用性及節(jié)能性等主要性能指標，給我們的生活帶來舒適和方便，在生產(chǎn)上也極大地提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。所以很快就會成

98、為市場的主流，而在單片機的控制下的充電器可以更快的完成充電，意義很是深遠。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 尉廣軍,朱宇虹.幾種恒流源電路的設(shè)計[J]電子與自動化,2000，（01）. </p><p>　　[2] 張紅蓮. 單片機控制的電阻自動測試系統(tǒng)[J]. 可編程控制器與工廠自動化 , 2006,

99、(06) .</p><p>　　[3] 王振中. 現(xiàn)代單片機技術(shù)的進展[J]. 今日科技 , 2004,(09)</p><p>　　[4] Yang. Y., Yi. J., Woo, Y.Y., and Kim. B.: ‘Optimum design for line arityand efficiency of microwave Doherty amplifier using

100、a new load matching technique’[M], Microw. J., 2001, 44, (12), pp. 20–36</p><p>　　[5] Y.Y. Won, H.C. Kwon, S.K. Han, E.S. Jung, and B.W. Kim, “OBI noise reduction using gain saturated SOA in reflective SOA b

101、ased WDM/SCM-PON optical links,”[J] Electron. Le tt.,vol.42, no.17,pp.992–994, 2006.</p><p>　　[6] 鐘靜宏，張承寧，張旺，電動汽車的鉛酸蓄電池快速充電系統(tǒng)[M]，電源技術(shù)，2006，30(6)：504-506</p><p>　　[7] 王源，電動汽車用動力鉛酸電池快速充電技術(shù)研究：[D]，黑

102、龍江；哈爾濱工業(yè)大學，2006 </p><p>　　[8] 馮義，一種智能充電系統(tǒng)的初步研究：[D]，北京；中國農(nóng)業(yè)大學，2000</p><p>　　[9] 楊寧，胡學軍，單片機與控制技術(shù)[D]，北京：北京航空航天大學出版社，2003</p><p>　　[10] 羅光毅，蓄電池智能管理系統(tǒng)：[J]，浙江；浙江大學，2003</p><p&g

103、t;　　[11] 黃繼昌，郭繼忠，張海貴，電子元器件應用手冊[J]，北京：人民郵電出版社，2004</p><p>　　[12] 周志敏，周紀海，紀愛華，單片開關(guān)電源[M]，北京：電子工業(yè)出版社，2007</p><p>　　[13] 謝運祥，開關(guān)電源入門[J]，北京：人民郵電出版社，2007，9</p><p>　　[14] 姜紹信，鉛酸蓄電池快速充電[M]，天津