充電器開題報告

1、 南京工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告題目： 電動自行車智能充電器設(shè)計專業(yè)： 自動化 班級： 自動化（2） 學(xué)號: 20100710214 學(xué)生姓名： 李亞兵 指導(dǎo)教師： 李明生 2014年3月本科畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告學(xué)生姓名李亞兵學(xué)號20100710214專業(yè)自動化指導(dǎo)教師李明生職稱副教授所在院系機(jī)電工程系課題來源自擬命題課題性質(zhì)工程技術(shù)研究課題名稱電動自行車智能充電器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容和意義一、 本次畢業(yè)設(shè)計的內(nèi)容及要求：針對蓄電池充電過程中出現(xiàn)的種種問題，分析現(xiàn)有各種充電方法存在的問題，提出一種可對鉛酸蓄電池實(shí)現(xiàn)四段式慢脈沖充電的智能充電器設(shè)計方案?？刂崎_關(guān)電源的脈沖頻率和占空比

2、，從而調(diào)節(jié)充電電流和電壓，實(shí)現(xiàn)對蓄電池的分級慢脈沖充電。具體要求如下：1、設(shè)計要求將220V市電經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓輸出44V對電池進(jìn)行充電，同時具有電壓保護(hù)及燈光指示充電狀態(tài)的功能。2、要求采用以UC3842驅(qū)動場效應(yīng)管的單管開關(guān)電源配合LM358雙運(yùn)放電路設(shè)計的智能充電器，能夠?qū)崿F(xiàn)對電車的蓄電池進(jìn)行充電，并根據(jù)充電過程自動調(diào)整控制參數(shù)以現(xiàn)充電過程的無人值守，延長電池的使用壽命。3、所設(shè)計的圖紙應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求 。 4、按畢業(yè)設(shè)計要求完成相關(guān)資料的整理裝訂工作。二、本課題對電動自行車智能充電器設(shè)計進(jìn)行研究，其研究意義如下：1、鑒于目前電動自行車充電器存在的弊端，進(jìn)行智能化設(shè)計。自動控制參數(shù)

3、實(shí)現(xiàn)充電過程無人值守，快速沖電完成自行結(jié)束，避免過沖或者欠沖，從而達(dá)到延長電池的使用壽命的目的。2、基于UC3842驅(qū)動場效應(yīng)管的單管開關(guān)電源配合LM358雙運(yùn)放電路設(shè)計的的智能充電器，實(shí)現(xiàn)四段式慢脈沖充電。這也能使我們對相關(guān)的電力電子技術(shù)方面的知識有更加深刻的理解。3、對整個大學(xué)所學(xué)知識的一個綜合檢驗，讓理論與實(shí)踐統(tǒng)一起來。實(shí)現(xiàn)學(xué)有所用。文 獻(xiàn) 綜 述一、 研究背景及意義交通運(yùn)輸作為目前大氣污染的來源之一，它的問題日漸凸顯。隨著人們生活水平的提高，汽車保有量會迅速增加，污染比例也會相應(yīng)提高，這將嚴(yán)重破壞和影響人們賴以生存的地球，世界各國都在提出走可持續(xù)發(fā)展的道路，由此引發(fā)了電動交通運(yùn)輸?shù)难杆?/p>

4、發(fā)展，電動自行車以其價格低、綠色環(huán)保、使用安全方便等優(yōu)點(diǎn)越來越受到消費(fèi)者的喜愛。然而蓄電池的使用壽命作為評價電動自行車好壞的標(biāo)準(zhǔn)之一，充電器的設(shè)計尤為重要。蓄電池的使用壽命首先取決于電池的本身，然而使用維護(hù)和充電方法也會起到很關(guān)鍵性的作用，而蓄電池的充電過程對其壽命影響最大。過度充電，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水：而欠充電，則可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，長期充電不足會導(dǎo)致蓄電池容量下降。這兩種情況都會影響它的使用壽命。由此可見，充電器性能的好壞直接影響著蓄電池的使用效果和使用壽命。為此,開發(fā)一種能自動控制參數(shù)實(shí)現(xiàn)充電過程無人值守，快速沖電完成自行結(jié)束，避免過沖或者欠沖的充電器以滿足電動自行車發(fā)展

5、的迫切需要。近年來充電器技術(shù)來發(fā)展非常迅速，它的發(fā)展經(jīng)歷了在研究充電方法對蓄電池壽命影響的基礎(chǔ)上，選擇合適的控制參數(shù)和充電策略，并在硬件上低成本地實(shí)現(xiàn)，是電動自行車智能充電器要實(shí)現(xiàn)的設(shè)計目標(biāo)。該充電器既能完成快速充電又能對蓄電池進(jìn)行有效的保護(hù)，提高電池的使用效率且延長電池的使用壽命。二、鉛酸蓄電池鉛酸蓄電池的電極是由鉛和鉛的氧化物構(gòu)成，電解液是硫酸的水溶液。主要優(yōu)點(diǎn)是電壓穩(wěn)定、價格便宜；缺點(diǎn)是比能 (即每公斤蓄電池存儲的電能)低、使用壽命短和日常維護(hù)頻繁。文 獻(xiàn) 綜 述老式普通蓄電池一般壽命在2年左右，而且需定期檢查電解液的高度并添加蒸餾水。但隨著蓄電池制造技術(shù)的升級，鉛酸蓄電池發(fā)展為鉛酸免維

6、護(hù)蓄電池，鉛酸蓄電池使用中無需添加電解液或蒸餾水，主要是利用充電和放電達(dá)到水分解循環(huán)，使得鉛酸蓄電池應(yīng)用范圍更廣，包括不間斷電源、電動車等。三、電動自行車智能充電器在智能一詞還沒用到電動自行車充電器上時，人們用的都是一種恒壓限流充電器。其電壓一般44V左右。一直以這種狀態(tài)充電，逐漸地人們就發(fā)現(xiàn)此類充電器的充電過程存在許多缺陷。近幾年，電動車使用了三段式充電器，第一個階段叫恒流階段，第二個階段叫恒壓階段，第三個階段叫浮充階段。為此提出一種四段式慢脈沖充電的智能充電器設(shè)計方案。就是在三段式前再加一個預(yù)充涓流階段，實(shí)現(xiàn)四段式充電過程。如下圖所示 1、 涓流階段若蓄電池在充電初期已處于深度放電狀態(tài)，蓄

7、電池電壓低于正常值時，不能承受大電流充電，充電器則以小電流恒流模式充電。對放置很久未使用的蓄電池和深度放電蓄電池具有激活、修復(fù)及延長蓄電池壽命功能。當(dāng)采樣電路檢測到電池電壓上升到正常值的時候則轉(zhuǎn)入第二階段恒流充電。文 獻(xiàn) 綜 述 2、恒流充電階段蓄電池進(jìn)入補(bǔ)充能量主要階段時，充電器采用與蓄電池匹配的最大電流恒流模式快速充電。此時蓄電池的電壓一直上升，當(dāng)蓄電池電壓上升到設(shè)置值時，充電器自動轉(zhuǎn)入第三階段充電。3、恒壓充電階段此階段充電器充電電壓不變，蓄電池的電流逐漸減小，當(dāng)其值減小到設(shè)定值時候，充電器自動降低電壓對蓄電池進(jìn)行最后的浮充充電階段。 4、浮充充電階段此時充電電壓恒定在蓄電池的析氣電壓以

8、下，這樣既能保證蓄電池的完全充電，又能盡量減少析氣和失水，避免蓄電池出現(xiàn)極化、硫化和熱失控等現(xiàn)象，延長蓄電池使用壽命。四、總體方案設(shè)計由市電送來的220V交流電經(jīng)整流、濾波后，經(jīng)變壓器降壓送給蓄電池進(jìn)行充電。用PWM信號發(fā)生器(本設(shè)計采用UC3842)實(shí)現(xiàn)本方案的設(shè)計。在對蓄電池充電時，電壓、電流采樣電路將蓄電池的電壓、電流信號進(jìn)行采樣。采樣信號經(jīng)過處理，分別送進(jìn)PWM信號發(fā)生器的電壓和電流反饋引腳。PWM信號發(fā)生器對反饋回來的電壓、電流信號進(jìn)行分析，然后調(diào)整PWM輸出信號的占空比。這個PWM信號送給開關(guān)電源場效應(yīng)管，從而便調(diào)節(jié)的場效應(yīng)管在一個周期內(nèi)關(guān)斷和導(dǎo)通的時間，也就控制了高頻變壓器通斷的

9、時間，從而調(diào)節(jié)變壓器輸出的電壓和電流的大小。總體框圖如下：蓄電池變壓器 電流電壓采樣反饋PWM 文 獻(xiàn) 綜 述五、硬件電路總體設(shè)計方案UC3842指 示 電 路LM358雙運(yùn)算放大器電壓采樣電流采樣220V交流電蓄 電 池整流濾波高頻變壓器整流濾波對市電送來的220V的交流電進(jìn)行整流濾波，得到太約300V的直流電送入給高頻脈沖變壓器，高頻變壓器次級繞組的輸出給蓄電池充電。在蓄電池處分別對其進(jìn)行電壓和電流的采樣，采樣信號送入低通濾波器以濾掉諧波的干擾，然后調(diào)節(jié)的PWM波形的頻率和占空比，并以UC3842驅(qū)動場效應(yīng)管的開關(guān)電源，配合LM358雙運(yùn)放來實(shí)現(xiàn)各階段充電?？傮w框圖如下：六、開關(guān)電源開關(guān)電

10、源是利用現(xiàn)代電力電子技術(shù)，控制開關(guān)管開通和關(guān)斷的時間比率，維持穩(wěn)定輸出電壓的一種電源，開關(guān)電源一般由脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制IC和MOSFET構(gòu)成。隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展和創(chuàng)新，使得開關(guān)電源技術(shù)也在不斷地創(chuàng)新。目前，開關(guān)電源以小型、輕量和高效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用幾乎所有的電子設(shè)備，是當(dāng)今電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展不可缺少的一種電源方式。開關(guān)電源大致由主電路、控制電路、檢測電路、輔助電源四大部份組成。a、主電路沖擊電流限幅：限制接通電源瞬間輸入側(cè)的沖擊電流。文 獻(xiàn) 綜 述輸入濾波器：其作用是過濾電網(wǎng)存在的雜波及阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋回電網(wǎng)。整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電。逆變：將整

11、流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開關(guān)電源的核心部分。輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。b、控制電路一方面從輸出端取樣，與設(shè)定值進(jìn)行比較，然后去控制逆變器，改變其脈寬或脈頻，使輸出穩(wěn)定，另一方面，根據(jù)測試電路提供的數(shù)據(jù)，經(jīng)保護(hù)電路鑒別，提供控制電路對電源進(jìn)行各種保護(hù)措施。c、檢測電路提供保護(hù)電路中正在運(yùn)行中各種參數(shù)和各種儀表數(shù)據(jù)。d、輔助電源實(shí)現(xiàn)電源的軟件（遠(yuǎn)程）啟動，為保護(hù)電路和控制電路（PWM等芯片）工作供電。七、場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管。由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型

12、半導(dǎo)體器件。其作用和優(yōu)勢如下。 1、作用：a. 場效應(yīng)管可應(yīng)用于放大。由于場效應(yīng)管放大器的輸入阻抗很高，因此耦合電容可以容量較小，不必使用電解電容器。b. 場效應(yīng)管很高的輸入阻抗非常適合作阻抗變換。常用于多級放大器的輸入級作阻抗變換。c、場效應(yīng)管可以用作可變電阻。d、場效應(yīng)管可以方便地用作恒流源。e、場效應(yīng)管可以用作電子開關(guān)。文 獻(xiàn) 綜 述 2、使用優(yōu)勢場效應(yīng)管是電壓控制元件，而晶體管是電流控制元件。在只允許從信號源較少電流的情況下，應(yīng)選用場效應(yīng)管；而在信號電壓較低，又允許從信號源取較多電流的條件下，應(yīng)選用晶體管。場效應(yīng)管是利用多數(shù)載流子導(dǎo)電，所以稱之為單極型器件，而晶體管是既有多數(shù)載流子，也

13、利用少數(shù)載流子導(dǎo)電，被稱之為雙極型器件。有些場效應(yīng)管的源極和漏極可以互換使用，柵壓也可正可負(fù)，靈活性比晶體管好。場效應(yīng)管能在很小電流和很低電壓的條件下工作，而且它的制造工藝可以很方便地把很多場效應(yīng)管集成在一塊硅片上，因此場效應(yīng)管在大規(guī)模集成電路中得到了廣泛的應(yīng)用。八、UC3842、LM358UC3842是一種型性能優(yōu)良的電流控制型脈寬調(diào)制芯片。該調(diào)制器單端輸出，能直接驅(qū)動雙極型的功率管或場效應(yīng)管。其主要優(yōu)點(diǎn)是其管腳效應(yīng)少，外圍電路簡單，電壓調(diào)整率可達(dá)0.01%，工作頻率最高達(dá)500KHz，啟動電流小于1mA，正常工作電流為5mA，并可利用高頻變壓器實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的隔離。該芯片集成了振蕩器、具有高溫

14、補(bǔ)償?shù)母咴鲆嬲`差放大器、電流檢測比較器、圖騰柱輸出電流、輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路以及PWM鎖存器電路。UC3842是開關(guān)電源用電流控制方式的脈寬調(diào)制集成電路。與電壓控制方式相比在負(fù)載響應(yīng)和線性調(diào)整度等方面有很多優(yōu)越之處。LM358 內(nèi)部包括有兩個獨(dú)立的、高增益、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)算放大器，適合于電源電壓范圍很寬的單電源使用，也適用于雙電源工作模式，在推薦的工作條件下，電源電流與電源電壓無關(guān)。它的使用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)算放大器的場合。文 獻(xiàn) 綜 述參考文獻(xiàn)1 周文良. 電子電路設(shè)計與實(shí)踐. 北京：國防工業(yè)出版社,2011.2 謝自美. 電子線路設(shè)計試

15、驗測試. 武漢：華中理工大學(xué)出版社, 2000.3 貝冠祺,王保全. 小功率變壓器. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2011.4 電子報社編輯部. 電子報合訂本(下). 四川:四川科學(xué)技術(shù)出版社，2004.5 趙良炳. 現(xiàn)代電力電子技術(shù)基礎(chǔ). 北京:清華大學(xué)出版社,1995.6 朱松然. 鉛酸電池技術(shù). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.7 楊旭,裴云慶,王兆安. 開關(guān)電源技術(shù). 北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2004.8 何曉帆,彭瓊,劉麗. 實(shí)用電源電路與充電電路圖集. 北京:中國電力出版社,2009.9 劉遂俊. 電動自行車充電器/控制器. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.10 葉麗，陳國慶. 電子技術(shù)基

16、礎(chǔ)（第二版）. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2011.11 Neamen,Donald A. Circuit analysis and design. 北京: 清華大學(xué)出版社, 2007.12 Neamen,Donald A. Semiconductor physics and devices. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2011.研 究 內(nèi) 容1基于目前鉛酸電池充電器存在的問題，研究新型智能化的充電器充電方案。2根據(jù)相關(guān)電力電子技術(shù)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)要求，對充電器元器件的各項參數(shù)進(jìn)行計算設(shè)定。3分析電動自行車智能充電器對鉛酸蓄電池充電的整個過程，研究充電器如何實(shí)現(xiàn)智能化充電。4繪出整機(jī)電路原理圖，提供各元器件清單。研 究 計 劃第一周 熟悉課題, 收集資料，調(diào)查研究第二周 撰寫開題報告第三周 撰寫開題報告，翻譯外文資料第四周 擬定方案，繪制總體框圖第五周 與第四周工作內(nèi)容相同第六周 設(shè)計單元電路，選擇元器件并進(jìn)行定量估算第七周 與第六周工作內(nèi)容相同第八周 與第六周工作內(nèi)容相同第九周 進(jìn)行整機(jī)總體設(shè)計，繪制總原理圖第十周 與第九周工作內(nèi)容相同第十一周 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書第十二周 編寫畢業(yè)設(shè)計說明書第十三周 完善并整理