一種電動自行車快速脈沖式充電方法

一種電動自行車快速脈沖式充電方法

1dm脈沖充電增加了充電慢自我車輛結(jié)實、靈活、環(huán)保、節(jié)能等特點。電動自行車使用傳統(tǒng)的鉛酸蓄電池成本低、容量大,但是不耐用,需充電頻繁,而且一次充電飽和,一般可以行駛?cè)镒笥?因電池容量的不同差異較大),不便于遠距離行駛。而且充電時間長,充電完畢需費時數(shù)小時時間[1~5]。本文針對電動自行車充電器充電慢問題,采用PWM正負脈沖充電方式充電,可以在較短時間內(nèi)完成快速充電,解決使用電動自行車遠距離行駛的困擾。采用PWM正負脈沖充電方式對電池充電可以延長電池的使用壽命,縮短電池充電時間。2脈沖產(chǎn)生電路PWM正負脈沖充電方式是用脈沖電流對電池充電,之后讓電池放電,如此反復(fù)循環(huán)。在本設(shè)計中采用NE555多諧振蕩器作為脈沖產(chǎn)生電路,經(jīng)過十進制計數(shù)器CC4017轉(zhuǎn)換為正負脈沖對電池進行充放電,放電脈沖的電流值很大,寬度很窄,通常放電脈沖幅值為充電脈沖的3倍左右。放電脈沖的幅值與電池容量有關(guān),但是與充電電流幅值的比值保持不變,脈沖充電時,充電電流波形如圖1所示。3快速脈沖充電結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1濾波、壓縮電路圖2所示是脈沖充電器電路結(jié)構(gòu),主要包括:電路濾波、一次整流濾波、PWM變換器、二次整流濾波、脈沖電路、充放電電路和反饋控制。與普通理論電源電路相比,該電路采用脈沖產(chǎn)生電路與充放電電路部分相組合結(jié)構(gòu)。3.2電池放電電路總體電路設(shè)計圖如圖3所示。各元件標參數(shù)值如表1所示。如圖3所示,由NE555時基電路組成的多諧振蕩器的腳3輸出的脈沖方波送到十進制計數(shù)器CC4017的腳14,CC4017的十個輸出端將輪流輸出高電平。當腳1至腳5輸出高電平時,Q1導(dǎo)通,然后Q3導(dǎo)通,直流電壓通過Q3與R5對電池進行大電流充電。當腳6與腳7輸出高電平時,Q1與Q3因沒有驅(qū)動電平而截止。在此期間通過電壓比較電路,測量電池兩端的電壓,判斷電池是否充滿。當腳8、9輸出高電平時使Q2導(dǎo)通,電池通過電阻R6進行放電。當腳10與腳11輸出高電平時,Q2截止。如此反復(fù)循環(huán)。以正負脈沖的形式給電池進行充放電,脈沖充電方式不僅可以防止蓄電池充電時的極化現(xiàn)象,而且還可以大大加快蓄電池的充電速率。3.3n轉(zhuǎn)變器nb由NE555多諧振蕩器和CC4017十進制計數(shù)器組成的PWM正負脈沖產(chǎn)生電路如圖4所示。由NE555多諧振蕩器產(chǎn)生的矩形脈沖作為CC4017十進制計數(shù)器提供時鐘輸入脈沖,通過調(diào)節(jié)R8的阻值大小可以改變脈沖寬度。CC4017的十個輸出引腳輪流輸出高電平,將其引腳順次任意連接起來,便可形成脈沖寬度可調(diào)的正負脈沖。3.4核心組件3.4.1脈沖發(fā)生電路555定時器是一種多用途的數(shù)字—模擬混合集成電路,它含有2個電壓比較器,一個RS觸發(fā)器,一個放電開關(guān)T,比較器的參考電壓由3只5KW電阻器構(gòu)成的分壓器提供。分別利用555組成的多諧振器來實現(xiàn)脈沖發(fā)生電路。電路及輸出波形見圖5。圖5(左)由555定時器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成,將555的2端與6端連接在一起成施密特觸發(fā)器,然后再3端經(jīng)RC積分部分回輸入端便構(gòu)成多諧振蕩器。在此設(shè)計中利用電源通過R1、R2向C充電,以及C通過R2向放電端放電,使電路產(chǎn)生震蕩。電容C在1/3VCC和2/3VCC之間進行充電和放電,產(chǎn)生脈沖波形,其輸出波形如圖5(右)所示。通過改變R和C的參數(shù)即可改變振蕩頻率,此時輸出V0為矩形波。3.4.2低電平時計數(shù)動態(tài)CC4017是一片5位計數(shù)器,具有10個譯碼輸出端及CP\CR和INH3個輸入端,時鐘輸出端CP的施密特觸發(fā)器對輸入時鐘脈沖的上升和下降時間無限制,但具有脈沖整形功能。禁止端INH為低電平時,計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù),反之,計數(shù)功能無效;清零端CR為高電平時,計數(shù)器清零。Johnson計數(shù)器提供了高速運行,2個輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。其中防鎖選通保證了計數(shù)順序的正確。一般譯碼輸出為低電平,只有在對應(yīng)時鐘周期內(nèi)才保持高電平,在每10個時鐘輸入周期輸出CO信號完成一次進位,并用作多級計數(shù)器的下級脈沖時鐘。CC4017的邏輯邏輯結(jié)構(gòu)和引腳結(jié)構(gòu)如圖6、圖7所示,CC4017的功能表如表2所示。圖中各引腳的功能為CO:僅為脈沖輸出端;CP:時鐘輸入端;CR:清零端;INH:禁止端;VDD:正電源;VSS:地;Q0~Q9:計數(shù)脈沖輸出端。3.4.3快速脈沖閱讀器總診斷原理電壓比較電路對輸入信號進行檢測與比較,是組成非正弦發(fā)生電路的基本單元電路,在測量和控制中應(yīng)用相當廣泛。電壓比較電路的基本功能是能對2個輸入電壓的大小進行比較,判斷出其中哪一個比較大,比較的結(jié)果用輸出電壓的高電平和低電平來表示。電壓比較電路可以采用專用的集成比較器,也可以采用運算放大器組成。由集成運算放大器組成的比較器,其輸出電平在最大輸出電壓的正極限值和負極限值之間擺動,當要和數(shù)字電路相連接時,必須增添附加電路,對其輸出電壓采取箝位措施,使其高低輸出電平,滿足數(shù)字電路邏輯電平要求。在本設(shè)計充電過程中,電壓比較電路的被測輸入電壓為電池電壓,即連接在電池的正端,也就是快速脈沖充電器總體電路的輸出端(見圖3)與電壓比較器的被測輸入端相連接。被測輸入電壓進入電壓比較電路中,與基準電壓進行比較,當輸入電壓值小于基準電壓時,電池繼續(xù)充電;當輸入電壓大于基準電壓時,則停止充電,發(fā)光二極管熄滅。4多諧振蕩電路輸出脈沖仿真對上述電路結(jié)構(gòu)進行仿真。結(jié)果分別如圖9、10、11所示。圖9為NE555多諧振蕩器仿真輸出波形,電源通過R1、R2向C充電,以及C通過R2向放電端放電,通過調(diào)節(jié)電阻R8來調(diào)節(jié)占空比,使電路產(chǎn)生震蕩,圖10是555定時器組成的多諧振蕩電路輸出脈沖仿真波形。CC4017接受555定時器的脈沖,將其轉(zhuǎn)換為正負脈沖,引腳輸出的信號輪流給蓄電池充電。圖11為蓄電池充放電過程電壓仿真波形,接受CC4017輸出的PWM正負脈沖給蓄電池充電。5脈沖式快速閱讀器鉛酸蓄電池因其價格低廉、供電可靠、電壓穩(wěn)定等優(yōu)點,被廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)、生活多個領(lǐng)域。目前市場上鉛酸蓄電池充電器電池的充電方式有很多種,但大多數(shù)不能解決充電