一種P89LPC93X單片機(jī)控制的大功率鉛酸電池充電器設(shè)計(jì)

圖中，Vin為市電經(jīng)整流后的直流輸出電壓。實(shí)踐證明，上述應(yīng)用線路可以做到上千瓦的功率輸出，并且轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到92%以上。在輸出功率為360W左右時(shí)測(cè)量的PF值和THD值如表1所示。

在大功率的充電器設(shè)計(jì)中，功率損失也是衡量充電器性能的一項(xiàng)指標(biāo)，而功率損失的大部分消耗在開(kāi)關(guān)回路中。為了減少主電路的功率損失，開(kāi)關(guān)回路采用了移相全橋的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了以零電壓狀態(tài)打開(kāi)開(kāi)關(guān)管，大大減少了開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)損耗。移相全橋的原理框圖如圖5所示。圖中，DA～DD為四個(gè)MOS開(kāi)關(guān)的體二極管，CA～CD為四個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管的寄生輸出電容，LR為諧振補(bǔ)償電感。此種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)工作原理與全橋拓?fù)涞牟煌谟趹?yīng)用于對(duì)角線橋臂的驅(qū)動(dòng)信號(hào)并不是同時(shí)施加。以將要打開(kāi)QC和QB的次序?yàn)槔合刃嘘P(guān)閉QD，此時(shí)CD被充電至+VIN，同時(shí)CC被放電至近似0，QC源漏極間幾乎不存在壓差。此時(shí)以零電壓狀態(tài)打開(kāi)QC，這時(shí)通過(guò)變壓器初級(jí)線圈的電流由DC和QC共同分擔(dān)。然后再關(guān)閉QA，此后CA被充電至+VIN，這樣QB的源漏極間幾乎不存在壓差，此時(shí)再以零電壓狀態(tài)打開(kāi)QB。利用控制打開(kāi)開(kāi)關(guān)管的時(shí)間差來(lái)控制輸出電壓的幅度。開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)芯片可以選取TI公司的UCCx895或UC387x。四個(gè)開(kāi)關(guān)管的示意驅(qū)動(dòng)波形如圖6所示。圖中，OUTA～OUTD分別為四個(gè)開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，DLY A/B和DLY C/D分別為關(guān)閉和打開(kāi)兩只串聯(lián)開(kāi)關(guān)管的間隔時(shí)間。PWM A/D和PWM B/C則分別為對(duì)角線開(kāi)關(guān)管的共同導(dǎo)通時(shí)間，此時(shí)間的長(zhǎng)短決定輸出功率的大小。

充電器的次級(jí)輸出回路設(shè)計(jì)中加入了集成PWM和A/D轉(zhuǎn)換功能的智能單片機(jī)控制。例如PHILPS半導(dǎo)體公司的P89LPC93X系列單片機(jī)，它內(nèi)部集成了振蕩器、看門(mén)狗、PWM、A/D轉(zhuǎn)換等系統(tǒng)級(jí)功能，大大減小了外部元器件的數(shù)目，節(jié)約了電路板的面積。同時(shí)單片機(jī)內(nèi)部配置了FLASH存儲(chǔ)器，并且具備在電路編程(ICP)的功能，只需在硬件設(shè)計(jì)中設(shè)置一個(gè)ICP連接器，就可以在線更改程序數(shù)據(jù)，在生產(chǎn)調(diào)試過(guò)程中，也無(wú)需將單片機(jī)從系統(tǒng)中取出即可更改PWM輸出值，使充電曲線更逼近經(jīng)驗(yàn)的優(yōu)化曲線。