快速無損智能充電器的設計

交流輸入電壓Uac經過壓敏電阻R1濾除交流電壓中的尖峰脈沖后，經電磁干擾（EMI）濾波器（C1,L1）濾除差模和共模干擾。之后經過BR全波整流及C2濾波后產生直流高壓，給高頻變壓器的初級繞組供電。P6KE200（瞬態電壓抑制器）和BYV26C（超快恢復二極管）構成鉗位電路，用于吸收在TOP224Y關斷時由高頻漏感產生的尖峰電壓，并能衰減振鈴電壓，對漏極起到保護作用。次級電路經過VD3、C3、L2和C4整流濾波輸出24 V的電壓U0.由TL431A構成的外部誤差放大器實現U0的動態穩壓，當輸出電壓發生波動，經R4、R5分壓后得到取樣電壓，就與TL431A內的基準電壓（2.5 V）進行比較產生一個外部控制信號，再通過線性光耦合器PC817A改變TOP224Y控制電流，進而調節占空比使U0趨于穩定。C7濾除加在控制端的尖峰電壓，還與R2、R5一起對控制回路進行補償。R3為最小輸出負載，用于提高輕載時的電壓穩定度。

3.2 充電電路

充電電路如圖3所示。

圖3 充電電路原理圖

　　充電電路采用Buck型拓撲結構，C1、L1、C2構成π型濾波器可以濾除直流電壓中的高頻分量，其中L1是差模電感。

　　經濾波輸出后，PV為Buck變換器輸入電源，同時也是單片機控制系統的前級輸入電源。L2是輸出濾波電感、C5是輸出濾波電容、Q3為功率開關管、D3為續流二極管。充電電路輸入電壓范圍Ui=20~28 V,輸出電壓范圍U0=3~18 V,負載輸出電流I0=0~3.5 A,開關頻率fs=20kHz,紋波電壓小于1%即△U0/U0≤1%,當負載電流I0在0~0.4 A時，Buck電路工作在電感電流不連續模式；當負載電流I0在0.4~3.5 A時，電路工作在電感電流連續模式。

　　3.3 負脈沖放電電路

　　鎳鎘電池具有記憶效應，在對鎳鎘電池充電前先對其放電，消除記憶效應。同時，在鎳鎘電池的快速充電過程中，為了消除電池極化的影響，引入間歇負脈沖的放電，系統中設計了放電電路。放電電路由4個5Ω/3 W功率電阻（瞬間短時間放電）和4個控制開關組成。

　　3.4 電流檢測及保護電路

　　電流檢測及過流保護電路如圖4所示。電流采樣輸入端接電池組負端（BAT-），BAT-與地之間為功率開關管IRF7805和康銅絲采樣電阻RS（29 mΩ），開關管導通時漏源極之間導通電阻RDS（on）為11 mΩ，利用RS+RDS（on）端的壓降來檢測電流。

圖4 電流檢測及過流保護電路

　　過流時（電流超過4 A），經比較器U2A輸出低電平過流信號（FAULT），該信號送入XC164CM的中斷陷阱引腳觸發單片機硬件中斷，此外，當FAULT為低電平時，經比較器U2B,輸出低電平信號，也迫使PWM輸出為低電平，強行關閉開關管Q3,確保系統安全。

　　4 軟件設計

　　智能充電器的軟件設計，主要包括系統主程序、鎳鎘電池快速充電子程序、ANFIS預測電流子程序和故障報警程序等，使用C語言和匯編語言混合編程，在Keil C166軟件開發平臺上完成。系統軟件對XC164單片機特殊功能寄存器SFR的設置在START_V2.A66中使用匯編語言文件，而整個充電系統的控制程序采用C語言文件。

　　系統上電后進入初始化，讀取E2PROM中的參數，完成各中斷寄存器和I/O口的功能設置，給相應單元賦初始值。完成后進入待機等待狀態。充電開始，先檢測是否有電池連接，若檢測到有電池接入，則進入電池的快速充電過程，其流程圖如圖5所示。ANFIS預測可接受電流子程序如圖6所示。

圖5 單節鎳鎘電池智能充電流程圖