基于DSP技术的铅酸电池充电电源研究

论文摘要

自一百多年前发明铅酸电池以来,传统的铅酸电池的发展很快。特别是免维护的阀控式铅酸蓄电池的发明解决了酸液易于外漏的问题而使铅酸电池应用更加广泛,从各种玩具到电动汽车都可以看到铅酸电池的身影。作为一种可重复使用的能源,充电是影响电池寿命和安全性的一个关键问题。然而,目前普遍使用的充电电源存在着因充电方法不合理而造成的充电速度慢、效率低等问题,人为降低了蓄电池的使用寿命。因此,研发出一种高效、快速并对电池损伤小的充电电源就成为了一个非常重要的课题。传统的充电方式通常为用恒压或者恒流进行充电,由相关理论分析可以得出采用脉冲式恒压充电的方式可以让充电曲线接近理想的充电曲线,是一种能够实现蓄电池快速充电并对蓄电池损伤很小的充电方式。实现脉冲充电的关键是要设计制作一台能满足蓄电池脉冲充电要求的电源。该电源应为市电输入,功率变换部分采用AC/DC变换器,不但要实现脉冲式恒压充电,同时还要求装置有较高的效率、易于实现、成本低廉、易于使用。移相全桥PWM变换器适用于输出低电压、大功率的情况,以及电源电压和负载电流变化大的场合。其特点是开关频率固定,便于控制,同时在移相控制技术的基础上,在拓扑结构上添加并联电容和谐振电感,可以使变换器的4个开关管依次在零电压下导通关断,实现恒频软开关变换。该变换器常用于低压大电流场合。本文基于充电理论,结合移相全桥技术在低压大电流应用方面的优点,设计了一台基于DSP控制的充电电源。完成了主电路及控制电路的设计,选择制作所需要的元器件,制作了驱动电路、采样电路、控制电路及控制电路工作所需要的辅助电源,软件实现PI调节算法。为了提高此DC/DC变换器的稳定性和抗干扰能力,建立了该拓扑的小信号模型,通过分析该小信号模型,设计了电压控制模式下的补偿网络结构。并利用Saber仿真软件进行了验证。同时搭建了试验电路,给出了全桥电路的实验波形,在实验电路的基础上,完成了传统充电方式和脉冲充电方式的对比实验,验证了脉冲充电方案的可行性。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究意义
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 研究的意义
• 1.2 国内外现状
• 1.2.1 常用充电方式及其特点
• 1.2.2 快速充电方式及其特点
• 1.2.3 移相全桥软开关技术
• 1.3 本文的研究目的和所做工作
• 1.3.1 本文的研究目的
• 1.3.2 本文所做的主要工作
• 2 移相全桥电路特性分析及仿真
• 2.1 主电路的工作原理
• 2.1.1 基本全桥电路结构
• 2.1.2 移相全桥电路基本原理
• 2.1.3 ZVS 的实现条件
• 2.1.4 移相全桥其他特性分析
• 2.2 系统建模
• 2.2.1 计算推导
• 2.2.2 小信号模型
• 2.2.3 反馈环路设计
• 2.3 系统仿真研究
• 2.3.1 仿真系统主电路
• 2.3.2 PWM 波形产生
• 2.3.3 仿真结果分析
• 2.4 本章小结
• 3 硬件及软件设计
• 3.1 主电路设计及电容选择
• 3.1.1 主电路设计
• 3.1.2 容性元件的选择
• 3.1.3 开关元件的选择
• 3.2 磁性元件的设计
• 3.2.1 主变压器的设计
• 3.2.2 谐振电感的设计
• 3.2.3 滤波电感的设计
• 3.3 控制及驱动电路的设计
• 3.3.1 控制电路的设计
• 3.3.2 PI 控制器设计
• 3.3.3 驱动电路的设计
• 3.3.4 采样电路的设计
• 3.3.5 保护电路的设计
• 3.3.6 辅助电源的设计
• 3.4 软件设计
• 3.4.1 程序流程图
• 3.4.2 PI 算法程序设计
• 3.4.3 移相PWM 波形的产生
• 3.4.4 脉冲充电程序设计
• 3.5 本章小结
• 4 实验研究
• 4.1 实验装置
• 4.1.1 主电路板
• 4.1.2 驱动与辅助电源板
• 4.2 电路实验
• 4.3 充电实验
• 4.3.1 电池充电曲线
• 4.3.2 充电对比实验
• 4.3.3 放电对比实验
• 4.4 本章小结
• 5 结论及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：A.作者在攻读硕士期间发表论文