正负脉冲型电动车充电器电路主要分为三个部分,分别为电源电路部分、单片机系统电路部分和正负脉冲控制电路部分。如图1所示,图中5V 电源电路为单片机供电,单片机通过控制正负脉冲控制 电路对变压器输出电压进行控制,达到产生正负脉冲的目的。
1.1 电源电路 如图2所示,变压器输出的交流信号经过续流二极管 D18整流和电容 C20滤波输出约12V的直流电压 VCC1,VCC1经过三端稳压电源芯片78L 05稳压后输出 5V 直流电压,经过电 容 C26、C24滤波后供给单片机。其中 C26为极性电容,主要用来抗浪涌, C24为无极性小 电容,主要用来滤除高次 谐波。图中 LD2为电源指示灯,电阻 R22为限流电阻。
1.2 正负脉冲控制电路 普通充电方式在充电过程中温升较大,容易产生析气,影响充电效率,同时温升会损伤蓄电池。本文中的正负脉冲充电方式采用充电-停充-放电 -停充-充电的循环过程,程序中设 定每周期内充电时间和放电时间。正负脉冲通过一组 MOS管的开通和关断来实现,控制正 脉冲的为 P 型 MOS 管 IRF9530,控制负脉冲的为 N 型 MOS 管 IRF530。另外,目前普通充 电器定时一般采用定时芯片,增加了额外成本。本文中直接在单片机中定时,时间 到则发 出信号,强制进入浮充阶段,再过一定时间后单片机发出信号,控制 MOS管切断电源,达 到断电目的,节约成本。
如图3所示,变压器输出的交流信号经过二极管 D19、D8整流和电容 C14、C16滤波成 为直流电压,电阻 R21、R95为假负载,用来防止在充电器没有 接负载(蓄电池)时电压升高, 保证充电器电压的稳定。
MOS 管 Q2、Q3用来控制正负脉冲产生,Q2为 PMOS 管。用来控 制充电电压的通断,Q3为 NMOS 管,用来控制蓄电池放电。单片机 RA2脚经限流电阻 R46 控制 NPN 三极管 Q8的通断,当单片机输出为高电平时,三极管 Q8导通,电阻 R33、 R31 经过 Q8接地,构成回路,电阻 R33、R31进行分压后接到 Q2的栅极,驱动 Q2导通;同理, 当单片机 RA2脚输出低电平时,Q2关断。其中小电容 C17用来防止电压突变对 Q2的影响, 使得电压变化略趋于平缓但又不会影响开关速度。单片机RC1脚经限流电阻 R45控制 NPN 型三极管 Q10和 PNP 型 三极管 Q11,从而控制 MOS 管 Q3的通断。当单片机 RC1脚输出高 电平,三极管 Q10导通, Q11截止,电压 VCC 经三极管 Q10、电阻 R51后控制 NMOS 管 Q3导通;当单片机 RC1脚输出低电平时,三极管 Q11导通,Q10截止,Q3结电容中的电通 过 Q11迅速释放,加速 Q3关断。电感 L1、电容 C18用于滤波,使输出电压更平稳。电 阻 R23为电流取样电阻,流过蓄电池的电流会在电阻 R23上产生压降,此电压在电路中用于判 断充电状态和充电阶段。
1.3 单片机系统电路 PIC16F676单片机6采用 RISC 型 CPU 内核,仅需学习35条指令,除了跳转指令以外所有指令都是单周期的,由于采用哈佛总线结 构,以及指令的读取和执行采用流水作业方式, 使得 PIC 单片机的运行速度大大提高 ;PIC 单片机是最节省程序存储器空间的单片机 ,驱动 能力强,每个 I/O 口的吸入和输出电流最大值可达 25mA。PIC 系列单片机集成了上电复 位电路、I/O 引脚上拉电路、看门狗定时器等,可以最大程度地减少或免用外接器件 , 以 便实现“纯单片”应用。
如图4所示,电阻 R1和电容 C15组成单片机复位电路,单片机 IC4和复位电路构成了单 片机最小系统。单片机1脚接电源 VCC,14脚接地,7脚通过二极 管 D9输出信号,当7脚输 出高电平时充电状态强制进入浮充状态 ,减小充电电流,防止损伤蓄电池。
电阻 R54为上拉 电阻,防止单片机输出的信号驱动能力不足而无法正常工作。单片机 9脚用于驱动 NMOS 管 Q3,11脚用于驱动 PMOS 管 Q2。普通三段式充电由于初始充电电流很大,这对于过放 电后的蓄电池是致命 的,因此必须进行判断。本文方案在充电初始阶段,单片机控制 MOS 管关断,利用电阻 R50和 R41对蓄电池电压进行分压,输入单片机 10脚,10脚采样蓄 电池 电压,判断蓄电池极性是否正确 ,如不正确,则不进行充电 ,利用指示灯进行提示 ;如正确, 再判断是否过放电,如果电压低于设定值,认定蓄电池过放电,则 采用小电流进行充电, 即涓流充电,当蓄电池可以承受大电流时再进入常规三段式充电阶段 。单片机12脚、13脚控 制指示灯 LD1,12脚控制红灯,13脚控 制绿灯,用于指示蓄电池充电状态。
