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基于软开关技术的智能充电系统的设计与实现

作　者: 苏昭峰
导　师: 黄琦
学　校: 电子科技大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 智能充电器 铅酸蓄电池 相移谐振软开关 三阶段充电法 MCU
分类号: TM910.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


阀控式免维护铅酸蓄电池作为一种经典的电力蓄能设备,在风力发电、太阳能发电迅猛发展和电动力交通工具广泛普及的今天,它以其低廉的价格和优越的性能依然受到广大用户的欢迎和喜爱。然而,像其它类型的蓄能电池一样,其本身的电化学性质决定了它还是一种相对娇气的设备。使用中若不注意,很容易受到各种不必要的损伤,从而降低设备性能缩短使用寿命甚至引发意外灾害。据统计,在铅酸蓄电池使用过程中最容易出问题的往往在于其充电环节上。因此,设计一款性能优良又符合现代节能要求的铅酸蓄电池充电系统尤为重要。本文以阀控式免维护铅酸蓄电池充放电过程中的电化学特性为依据,以高效和智能作为基本要求,介绍一种基于软开关技术的智能充电器的设计。考虑到提高系统的效率以减少能源浪费,本设计采用以TI全桥移相谐振DC-DC控制器UCC3895为核心的软开关功率单元作为充电执行机构,以期获得较高的电能利用效率。文章在对移相谐振零电压开关电源的工作原理进行详尽的分析的基础上,导出其设计原则和方法步骤。重点介绍了全桥移相谐振零电压开关电源相关磁性元器件的设计和全桥移相谐振零电压开关电源系统频率补偿电路的设计等工程实现当中的重要问题。为提高本充电系统的易用性和更好的电池适应性以及方便充电策略的优化升级,同时也出于对降低系统成本的考虑,本系统采用单片机来实现对充电电源单元的智能化控制。本文完成了以廉价的MC51兼容单片机STC12C54AD为核心的单片机控制系统的软硬件设计。为检验本充电系统的性能,本文利用三阶段充电法对本充放电系统进行了初步验证。结果表明:充电电源效率较高、稳定性较好,系统可控性也比较优良。值得进一步优化升级和推广使用。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景和意义  8
  1.2 国内外的研究现状  8-11
    1.2.1 蓄能设备的技术现状  8-9
    1.2.2 直流功率变换器的发展和现状  9-10
    1.2.3 充电设备的发展和现状  10-11
  1.3 本课题的主要工作  11-12
第二章 VRLA 电池电化特性及其对充电电源的要求  12-21
  2.1 铅酸蓄电池的电化原理  12-18
    2.1.1 铅酸蓄电池的主要电化学过程  12-13
    2.1.2 铅酸蓄电池充电过程中的副反应  13-14
    2.1.3 铅酸蓄电池充电过程中的极化现象  14-18
  2.2 铅酸蓄电池的充电方法介绍  18-19
    2.2.1 传统的充电方法  18-19
    2.2.2 现有的快速充电方法  19
  2.3 铅酸电池对充电系统的要求  19-21
第三章 单片机充电控制系统的软硬件设计  21-27
  3.1 单片机充电控制系统简介  21
  3.2 单片机充电控制器硬件电路设计  21-25
  3.3 智能充电控制系统的软件设计  25-27
第四章 FB-PS-ZVS-PWM 直流功率变换器工作原理分析  27-41
  4.1 软开关技术介绍  27-29
  4.2 FB-PS-ZVS-PWM 变换器电路介绍  29-30
  4.3 FB-PS-ZVS-PWM 变换器设计相关问题的定量分析  30-41
    4.3.1 实现ZVS 零电压软开关的条件  30-31
    4.3.2 副边占空比减小的问题  31-33
    4.3.3 FB-PS-ZVS-PWM 变换器的传递函数  33-41
第五章 FB-PS-ZVS-PWM 软开关充电电源设计  41-57
  5.1 充电电源的性能及功能要求及总体结构  41-42
  5.2 直流功率变换器主要单元电路的设计  42-47
    5.2.1 功率变换器控制电路设计  42-44
    5.2.2 电流检测电路设计  44-45
    5.2.3 电流和电压控制电路设计  45-46
    5.2.4 栅极驱动电路设计  46-47
  5.3 重要元器件的选择与制作  47-57
    5.3.1 功率器件和输出滤波电容的选择  47-48
    5.3.2 相关磁性元器件的设计与制作  48-52
    5.3.3 控制环路的频率补偿设计  52-57
第六章 实验平台和测试结果  57-60
  6.1 实验平台和实物介绍  57-58
  6.2 部分测试结果  58-60
第七章 总结和展望  60-62
  7.1 本文总结  60
  7.2 下一步工作和展望  60-62
致谢  62-63
参考文献  63-65

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 一般性问题 > 充电方式、充电设备
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