微机控制的大功率充电电源的研制

摘要：介绍了微机控制的大功率充电电源,它采用pC/104工控机作为核心,全桥变换器拓扑电路作为主电路,能够对多种动力锂电池以多种充电方式进行充电。经大量的实际应用证明,设备性能稳定、工作可靠、抗干扰能力强,解决了动力锂电池充电技术的难题,有广阔的应用前景。关键词：充电电源pC/104工控机全桥变换器动力锂电池

对电动汽车能源的动力锂电池及其充电技术的研究,往往要针对不同种类的动力锂电池进行多种充电方式的充电试验。这就要求研制的充电电源不仅能对不同种类的动力锂电池进行充电,而且要能够进行多种充电方式的充电。而目前国内市场上销售的充电电源,无论是常规充电电源还是智能化充电电源,都往往是针对某一类动力锂电池的,并且只能采用单一充电方式进行充电。因此为了进行动力锂电池充电技术的相关研究,往往要购买多台充电电源或自行研制相应的充电电源。前者要大量的资金和宽阔的试验场地,而后者要较强的专业技术和较长的开发周期。本课题研制了微机控制的大功率充电电源。该电源采用pC104工业计算机作为控制核心,选取全桥变换器拓扑电路作为主电路,通过控制主电路在不同时刻的输出电流和输出电压,可以实现多种充电方式充电;通过预置不同的参数,可以对多种动力锂电池进行充电;通过结合液晶显示屏和手控盒,可以方便地实现充电方式和充电参数的预置及各采样数据(电池端电压、充电电流、电池表面温度等)的显示。1硬件设计1.1主电路设计充电电源的主电路采用目前技术上比较成熟的全桥变换拓扑电路[1],其原理图如图1所示。三相380V交流电压经三相整流桥整流、电容滤波后得到约514V的直流电压,经全桥逆变电路变换后得到高频脉冲电压,再经高频变压器隔离变换后,由高频整流器整流及滤波器滤波后得到所需的直流电压。主电路的pWM控制方式采用常规的pWM控制方式。功率开关器件采用新型的复合器件——绝缘栅双极晶体管1GBT,它集MOSFET和GTR的优点于一体,具有输入阻抗高、电压型驱动控制、开关损耗小、饱和电压低、通断速度快、热稳定性好等优点,是大功率全桥变换器的首选功率开关器件。变换频率取为20kHz,利于减小高频脉冲变压器及副边滤波用扼流圈的体积和重量。二次整流器件采用快恢复二极管,利于减小整流管反向恢复时间对输出电压的影响。

1.2控制系统设计充电电源重要由主电路和控制系统组成。控制系统以pC/104嵌入式工业计算机为核心,配以接口电路、采样电路、pWM控制电路及IGBT驱动电路等,可按照预置自动控制充电过程,并在充电过程中进行充电数据(包括电池端电压、充电电流及电池表面温度等)的自动采集、实时显示、批量存储及分析处理等。控制系统组成框图如图2所示。1.2.1pC/104嵌入式工业计算机控制系统之所以采用pC/104嵌入式工业计算机,重要是考虑到pC/104嵌入式工业计算机具有以下几方面的显著特点[2]:(1)小型化。pC/104采用模块化的设计方法,单个模块的体积为90mm