电动车锂电池充电器毕业设计(2)

河南工业职业技术学院毕业设计题目：电动车锂电池充电器电路设计*名：***学院：河南工业职业技术学院专业：电气自动化班级：电气0906学号：**********指导教师：***2011年11 月28 日摘要摘要电动自行车是绿色节能的交通工具，在节能环保的发展进程中电动自行车满足了消费者出行半径增大的需求。

另外，电动车电瓶采用锂电池越来越多。

利用开关电源实现对锂电池高效率充电是目前的发展趋势。

本设计通过认真调查锂电池充电注意事项，电动车用锂电池充电过程和充电曲线，综合运用了反激式开关电源技术，对电动车用锂电池充电器做了具体设计。

电路主要包括整流滤波电路、功率变换电路、稳压电路、恒流电路，充电指示电路，实现对锂电池分四个阶段高效率安全充电。

充电过程分微弱电流调节充电阶段，恒流充电阶段，恒压充电。

主电源部分采用线性光耦改变电流型PWM控制集成芯片UC3842中误差放大器的输入误差电压，实现稳压充电。

恒流电路实现对锂电池恒流充电。

电路设计满足客户要求，成本低廉。

关键词：反激式开关电源；锂电池充电器；UC3842；恒流充电目录摘要 (II)1 绪论 (2)1.1 电动车的发展概况 (2)1.2 锂电池简述 (2)1.3开关电源的产生与发展 (4)1.4 设计目的和要求 (4)1.5 主要设计内容 (5)2 开关电源概述 (4)2.1 隔离式高频开关电源 (4)2.2 本设计所用术语 (5)2.3 开关电源与线性电源 (6)2.4 开关电源能量损耗和寿命 (6)2.5 开关电源分类 (7)3 反激式开关电源 (8)3.1 反激式开关电源原理 (8)3.2 主要器件简介 (11)3.3 UC3842常用的电压反馈电路 (17)4 总体设计 (23)4.1电路组成 (23)4.2系统实现功能 (24)5主电源部分设计 (25)5.1 输入电路 (26)5.2 输入滤波电路 (27)5.3 变压器设计 (28)5.4 RCD箝位电路设计 (35)5.5开关管选择 (37)5.6输出滤波器 (38)6控制电路设计 (35)6.1低电流调节控制电路 (35)6.2恒流电路 (36)6.3充电指示电路 (37)参考文献 (40)附录1 本设计电路原理图 (42)2 本设计PCB图 (43)1 绪论1.1 电动车的发展概况电动自行车是绿色节能的交通工具，在城市化发展的进程中电动自行车满足了消费者出行半径增大的需求。

经过15年的快速发展，电动自行车产业已经进入了成熟期，产品的质量不断提高，技术创新成果普遍应用。

中国已成为全球电动自行车的制造、消费大国，目前中国市场年产销量超过2000万辆，整个产业链的经济规模达到1000亿以上，从业人员近500万人。

整车企业1000余家、6000余家相关联配套企业、100000家经销商、市场保有量达 1.2亿辆，电动自行车成为中国一个重要的产业，也是中国老百姓主要的交通工具。

目前平均每四户居民家庭中就有一辆电动自行车，电动自行车已经成为城乡人民生活中的一种重要的消费品。

2009年以来，面对世界金融危机的挑战，电动自行车产业依然保持了平稳发展。

中国自行车协会助力车专业委员会的统计，50家主要生产电动自行车的企业，1-8月份累计总产量为656万辆，同比增长13%。

另外，根据国家统计局的统计，1-8月份行业规模以上企业电动自行车产量累计生产为445.5万辆，同比增长8.7%。

两个不同口径的统计数字均说明，电动车的发展前景可期。

1.2 锂电池简述锂电池是一类由锂金属或锂合金为负极材料、使用非水电解质溶液的电池。

最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，使用以下反应：Li+MnO2=LiMnO2该反应为氧化还原反应，放电。

由于锂金属的化学特性非常活泼，使得锂金属的加工、保存、使用，对环境要求非常高，所以锂电池长期没有得到应用。

现在锂电池已经成为了主流。

随着数码产品如手机、笔记本电脑等产品的广泛使用，锂离子电池以优异的性能在这类产品中得到广泛应用，并在近年逐步向其他产品应用领域发展。

1998年，天津电源研究所开始商业化生产锂离子电池。

习惯上人们把锂离子电池也称为锂电池，现在锂离子电池已经成为了主流。

锂离子电池主要优点表现在：⑴比能量高。

具有高储存能量密度，目前已达到460-600Wh/kg，是铅酸电池的约6-7倍；⑵使用寿命长，使用寿命可达到6年以上，磷酸亚铁锂为正极的电池用1CDOD 充放，有可以使用10,000次的记录；⑶额定电压高（单体工作电压为3.7V或3.2V），约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压，便于组成电池电源组；⑷具备高功率承受力，其中电动汽车用的磷酸亚铁锂锂离子电池可以达到15-30C充放电的能力，便于高强度的启动加速；⑸自放电率很低，这是该电池最突出的优越性之一；⑹重量轻，相同体积下重量约为铅酸产品的1/5；⑺高低温适应型强，可以在-20℃--60℃的环境下使用，经过工艺上的处理，可以在-45℃环境下使用；⑻绿色环保，不论生产、使用和报废，都不含有、也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害重金属元素和物质；⑼生产基本不消耗水，对缺水的我国来说，十分有利。

锂电池的缺点：⑴锂原电池均存在安全性差，有发生爆炸的危险；⑵钴酸锂的锂离子电池不能大电流放电，安全性较差；⑶锂离子电池均需保护线路，防止电池被过充过放电；⑷生产要求条件高，成本高。

锂电池广泛应用于水力、火力、风力和太阳能电站等储能电源系统，邮电通讯的不间断电源，以及电动工具、电动自行车、电动摩托车、电动汽车、军事装备、航空航天等多个领域。

随着能源的紧缺和世界的环保方面的压力，锂电现在被广泛应用于电动车行业，特别是磷酸铁锂材料电池的出现，更推动了锂电池产业的发展和应用。

1.3开关电源的产生与发展随着大规模和超大规模集成电路的快速发展，特别是微处理器和半导体存储器的开发利用，孕育了电子系统的新一代产品。

显然，那种体积大而笨重的使用工频变压器的线性调节稳压电源已经过时。

取而代之的是小型化、重量轻、效率高的隔离式开关电源。

隔离式开关电源的核心是一种高频电源变换电路。

它使交流电源高效率地产生一路或多路经调整的稳定直流电压。

早在70年代，随着电子技术的不断发展，集成化的开关电源就已被广泛地应用于电子计算机、彩色电视机、卫星通信设备、程控交换机、精密仪表等电子设备。

这是由于开关电源能够满足现代电子设备对多种电压和电流的需求。

随着半导体技术的高度发展，高反压快速开关晶体管使无工频变压器的开关电源迅速实用化。

而半导体集成电路技术的迅速发展又为开关电源控制电路的集成化奠定了基础，适应各类开关电源控制要求的集成开关稳压器应运而生，其功能不断完善，集成化水平也不断提高，外接元件越来越少，使得开关电源的设计、生产和调整工作日益简化，成本也不断下降。

目前己形成了各类功能完善的集成开关稳压器系列。

近年来高反压MOS大功率管的迅速发展，又将开关电源的工作频率从20kHz提高到150-200kHz，其结果是使整个开关电源的体积更小，重量更轻，效率更高。

开关电源的性能价格比达到了前所未有的水平，使它在与线性电源的竞争中具有先导之势。

当然开关电源能被工业所接受，首先是它在体积、重量和效率上的优势。

在70年代后期，功率在100w以上的开关电源是有竞争力的。

到1980年，功率在50w以上就具有竞争力了。

随着开关电源性能的改善，到80年代后期，电子设备的消耗功率在20W以上，就要考虑使用开关电源了。

过去，开关电源在小功率范围内成本较高，但进入90年代后，其成本下降非常显著‘当然这包括了功率元件，控制元件和磁性元件成本的大幅度下降。

此外，能源成本的提高也是促进开关电源发展的因素之一。

1.4 设计目的和要求作为企业，为了赢得电动车电器配套市场，组织设计电动车用锂电池充电器。

本充电器设计要实现对电动车用锂电池高性能地充电。

通过认真调查锂电池充电注意事项，电动车用锂电池充电过程和各个参数，制作出电动车锂电池充电器。

1.5 主要设计内容根据调研电动车用锂电池充电曲线，设计本充电器电路实现对锂电池分四个阶段充电，实现充电器对电池高效率安全充电。

充电过程分微弱电流调节充电阶段，恒流充电阶段一，恒流充电阶段二，恒压充电。

本充电器电路采用反激式开关电源技术通过电路控制实现了上述过程。

当拿一个很亏的锂电池接上电路后就要经历这四个阶段。

为了保护过分放电的电池首先是微弱电流充电，冲到一定程度后以小电流恒流充电，然后以大电流恒流充电，最后恒压充电到截止。

本设计详细描述如下：当接上的锂电池电压低于3.3V时，首先充电器要以微弱的电流充电到3.3V。

达到3.3V后开始以400mA的小电流充电到5V。

然后就以4.12A的电流恒流充电。

当锂电池两端电压的升高逐渐接近开关电源的输出电压，恒流电路被破坏，电压反馈稳压阶段开始。

2 开关电源概述2.1 隔离式高频开关电源隔离式开关电源的变换器具有多种形式。

主要分为半桥式、全桥式、推挽式、单端反激式、单端正激式等等。

在设计电源时，设计者采取那种变换器电路形式，主要根据成本、要达到的性能指标等因素来决定。

各种形式的电源电路的基本功能块是相同的，只是完成这些功能的技术手段有所不同。

隔离式高频开关电源电路的共同特点就是具有高频变压器，直流稳压是从变压器次级绕组约脉冲电压整流滤波而来。

开关电源的基本方框如图2-1所示。

交流输入线路电压来自电网，首先要经过整流、滤波电路变成含有一定脉动电压成分的直流电压，然后进入高频变换部分。

高频变换部分的核心是有一个高频功率开关元件，比如开关晶体管、场效应管等元件，高频变换部分产生高频高压方波，所得到的高压方波送给高频隔离降压变压器的初级，在变压器的次级感应出的电压被整流、滤波后就产生了低压直流。

为了调节输出电压，使得在输入交流和输出负载发生变化时，输出电压能保持稳定，采用脉冲宽度调制电路和脉冲频率调制电路，通过对输出电压采样，并把采样的结果反馈给控制电路，控制电路把它与基准电压进行比较，根据比较结果来控制高频功率开关元件的开关时间比例(占空比)，达到调整输出电压的目的。

在方波的上升沿和下降沿。

有很多高次谐波，如果这些高次谐波反馈到输入交流线，就会对其它电子设备产生干扰。

因此，在交流输入端，必须要设置滤波器，把高频干扰减少到可接收的范围。

此外，为了使整个电路安全可靠地工作，还要设计辅助电路，主要包括过压、过流保护电路等。

2.2 本设计所用术语下面列出一些常用的开关电源术语，并给出解释，以备参考。

效率：电源的输出功率与输入功率的百分比。

其测量条件是满负载，输入交流电压为标准值。

ESR ：等效串联电阻。

它表示电解电容呈现的电阻值的总合。

一般情况下，ESR 值越低的电容，性能越好。

隔离式开关电源：一般指高频开关电源。