一种新型快速脉冲充电电路的设计
正负脉冲充电器的设计
正负脉冲充电器的设计陈志前Design of a positive and negative pulse chargerZhiqian chen摘要：本介绍了脉冲充电器的原理，以及通过单片机的控制实现对蓄电池进行智能脉冲充电的设计方法。
关键词：铅酸蓄电池，正负脉冲，充电。
Summary：This introduces the principle of pulse charger, and through the single chip microcomputer control to realize intelligent battery charging the design method of the pulse。
Key words: lead-acid storage battery，positive and negative pulse，charge1、概述，随着人们对环境污染的日益重视，铅酸蓄电池由于制造成本低、容量大、成本低等优点，在人们的日常生活中已经是一个非常常见的储能方式了，常见的如我们风光互补发电系统的储能部分大部分就是采用铅酸蓄电池；我们日常的代步工具——电动自行车，它的能源也是来源于铅酸蓄电池。
但是在蓄电池的使用中，由于使用方法的不同，对蓄电池的使用寿命也产生很大的影响。
充电方式的选择就是其中主要因素。
目前我们主要的蓄电池充电方式有恒压限流、恒流充电以及快速充电法等几种。
这几种常见充电方法在现实的应用中各有优缺点。
正负脉冲充电器的就是我们常用一种充电器。
在这里我们着重介绍正负脉冲充电器的工作原理。
2、脉冲充电的原理美国科学家马斯对蓄电池的充电过程的出气问题作了大量的直言和研究工作，提出了以最低出气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，在充电过程中，只要充电电流不超过蓄电池的可接受的电流，蓄电池内部就不会产生大量的气泡。
常规的三段式充电在充电初期，充电电流远小于蓄电池的可接受充电电流，因而充电时间较长，充电过程后期，充电电流有大于蓄电池的可接受电流，因而蓄电池内部会产生大量的气泡，如果在整个充电过程中能使用实际充电电流始终等于会接近于蓄电池可接受的充电电流进行充电，，却是可以大大加快充电速度，然而，充电过程中蓄电池产生的极化电压会阻碍本身的充电。
锂电池智能充电原理,设计电路,充电方法.
第三部分毕业设计正文锂电池充电器的设计[摘要] 本设计以单片机为控制核心，系统由指示灯电路、电源电压与环境温度采样电路、精确基准电压产生电路和开关控制电路组成。
实现了电池充电、LED指示、保护机制及异常处理等充电器所需要的基本功能。
本文对锂离子电池的参数特性、充电原理与充电方法进行了详尽的描述，并提出了充电器的设计思想和系统结构。
该电路具有安全快速充电功能，可以广泛应用于室内外单节锂离子电池的充电，如手机、数码产品电池等。
[关键词]锂离子电池，充电器，硬件电路，软件设计The design of lithium battery chargerSui Chaoyun0701 electricity techniqueAbstract:This design uses SCM system for the control of core, it includes the pilot lamp circuit on system, sampling circuit about voltage and temperature, the causes about standard voltage and switch controls. The circuit achieves charging battery, LED instructions, the protection mechanism and exception handling, and other functions. This paper introduces the following things: parameters of lithium-battery, principles and methods on charge, design thinkings and system structure about charger, and it describes the functional mode of the charger in detail,moreover it proposes the thinking of plan and structure of a system.The circuit which be planed have functions of safety,rapid and so on. It can use in the charge of Lithium-ion battery that is only far-ranging,such as the battery ofcellphone,digital product and so on.Key words: Lithium-ion battery, Charger, Hardware circuit, Software design目录第一章绪论 (1)1.1 课题的背景及目的 (1)1.2 论文的构成及研究状况 (1)1.3 锂电池充电器的功能描述 (2)第二章锂电池充电器的介绍及系统设计框架 (3)2.1 锂离子的介绍 (3)2.1.1 锂离子电池的发展 (3)2.1.2 锂电池的工作原理及结构 (3)2.1.3 锂电池充电器的充电特性 (5)2.2 系统设计框架 (6)2.3 锂电池充电方法 (8)2.3.1 恒流充电(CC) (8)2.3.2 恒压充电（CV） (8)2.3.3 恒流恒压充电（CC/CV） (9)2.3.4 脉冲充电 (9)第三章锂电池充电器的设计 (10)3.1 锂电池充电器的工作原理 (10)3.1.1 89C51芯片简介 (11)3.1.2 系统指示灯电路 (12)3.1.3 电源电压与环境温度采样电路 (12)3.1.4 精确基准电源产生电路 (13)3.1.5 开关控制电路 (14)3.2 锂电池充电器的设计理念 (15)3.2.1 设计思路 (15)3.2.2 系统主流程 (15)3.2.3 充电流程设计 (17)3.2.4 程序设计 (18)结束语 (31)致谢 (32)参考文献 (33)第一章绪论1.1 课题的背景及目的电子信息时代使对移动电源的需求快速增长。
快速稳定的cmos电荷泵电路的设计_概述说明
快速稳定的cmos电荷泵电路的设计概述说明1. 引言1.1 概述CMOS电荷泵电路作为现代电子设备中广泛应用的关键组成部分之一，可以实现电荷的积累和转移，从而达到升压、降压或者反相等功能。
它具有体积小、功耗低、响应速度快等特点，在数字和模拟电路领域得到了广泛的应用。
本文旨在设计一种快速稳定的CMOS电荷泵电路，通过优化设计方法，提高频率特性以及增加稳定性，能够在高效率和低功耗的情况下工作。
对于CMOS电荷泵电路的设计原理进行深入剖析，并提出一种可行且有效的设计方法，通过实验验证其性能并进行结果分析与讨论。
1.2 文章结构本文共包含五个主要部分。
引言部分对文章进行了总体概述；第二部分介绍了CMOS电荷泵电路的设计原理，包括其概述、基本原理及工作方式以及需要考虑的因素；第三部分详细说明了快速稳定的CMOS电荷泵电路设计方法，主要包括高频特性提升技术、增加稳定性的方法和优化功耗和效率的措施；第四部分介绍了实验结果与讨论，包括设计方案介绍、实验条件与参数设置以及结果分析与讨论；最后一部分是结论与展望，对本文的主要研究结果进行总结，并展望未来的研究方向。
1.3 目的本文的目的在于提供一种快速稳定的CMOS电荷泵电路设计方法，以满足现代电子设备对升压、降压或反相等功能的需求。
通过研究CMOS电荷泵电路的设计原理和需要考虑的因素，提出有效的设计方法，尽可能提高其工作频率、稳定性并降低功耗。
通过实验验证和结果分析，评估所提出方法的性能优劣，并为进一步研究提供参考。
最终旨在推动CMOS电荷泵技术在电子设备领域的应用和发展。
2. CMOS电荷泵电路的设计原理：2.1 CMOS电荷泵概述：CMOS电荷泵是一种常见的直流-直流（DC-DC）转换器，在集成电路中广泛应用于电源管理等领域。
它通过周期性切换的方式实现了高压与低压之间的转换。
CMOS电荷泵由一系列开关和电容组成，可以产生所需倍数的输入电压。
2.2 基本原理及工作方式：CMOS电荷泵的基本原理是利用开关将电容器中的电荷转移到输出端，并通过串联或并联连接多个级联以实现所需输出电压。
锂电池五阶段新型快速充电方法研究
锂电池五阶段新型快速充电方法研究李文华;王炳龙;马源鸿;王立国【摘要】介绍了锂电池快速充电的原理.为了实现锂电池的高效快速充电,在分析了充电过程中锂电池出现的极化现象的基础上,提出了一种五阶段快速充电方法.通过改变每个阶段脉冲的周期和脉冲的幅值,使锂电池的接受电流能力大小和充电效率达到最大,从而实现快速充电.利用MATLAB/Simulink对五阶段新型快速充电方法进行了仿真分析,结果表明和传统多阶段恒流方法及多阶段普通脉冲方法相比,五阶段新型快速充电明显减少了充电时间.【期刊名称】《电源技术》【年(卷),期】2018(042)006【总页数】4页(P759-761,845)【关键词】锂离子电池;去极化;间歇-正负脉冲【作者】李文华;王炳龙;马源鸿;王立国【作者单位】河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130;河北工业大学电气工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TM912近年来，电动汽车发展迅速，导致对大容量动力电池的需求日益增大。
锂离子电池由于其体积小、质量轻、循环寿命长、能量密度大、可大电流充放电等独特性能被广泛应用于电动汽车[1]。
针对电动汽车的应用，要求锂离子电池能快速、高效率地充电，同时还要尽量保证电池有较长的使用寿命[2-3]。
锂离子电池的性能和使用寿命与充电方法的选择有密切关系，选择一种高效的充电方法对锂电池非常重要[4]。
目前动力电池主要存在着充放电时间长、循环寿命短、电池的稳定性差和充放电效率低等问题。
基于这些问题，本文从省时、高效率和高功率的角度出发，对动力电池的充电方式进行了改进，针对锂电池充电过程中出现的极化现象和充电时间长等问题，提出了五阶段快速充电方法，并和传统的多阶段恒流充电方法和多阶段普通脉冲充电方法进行了比较。
1 快速充电工作原理1.1 快速充电基础理论20世纪60年代中期美国科学家马斯在实验证明的基础上提出了以最低析气率为前提的蓄电池可接受充电电流的曲线，如图1所示。
电容储能型高功率脉冲电源的电路原理
1 电容储能型高功率脉冲电源的基本原理1.1电路原理对一个电功率输出系统而言，当其存储的能量E一定时，缩短这些能量的输出时间t，就能增大输出功率P（P=E/t），从而形成负载所需要的高功率脉冲信号。
因此，原理上所有产生高功率脉冲的方法都是基于能量的慢速存储与快速释放，本文所讨论的电容储能型高功率脉冲电源（Pulsed Power Supply, PPS）也不例外。
（注：本文主要讨论的是输出电流脉冲宽度为数十微秒到数十毫秒的电容储能型高功率脉冲电源，为了叙述方便，下文中若无特别说明，一律简称为“脉冲电源”）。
从功能实现的角度分析，脉冲电源的工作电路至少由两个基本回路组成：（1）电容充电电路，它是将能量慢速储存到脉冲电容器的电路。
（2）脉冲放电电路，它是将脉冲电容器所存储的能量快速释放的电路。
二者以脉冲电容器为核心，最简单的实现电路如图1所示。
图中C表示脉冲电容器，U ch表示小功率充电电源，S ch表示充电开关，R ch表示充电隔离电阻，S P表示脉冲放电开关，L P脉冲成形电感器（调波电感器），R G表示负载。
图1-1 脉冲电源的电路原理图图1-1中脉冲电容器是能量存储单元（储能电容器），起隔离充电电路和脉冲放电电路的作用，一方面它是电容充电电路的恒定负载，另一方面它也是脉冲放电电路的激励源。
图1-1电路所示的脉冲产生过程如下：（1）充电：首先S P断开，使S CH闭合，U CH为脉冲电容器慢速充电；（2）放电：在充电至额定电压以后，首先S CH断开，使S P闭合，C经L P对R G快速脉冲放电。
在实际研制的脉冲电源中，与电容充电电路相对应的部件是电容充电电源（Capacitor Charging Power Supply, CCPS），与脉冲放电电路相对应的部件是脉冲成形网络（Pulse Forming Network, PFN）。
1.2电容充电电源的类型电容充电电源是用于初始能量转换与功率调整的部件，它将初始能量进行功率调整，使其具有较高的电压，进而转化为在脉冲电容器中存储的电能。
电动车充电器的设计原理图及电动车充电器原理图
电动车充电器原理图电动车充电器36V/48V一、CD-L-36型电动自行车电池充电器这是一种脉冲调制(PWM)式开关电源充电器，具有恒流充电、充电电压监测防过充和涓流充电等功能。
1．主要技术参数：(1)输入电源电压为175～266V(50Hz～60Hz)。
(2)输出电压：44.3V±0.3V。
输出电流(视电池容量不同)：1.8—2A。
若被充电池容量为12Ah，则充电时间约为9小时．充电效率约为88%。
2．电路原理测绘电路原理图见附图1所示。
市电经C1、L共轭抗干扰电路、D1～D4整流、BT扼流、C3滤波后形成310V左右直流电压，经启动电阻R1、R2加至脉宽调制IC1(TL3842F)⑦脚，IC1起振，从⑥脚输出激励脉冲，激励V1(ZRFP750)场效应管，T初级线圈N1有脉冲电流，N2产生感应电流经D5、R4回授给IC1⑦脚供电，使IC1建立稳定的振荡脉冲输出。
同时，在N3感生的电流经D7(BYW29)整流、C16滤波后输出44V±0.3V充电电压。
当输出端接上被充电池(残余电压为32V左右)时，将输出1.8A～2A的充电电流，在充电限流/恒流取样电阻R8(1.5Ω)上的压降大于(TC431)中2.5V基准比较电压，使V3 K极电位降低，LED2(红)发光，表示正在充电。
V5、R28、R26、R18等构成电压监测电路，以保证不过充。
由于开始充电时，被充电池电压较低，而且在R18上的恒流充电电压降较大，所以V5(TC431)的R端电压远低于2.5V，V5 K极电位较高，LED2(绿)不亮，IC2①、②脚间电压很小，其④、⑤脚间内阻呈高阻抗，使IC1②脚(误差放大器反相输入端)的电位较低；①脚电位保持不变，所以⑥脚保持输出脉宽较宽且较稳定的激励脉冲，使T次级持续输出额定充电电流。
随着充电电压上升，当将要达到额定电压(44V)时，由于V5的反馈作用．充电电流也有所下降，V5 R极取样电压高于2.5V，V5 K极电压立即下降，使IC2①、②脚间电压升高，④、⑤脚间内阻下降，IC1②、①脚电压均上升，使⑥脚输出脉冲宽度变窄，T次级输出电流大大减小。
系统设计组-磷酸铁锂动力电池组快速充电系统的研究报告
系统设计组磷酸铁锂动力电池组快速充电系统的研究摘要本文根据电动汽车充电要求，选用三相电流型PWM整流器拓扑作为主电路，并对三相电流型PWM整流器的SPWM间接电流控制算法进展理论推导。
完成了三相充电装置主电路的硬件设计，搭建了实验平台，软件调试通过基于模型的嵌入式代码生成的设计实现；完成了开环和闭环实验，实现了功率因数校正；对磷酸铁锂电池组进展了不同电流充电实验，实验结果显示该方法可以输出任意给定的充电电流，实现了电动汽车电池组的快速充电。
ABSTRACTAccording to the actual needs, choose 3-Phase PWM Current Source Rectifier (CSR) topology as mainly power circuit. Analyzed and pared several major control method of3-Phase CSR，and mainly researched the SPWM ternary logic and control methods detailed.pleted a three-phase current source rectifier main circuit hardware design and builtthe e*perimental platform, the software debuggingimplemented based on the modular design.pleted the open and closed loop e*periments, achieving power factor correction.A group of Lithium iron phosphate batteries has been charged by different current, e*perimental results showed that this method can achieve constant current , realize the electric car batteriesrapid charging.1 引言现在开展电动汽车是解决能源危机和环境污染的最正确方案之一。
基于单片机的智能快速充电器设计
基于单片机的智能快速充电器设计作者：董志斌李鑫陈玉玲来源：《卫星电视与宽带多媒体》2020年第02期【摘要】本文所设计的方案添加高性能的微处理控制器以及A/D转换电路来确保充电器安全。
本文同时对系统的硬件组成部分数据采集电路、控制电路以及电源电路进行介绍，同时对充电器的控制中心AT89C52进行详细介绍。
该智能快速充电器是一款可靠、稳定、低成本等优点。
【关键字】AT89C52;快速充电;A/D转换随着电子商品的多样化应用，充电器成为必不可少的一部分，设计使用的智能充电器由单片机处理、控制充电过程，在需要精准、缜密且快速充电的背景下设计了一款智能充电器，可以自动且有效地计算电池现有电量和剩余充电时间，所谓的智能充电器即为可通过改变参数来适应其他方面的设计要求。
1. 设计要求本文的智能充电器设计采用AT89S52单片机对系统进行控制，其目的为可智能快速充电。
充电器在AT89C52的控制下，可以对被充电设备电池的电压、电流信息进行实时采集，同时对充电过程进行智能控制，实现精准充电防止对器件损坏。
充电器可将被充电设备中电池电量和剩余充电时间测算出来，此外系统可以通过改变参数使智能充电器应用于各类电池的充电。
对于智能充电的研究在不断更新中，既要实现功能的全面，同时又要实现便捷携带，为此选用的元件既要检测精准、体积小同时还要考虑经济问题。
本次设计要实现的智能充电器主要可以实现提供基本的电压、电流，实现充电效果，同时可以根据需求调节电流的大小。
实现充电结束的自动断电功能。
同时系统为了更加智能可视化，添加有显示模块，对电池的电量、剩余的充电时间进行测算，为使用者提供直观快速的信息提示。
2. 元器件选择系统中单片机部分选用的是AT89C52最小控制系统，由于该类单片机可以为多数嵌入式控制应用提供灵活有效的方案，可以用于较宽的控制领域。
AT89C52单片机可以实现本次研究设计的功能，不仅实现充电的便捷，同时也实现充电的智能化，为研究智能充电器提供智能模块。
高速脉冲峰值保持电路的设计_吴宁
3.2 尖峰电压的消除 在调试过程中笔者发现，当电路由采样状态切换到保持
状态的瞬间，输出端产生了尖峰电压。 起初，笔者降低输入逻 辑输入信号的幅度（由 12 V 降 低 到 1 V），但尖 峰 电 压并 没 有 很好的消除。 经过对于 LF398 各管脚间耦合情况的分析测试 得 出 ：尖 峰 电 压 是 由 于 LF398 进 入 保 持 状 态 的 同 时 ，逻 辑 输 入信号通过电路板布线间寄生电容耦合和漏电耦合到模拟 信号输入端引起的。假设逻辑输入端（也就是 LOGIC 引脚）与 保 持 电 容 存 在 着 1 pF 的 寄 生 电 容 ， 保 持 电 容 是 0.01 μF，那 么 当 逻 辑 输 入 端 由 0 V 跳 变 到 5 V，LF398 从 采 样 状 态 切 换 到保持状态时， 相当于在模拟输入端增加了约 1 mV 的输入 信号，因而会在输出端产生尖峰。 可以采取以下措施消除尖 峰：一是在布线时逻辑输入端走线与模拟输入端走线尽可能 远些；二是将模拟输入端用地线包围起来，降低线间寄生电 容耦合和漏电耦合干扰。
1 峰值保持理论
证 A/D 转换器的正常工作，则
ΔVi|Δt=tC
=Vm
ωtC≤
1 2
（
Vm 2n-1
）
（2）
由上式可得输入信号所允许的最大频率为
fmax=
1 2n+1·π·tC
（3）
设 8 位 A/D 转换器 的 转 换时 间 tc=100 μs，代 入上 式 计 算
可得，A/D 转换器的所允许的最大输入信号频率 fmax=6 Hz。 为
图 3 峰值保持电路原理图 Fig. 3 Schematic diagram of peak hold circuit
LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计
LCC串并联谐振充电高压脉冲电源设计摘要：为了获取高重复频率、陡前沿高压脉冲电源，将LCC串并联谐振变换器用作高压脉冲发生器的充电电源。
分析了LCC串并联谐振变换器在电流断续模式下的工作模态,给出了逆变器的参数设计原则。
用PSIM对高压脉冲电源进行仿真分析和实验分析，并验证了设计思想的正确性。
关键词：高压脉冲电源； LCC；谐振软开关；全桥逆变采用MARX发生器获取陡前沿高压窄脉冲的电路较复杂，而且陡化前沿有许多设计和工艺上的困难；采用电感断路的方式容易获取高压脉冲输出，但对电感的充电必须迅速，而且储能时间不能过长，电源需具备较高的内阻和较大的功率，而断路开关是其发展的瓶颈。
与电感储能装置相比，电容器的稳定且可重复的快速闭合开关要普及得多，电容器的能量保持时间远远大于电感储能装置，并且可以小电流充电降低对充电功率的要求。
充电电源的高效率和小型化主要由充电电路决定，传统高压功率脉冲电源一般采用工频变压器升压，采用磁压缩开关或者旋转火花隙来获取高压脉冲，因而大都比较笨重，且获得的脉冲频率范围有限，其重复频率难以调节控制、脉冲波形不稳定、可靠性低、成本高。
本文将LCC串并联谐振变换器作为高压脉冲电源的充电电源。
LCC串并联谐振变换器结合了串联谐振变换器抗短路特性和并联谐振变换器抗开路特性的优点[1]，在输出电压、输出电流强烈变换的场合有着良好的特性和较高的变换效率。
本文介绍了系统结构及LCC充电电路原理，以及采用通过仿真软件PSIM对LCC充电过程和发生器放电输出进行的仿真分析。
1 LCC谐振变换充电高压脉冲电源系统结构1.1 电源主电路结构和工作原理电路由工频整流滤波、功率因数校正电路PFC(Power Factory Correction)、LCC谐振变换器、高频整流、电容充电储能、电感缓冲隔离、IGBT全桥逆变及脉冲升压变压器等单元构成。
电路工作过程：220 V交流通过整流滤波和PFC校正得到输出连续可调的直流，通过LCC串并联谐振逆变经高频升压后向储能电容C充电，经过IGBT全桥逆变拓扑结构实现双极性脉冲输出。
脉冲电源介绍课件
产业前景
市场规模持续增长
随着脉冲电源在各领域的广泛应用，市场规模将继续保持增长态 势。
竞争格局日益激烈
随着技术的不断进步和应用领域的拓展，脉冲电源行业的竞争将越 来越激烈。
政策支持推动产业发展
政府对新能源、节能环保等领域的支持力度不断加大，将为脉冲电 源产业的发展提供有力保障。
PART 05
脉冲电源的实际案例分析
通过精确控制电流和电压，脉 冲电源可以有效降低设备的工 作温度和应力，从而延长设备 的使用寿命。
高精度控制
脉冲电源采用数字化控制技术 ，可以实现高精度的电流和电 压调节，满足各种精密设备的
需求。
挑战
电磁干扰问题
脉冲电源在快速切换过程中会产生较强的电磁干扰，可能影响周围设 备的正常运行。
电源稳定性问题
科研案例：材料研究
总结词
脉冲电源在材料研究中具有重要价值， 能够促进新材料的发现和应用。
VS
详细描述
在材料研究领域，脉冲电源的应用主要涉 及电化学合成、电镀和电泳等方向。通过 利用脉冲电源的特性，研究人员可以控制 材料的生长和形貌，合成具有优异性能的 新型材料。同时，脉冲电源还可以用于研 究材料的电学、光学和磁学等性质，为新 材料的开发和应用提供有力支持。
脉冲电源的发展趋势与未 来展望
技术创新
高效能
模块化设计
随着电力电子技术的进步，脉冲电源 的能效越来越高，能够满足更严格的 能源消耗要求。
采用模块化设计理念，脉冲电源的维 护和升级更加便捷，提高了设备的可 靠性和使用寿命。
智能化
通过引入人工智能和大数据技术，脉 冲电源具备了自我学习和调整的能力 ，可以根据负载需求自动优化输出参 数。
医疗治疗设备
基于PIC单片机的电动车正负脉冲式快速充电站设计
充 电速 度 ， 短 充 电时 间 ， 高 充 电效 率 。理 缩 提 想 的正 、 脉冲 充 电波形如 图 ２所 示 。 负
马斯 曲线 的表 达式 为
， ＝ １ｅ ０ （ １
式中
， — 充 电接受 电流 —
， — 最 大初 始 电流 ｎ —
厂 厂 厂 一 ］＿ ＿ ］ ］
马斯 曲线 是 一 条 自然 接 受 曲线 ， 果 充 电 电 如
电动 车快 速补充 电能 的智 能快 速充 电站 。该充 电
王春 芳 （ ９５ ） 男 ， 教 授 ， 究 方 向为 电力 电 子 与 电力 传 动 。 １６ 一 ， 副 研 李
一
强 （ ９６ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向为 电 力 电 子技 术 应 用 及 开 关 电 源技 术 。 １８ 一 ， 硕 研
输 出满 足 蓄 电池 快速充 电的 电压 、 电流 。
（ ）对 于任 何 给定 的放 电量 ， 电池 充 电电 ２ 蓄
流接 受 比 ０与放 电 电流 ， 的对 数成 正 比， ． 即
＝
ｌｇｋｄ ｏ ｌ
（） ３
式 中
—
— — 放 电量 常数 ， 视放 电量 的多 少而定
脉冲式高效率LLC谐振变换电池充电器
脉冲式高效率LLC谐振变换电池充电器赵振兴;胡晓东【摘要】结合快速脉冲充电方法,利用蓄电池经过瞬时放电去极化后受电能力较强的特点,同时结合蓄电池的脉冲充电曲线,合理选择谐振腔电压增益和谐振频率点,给出了一种LLC谐振式充电器的设计方法,解决了传统LLC谐振变换充电器轻载条件下效率低的问题,提高了充电器充电全过程的综合效率.方案在一个输入390 VDC,输出48～75 VDC,输出功率720 W的样机上得到验证,结果表明,充电器峰值效率达94.7％,最低效率89.4％,全过程的综合效率达92.3％.【期刊名称】《湖南工程学院学报（自然科学版）》【年(卷),期】2018(028)001【总页数】7页(P25-30,34)【关键词】综合效率;LLC谐振变换器;脉冲充电【作者】赵振兴;胡晓东【作者单位】湖南工程学院电气信息学院,湘潭 411104;湖南工程学院电气信息学院,湘潭 411104【正文语种】中文【中图分类】TM460 引言蓄电池在工业生产、交通以及物流运输等领域得到普遍应用，市场需求要求蓄电池充电设备应当具备高功率密度、充电速度快、电能变换效率高的特点.目前针对蓄电池充电设备的研究主要集中在快速充电方法和充电设备的变换效率上[1-3].做为一种比较先进的拓扑结构，LLC谐振变换器在充电设备中的应用近几年得到了广泛关注[4-8].LLC谐振变换器具备下列优点[4]：⑴功率开关管可以实现零电压开通(ZVS)，大大降低了开关损耗；⑵次级整流二极管可以实现零电流关断(ZCS)，大大降低了次级整流二极管的电压应力和开关损耗；⑶输出不需要滤波电感，降低损耗的同时减小了设备的体积；⑷工作在PFM模式，EMI小，变换效率高，功率密度大.因此LLC 谐振变换器对蓄电池充电器设计无疑是具备较大吸引力的.但是LLC谐振变换器在轻载时工作频率高于谐振频率，变换器进入了电流连续模式(CCM模式)，此时，MOSFET的关断电流增大，次级整流二极管失去ZCS特性，变换效率降低，且随着频率增大，变换器的效率快速下降，因而降低了整个充电过程的综合效率.近年来，为了提高LLC谐振变换充电器的轻载效率，很多学者进行了大量的研究，主要成果有如下几个方面：文献[4]采用一个双向功率开关器件实现双变压器可控并联，通过改变激磁电感和谐振电感比值k，调节重载和轻载时的输出电压增益，实现轻载时效率的提高.但控制复杂，成本增加(增加了一个变压器和一个双向可控开关器件)；文献[5-6]在轻载时采用Burst模式，降低轻载时的开关频率，提高轻载时变换器效率，但采用该方法会使得控制复杂，且充电时过于频繁的扰动电流将对电池寿命产生不良影响.文献[7-8]采用蓄电池的V-I平面曲线来规划谐振腔的设计点，有效拓宽了变换器的高效率区间，但是仍无法避免轻载时LLC谐振变换器进入CCM模式.本文结合快速脉冲充电方法，利用蓄电池经过瞬时放电去极化后受电能力较强的特点，使LLC谐振变换器避免工作在轻载状态，同时结合蓄电池的脉冲充电曲线，合理选择谐振腔电压增益和谐振频率点，解决了LLC谐振变换器工作在轻载状态进入CCM模式时，MOSFET的关断电流增大，次级整流二极管失去ZCS特性而造成变换效率降低的问题，给出了一种LLC谐振式充电器的设计方法，实现全充电过程LLC变换器基本工作在电流断续模式(DCM)，提高LLC谐振变换器整个充电过程的综合效率.1 LLC谐振变换器FHA及区间效率分析1.1 LLC谐振变换器基波分析(FHA)图1所示是半桥LLC谐振变换器拓扑结构图.Vin为采用升压拓扑的有源功率因素校正(APFC)输出的直流电压，当电网电压波动时，APFC模块具备稳压功能，保证电压Vin稳定，因此后级LLC谐振DC/DC变换器的电压增益设计可以不需考虑电网的波动；Q1和Q2为构成半桥电路的功率MOSFET；次级采用全波整流.图1 半桥LLC谐振变换器关于LLC谐振变换器的工作原理及FHA模型在文献[9]中有详细描述.根据FHA模型分析，由Cr、Lr和Lm构成的谐振腔存在两个谐振频率：(1)(2)为简化后续分析，给出一些重要的定义：(3)式中，RL为变换器的负载电阻，Np和Ns分别为变压器初级和次级绕组匝数.谐振腔的直流增益表达式为：(4)根据公式(4)可以得到增益曲线如图2所示.根据LLC变换器工作频率的不同，可以分为3个区域.从图2中可以清楚的看出：在区域1，工作频率fs大于谐振频率fr1，LLC谐振变换器的功率开关管工作在ZVS导通状态，但次级整流二极管失去ZCS关断特性，随着工作频率的继续增大，变换器的效率快速下降；在区域2，fr2<fs≤fr1，LLC谐振变换器功率开关管工作在ZVS导通状态，次级整流二极管工作在ZCS关断状态，整个变换器的效率较高；区域3，功率开关管失去ZVS导通特性，使LLC谐振变换器工作在不安全状态，应尽量避免LLC谐振变换器工作在该区域.开关频率过低或者负载过重可能导致LLC谐振变换器进入该区域，因此必须有快速可靠的保护电路.图2 基于FHA的LLC谐振变换器典型增益特性曲线1.2 区间效率分析传统的铅酸蓄电池三阶段充电法的充电曲线如图3所示，在起始的恒流充电(constant current：CC)阶段，输出电压随着充电的进行非线性增加；当电压达到设定电压点时，充电器转为恒压充电(constant voltage：CV)阶段，在此阶段，随着充电的进行，输出电流非线性减小；当输出电流减小到一定程度后进入浮充阶段，保持一个恒定的小电流恒流充电，在此过程中输出电压略有升高，直到充电结束.可见，在整个充电过程，变换器的输出功率和输出电压在一个较大的范围内变化.通常的充电器设计方法是将恒流到恒压的转折点(此时为输出功率的峰值点)做为谐振腔谐振频率的设计点[7-8]，这样在输出功率峰值点附近可以获得较高的效率.但在充电的起始阶段和结束阶段，变换器的输出功率较小，变换器通过提高工作频率来调节输出功率，从而使变换器在相当长一段时间内工作在图2所示的低效率区域1.图3 铅酸蓄电池自适应三阶段充电曲线图2所示的3个工作区域，除区域3如前所述应尽量避免进入外，区域1和区域2都是LLC谐振变换器可能的工作区域.图4给出了这两个区域中LLC谐振变换器在不同工作频率时的电流波形.由图4可见，在区域1中，变换器关断电流增大，主功率开关管关断损耗因此增大，次级整流二极管失去ZCS关断特性，次级整流二极管因此产生关断损耗，且工作频率越高，这种关断损耗越大，因此LLC谐振变换器进入区域1后，随工作频率的升高，LLC谐振变换器的变换效率迅速降低.在区域2，fs=fr1时，主功率开关管可实现ZVS导通，关断电流等于激磁电流(其值较小)，次级整流二极管实现ZCS关断，因此可以获得较高的效率；fr2<fs<fr1时，主功率开关管可实现ZVS导通，次级整流二极管实现ZCS关断，但因为存在一段续流时间变换器不向次级传递能量，因此其效率相对谐振点有所降低但仍能保持一个较高的数值.图4 区域1和区域2的特征谐振频率点(fs=fr1)是电流连续模式(CCM)和电流断续模式(DCM)的分界点.当进入CCM模式后，LLC谐振变换器的主功率开关管的关断损耗随频率的增加而增加，次级整流二极管失去ZCS特性，关断损耗也随频率迅速增大.因此，LLC谐振变换器进入区域1后，开关损耗随频率的增加而快速增加是造成LLC谐振变换器运行在区域1效率较低的主要原因.2 优化设计与分析2.1 斜顶脉冲快速充电原理根据最低析气率的马斯曲线(图5a)，蓄电池在初始充电时可接受的电流较大，但随着充电的进行，衰减较快，相关研究表明，通过瞬时大电流放电去极化，可以使蓄电池可接受电流的曲线不断右移(图5b)[10]，这是快速充电的理论基础.采用脉冲充电方式，充电初期的电流远大于传统三阶段充电法的初充电流；采用脉冲充电方式，充电末期的电流也远大于传统三阶段充电法的末期电流，LLC谐振变换器在充电初期和末期的输出功率增大，可有效避免LLC谐振变换器进入低效率的CCM 模式.另外，去极化放电负脉冲电流因为持续的时间非常短(通常为ms级别)，对综合效率的影响可以忽略不计.图5 马斯曲线(a)和快速充电曲线(b)2.2 LLC谐振变换充电器控制环路设计如前所述，为了使充电电流符合马斯曲线，采用恒压脉冲方式，充电电流会呈现为斜顶脉冲电流.控制系统的环路如图6所示，电压环为外环，电流环为内环，构成恒压限流控制环，可限制脉冲电压初始阶段出现过大的电流，也可以保证在出现过载或短路时，调节系统会使变换器的工作频率增大，避免变换器进入不安全的区域3.图6 简化的恒压限流控制环路采用恒压脉冲充电的充电曲线如图7所示.在脉冲的起始阶段，因限流的结果，存在一小段恒流段，之后进入恒压，充电电流逐渐衰减，吻合马斯曲线.根据电池接受电流能力的变化，脉冲电压的幅值逐渐抬升，充电电流逐渐减小.图7 铅酸蓄电池脉冲充电简化曲线2.3 LLC谐振变换充电器增益与谐振点设计在采用LLC谐振变换电路的充电器对蓄电池充电过程中，负载不同于固定阻值的无源负载，负载阻抗是变化的.在充电的起始阶段，蓄电池接受电流的能力较大，等效阻抗较小，LLC谐振变换器的输出电压较低，由公式(3)可知，起始阶段谐振腔的Q值较大，而到充电的结束阶段，LLC谐振变换器输出电压较高，输出电流较小，蓄电池的等效阻抗较大，谐振腔的Q值较小.这种Q值变化，存在于恒压充电脉冲持续的整个过程中.不同Q值的对比仿真如图8(a)所示.由仿真可知，随着充电的进行，Q值逐渐变小，为维持输出电压恒定，变换器的频率会逐渐升高.这个特性有利于谐振变换器的工作频率在区域2中向谐振点靠拢，有利于提高变换器的效率.因此结合图6和图7(a)，将图6中的Vmin作为单位增益设计点(谐振频率点).k值为激磁电感与谐振电感的比值，不同k值的增益仿真如图8(b)所示，由仿真可知，k值较小的谐振腔，增益调节范围大，k值较大的谐振腔，增益调节范围小，在相同的增益调节范围内，k值较小的谐振腔频率调节范围小，这有利于降低开关损耗，但较小k值的谐振腔激磁电流较大，又使得导通损耗增加，因此k值要折中选取.本设计中，因为采用恒压限流脉冲充电，相对于传统的三阶段充电，LLC 变换器的输出最小功率较大，因此环流损耗的占比很小，所以k值可以适当选小一点.图8 Q值对增益的影响(a)与k值对增益的影响(b)仿真3 设计流程3.1 谐振点选择根据电池特性及电池初始阶段可接受电流的大小，确定最低输出电压Vmin.如图6所示，在充电起始阶段的脉冲输出功率最大，在单位电压增益点附近变换器可以获得整个系统的最高效率，考虑到参数离散性，取比Vmin电压略高一点的电压设计单位电压增益点可以保证系统的效率.随着充电的进行，Q值减小，在同一频率，增益有变大的趋势，控制系统会调节频率升高以降低输出电压，于是工作频率向谐振点靠拢.另外在恒压脉冲的限流阶段，变换器可能进入区域1，但工作频率仍靠近谐振点，因此仍然能保持较高效率.3.2 变压器匝比a的确定因为前级APFC的输出具备稳压功能，这里不需考虑电网的波动，有利于谐振腔的优化设计.在单位增益的谐振点处选择变压器的匝比，由公式(5)计算，其中Vd 是次级整流二极管的导通压降.(5)3.3 谐振腔参数计算(1)谐振电感Lr计算最小谐振电感应当能保证在短路状态下LLC变换器运行在最高频率状态下能限制输出电流不超过最大值.(6)(2)谐振电感Cr计算确定了谐振电感Lr之后，可由下式来确定谐振电容.(7)(3)k值的选择由公式(3)可知，k值为励磁电感Lm和谐振电感的比值.通常的LLC谐振变换器设计中为了减小导通损耗，在保证ZVS的前提下，k值尽量选的比较大.但根据前面的分析和仿真，在本设计中，较小的k值可以减小频率变化范围，增大增益调节范围，这对于充电应用是有益的.通常k值可在2～6之间选取.(4)励磁电感励磁电感Lm的选择必须能满足空载条件下开关管能实现ZVS：(8)式中tdead为死区时间.同时还要能在最低开关频率下达到所需要的最大增益：另外，谐振电感和k值选好后，有：Lm=k·Lr(10)最终Lm的取值取这三个值中较小的那个.但如果Lm_(maxM)<Lm(zvs)，死区时间tdead就需要重新设置.最后，为确保谐振腔工作在感性模式，电感值还需满足式(18).(11)死区时间的设置，要确保桥臂上下两个功率管不会出现同时导通的情况，这与选用的功率管的关断时间td(off)+tf相关，一般取3～5倍关断时间.4 实验验证结果及分析4.1 实验参数按前面所述设计方案，设计了一台最大输出功率为750 W的实验样机，输出电压范围48～75 VDC，最大输出电流10 A.表1给出了样机的电参数.充电对象为48 V/20 AH的铅酸蓄电池.表1 设计规范LLC谐振变换器设计规范参数符号数值最大输出功率Pomax750W输入电压Vin390VDC输出电压范围Vo＿min～Vo＿max48～75VDC输出电流范围Io＿min～Io＿max0～10A谐振频率fr133kHz谐振频率fr214kHz变压器变比a∶12．4谐振电感Lr78μH谐振电容Cr0．3μF激磁电感Lm360μH铅酸蓄电池48V/20AH4.2 实验结果在充电起始阶段，电池可接受的电流较大，以0.5 C(10 A)作为对电池充电的最大电流.第一个脉冲的起始阶段和结束阶段的实验波形如图9所示.最后一个脉冲起始阶段和结束阶段的实验波形如图10所示.图9 起始阶段实验波形(a)VO=48 V，IO-start=10 A；(b)VO=50 V，IO-finish=8 A图10 结束阶段实验波形(a) VO=62.5 V，IO-start=4.2 A；(b) VO=62.5 V，IO-finish=2.9 A第一个充电脉冲时间内LLC谐振变换器的效率曲线如图11所示，最后一个充电脉冲时间内LLC谐振变换器的效率如图12所示.图11 第一个脉冲周期效率测量曲线图12 最后一个脉冲周期效率测量曲线变换器的综合效率定义为：(12)式中的T是完成整个充电过程总的时间.实验表明，所设计的LLC谐振变换充电器的综合效率达到了92.3%.由实验波形可知，LLC谐振变换器在整个充电过程基本都工作在DCM模式，因此可以获得比较理想的效率.图13为实验样机照片.图13 实验样机照片5 结论本文给出了给出了一种高效率LLC谐振变换充电器设计方案，通过合理选择LLC谐振变换器的电压增益，结合恒压脉冲充电控制策略，优化设计LLC谐振腔参数，使整个充电过程中LLC谐振变换器的主开关器件都能工作在ZVS状态，次级整流二极管能工作在ZCS状态，LLC谐振变换器在全充电过程都处于一个较高的效率值.另外采用斜顶恒压脉冲快速充电方式，充电电流曲线更吻合电池可接受电流的马斯曲线.设计方案不需增加新的器件也不需采用特殊的控制方法，具备较好的实用价值.参考文献【相关文献】[1] 马进红，王正仕，苏秀蓉. 锂离子动力电池脉冲充电特性研究[J]. 电源学报,2013(1):30-33.[2] 胡海兵,王万宝,孙文进,等.LLC谐振变换器效率优化设计[J]. 中国电机工程学报, 2013,33(18):48-56.[3] 任仁,张方华,刘硕.基于LLC直流变压器(LLC-DCT)效率优化的死区时间与励磁电感设计[J]. 电工技术学报, 2014, 29(10):141-146.[4] Chih-Chiang Hua, Yi-Hsiung Fang et al.LLC Resonant Converter for Electric Vehicle Battery Chargers[J]. IET Power Electronics, 2016, 9(12):2369-2376.[5] Feng, W., Lee, F.C., Mattavelli, P. Optimal Trajectory Control of Burst Mode for LLC Resonant Converter[J]. IEEE Trans. Power Electron., 2013, 28(1):457-466.[6] Chao Fei, Lee, F.C., Qiang Li. Light Load Efficiency Improvement for High Frequency LLC Converters with Simplified Optimal Trajectory Control (SOTC)[C]. 2015 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE), 2015:1653-1659.[7] Sun, W., Wu, H., Wu, H., et al. Design Considerations and Experimental Evaluation for LLC Resonant Converter with Wide Battery Voltage Range[C]. IEEE Conf. and Expo Transportation Electrification Asia-Pacific (ITEC Asia-Pacific),2014:1-6.[8] Fariborz Musavi, Marian Craciun, Deepak S. Gautam, et al. Control Strategies for Wide Output Voltage Range LLC Resonant DC-DC Converters in Battery Chargers[J]. IEEE Transactions On Vehicular Technology, vol.63, no.3, MARCH 2014:1117-1125.[9] Christian Oeder,Thomas Duerbaum. ZVS Investigation of LLC Converters Based on FHA Assumptions[C]. 2013 Twenty-Eighth Annual IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC)，2013:2643-2648.[10] 张磊,魏晓斌,张光,等. VRLA电池快速充电技术研究[J]. 蓄电池，2007(4):170-173.。
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真
纳秒级高压脉冲电源的设计与仿真张晗【摘要】利用电力电子技术与脉冲功率技术设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
电源低压部分采用电力电子技术中的BUCK电路与串联谐振电路，高压部分采用脉冲功率技术中的磁脉冲压缩（MPC）网络与半导体断路开关（SOS）。
对高压脉冲电源的整体设计作了阐述，介绍了可饱和变压器与磁开关、晶闸管、半导体断路开关的参数设计。
利用PSPICE软件和泰克示波器两种方式对所设计的电源进行了仿真和试验。
试验测得在输出负载上产生了一个峰值高达50kV、半高宽为120ns 的负极性脉冲。
【期刊名称】《电器与能效管理技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】6页(P63-68)【关键词】电力电子技术;脉冲功率技术;纳秒级高压脉冲电源;磁脉冲压缩;半导体断路开关;PSPICE软件【作者】张晗【作者单位】南方电网超高压输电公司检修试验中心,广东广州510663【正文语种】中文【中图分类】TM910.2脉冲电源可应用于等离子体物理、强脉冲X射线技术、高频脉冲焊接、核医疗γ照像机高功率激光、大功率微波、电磁脉冲、电爆炸、闪击航空和航天器的模拟等，范围极其广泛。
近年来,随着半导体开关技术的发展,逐步实现了开关技术的大功率、耐高压、大电流驱动等优点,实现了脉冲电源的高电压峰值与窄脉冲宽度[1-8];磁脉冲压缩技术从工作电压、峰值电流、重复频率、使用寿命等方面有效地克服了火花隙开关、IGBT、闸流管、晶闸管等大功率开关性能的不足给脉冲功率系统带来的限制。
近年来，以非晶态合金、铁基纳米晶为代表的新一代高频软磁材料的出现，打破了磁开关在高重复率脉冲功率系统中应用的限制,且最近出现的一种新颖电路解决了磁芯复位这一难题,使得磁开关能够达到更高的重复频率[9-16]。
因此,本文结合电力电子技术和脉冲功率技术,设计了一台纳秒级高压脉冲电源。
首先利用电力电子技术中的整流、逆变、串联谐振等原理设计了一台串联谐振电源,然后利用磁脉冲压缩(MPC)技术与半导体断路开关(SOS)技术将脉冲升压和整形,最终得到一个纳秒级的高压脉冲电源。
一种高压脉冲电源设计
一种高压脉冲电源设计彭享;叶兵;朱旗;韦靖博【摘要】为研究高压脉冲脉宽及频率对介质阻挡放电效果的影响,文章设计了一款功率1 kW、幅值5 kV、脉宽1~20μs可调、频率15~25 kHz范围可调的单向高压脉冲电源.与传统高压脉冲电源多采用工频升压加磁压缩开关或旋转火花隙获取高压脉冲能耗较大且不易控制不同,该电源主电路采用半桥式拓扑结构,以SG3525作为脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)主控芯片,利用LCC串并联谐振软开关技术,大大降低开关损耗并能有效降低高频脉冲变压器分布参数影响.测试结果表明,该脉冲高压电源满足介质阻挡放电实验要求.%In order to study the impact of high voltage pulse width and frequency on the effect of the di-electric barrier discharge ,unidirectional high voltage pulse power supply with 1 kW power ,5 kV am-plitude ,1-20μs adjustable pulse width and 15-25 kHz adjustable frequency is designed .The tradition-al high voltage pulse power supply mainly employs magnetic compression switch or rotating spark gap to obtain high voltage pulse ,but it is characterized by high energy consumption ,low reliability and poor controllability .In this design ,the main power circuit adopts the half-bridge topological struc-ture ,using SG3525 as the PWM main control chip .The LCC series and parallel resonant soft-switc-hing technology can lower the switching loss substantially and reduce the impact of distribution pa-rameters of high frequency pulse transformer .T he test results show that the presented high voltage pulse power supply satisfies the experimental requirements of dielectric barrier discharge .【期刊名称】《合肥工业大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2017(040)011【总页数】4页(P1511-1514)【关键词】高压脉冲;介质阻挡放电;串并联谐振;软开关技术【作者】彭享;叶兵;朱旗;韦靖博【作者单位】合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥 230009;合肥工业大学电子科学与应用物理学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】TM836近年来,介质阻挡放电的应用越来越广泛,如利用介质阻挡放电方法产生臭氧或等离子体已用于灭菌消毒、废气处理、材料表面改性、等离子显示屏等各工业领域。
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１２
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正极限值和负极限值之间摆动，当要和数字电路相连接时， 必须增添附加电路，对其输｝ｎ电压采取箝位措施，使其高 低输出电平，满足数字电路逻辑电平要求。
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过Ｒ１、Ｒ２向Ｃ充电，以及Ｃ通过Ｒ２向放电端放电，通 过调节电阻Ｒ８来调节占空比，使电路产生震荡，图１０ 是５５５定时器组成的多谐振荡电路输出脉冲仿真波形。 ＣＣ４０１７接受５５５定时器的脉冲，将其转换为正负脉冲， 引脚输出的信号轮流给蓄电池充电。图１１为蓄电池充放 电过程电压仿真波形，接受ＣＣ４０１７输出的ＰＷＭ正负脉 冲给蓄电池充电。 图８电压比较电路 在本设计充电过程中，电压比较电路的被测输入电压 为电池电压，即连接在电池的正端，也就是快速脉冲充电 器总体电路的输出端（见图３）与电压比较器的被测输入 端相连接。被测输人电压进入电压比较电路中，与基准电 压进行比较，当输人电压值小于基准电压时，电池继续充 电；当输入电压大于基准电压时，则停止充电，发光二极 管熄灭。
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中图分类号：ＴＭ９１
文献标识码：Ａ
文章编号：２０５５—５２００（２０１３）０６－０１０—０４
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聃亩Βιβλιοθήκη ＮＥ５５５多谐振荡器作为脉冲产生电路，经过十进制计数 器ＣＣ４０１７转换为正负脉冲对电池进行充放电，放电脉冲 的电流值很大，宽度很窄，通常放电脉冲幅值为充电脉冲 的３倍左右：放电脉冲的幅值与电池容量有关，但是与充 电电流幅值的比值保持不变，脉冲充电时，充电电流波形 如图１所示。
Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｄｄｒｅｓｓｅｄ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｂｉｃｙｃｌｅ ｃｈａｒｇｅｒ ｓｌｏｗ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｗｅ ｐｒｏｐｏｓｅ
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花卉研究所北京１０００８１）
ｎ．Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｓｈｉｙｏｕ Ｈｕａｇｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉ・ ｔｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｕｓｈｕｎ １１３００１；２．Ｔｈｅ
３．３
ＰＷＭ正负脉冲产生电路设计 由ＮＥ５５５多谐振荡器和ＣＣ４０１７十进制计数器组成
的ＰＷＭ正负脉冲产生电路如图４所示。 由ＮＥ５５５多谐振荡器产生的矩形脉冲作为ＣＣ４０１７ 十进制计数器提供时钟输入脉冲，通过调节Ｒ８的阻值大 如图３所示，由ＮＥ５５５时基电路组成的多谐振荡器 的脚３输出的脉冲方波送到十进制计数器ＣＣ４０１７的脚 １４，ＣＣ４０１７的十个输出端将轮流输ｌ叶Ｉ高电平：当脚１至 小可以改变脉冲宽度。ＣＣ４０１７的十个输出引脚轮流输出 高电平，将其引脚顺次任意连接起来，便可形成脉冲宽度 可调的正负脉冲。
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数字一模拟混合集成电路，它含有２个电压比较器，一个
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Ｍｅｉｎａｎｌ
幅提高充电器中蓄电池的充电速率，并可延长电池使用寿命，分析电路的工作原理，
对电路进行仿真，仿真结果验证正负脉；中放对于提高电池充电电流接受率，加快充 电速度的有效性。
Ｈｕｏ Ｃｈａ０１
（１．辽宁石油化工大学信息 与控制工程学院抚顺
１
关键词ＰＷＭ快速脉冲正负脉；中蓄电池充电效率
１３００１：２．中国农业科学院蔬菜
ｒａｔｅ
ａｎｄ
ｃａｎ
ｇｒｅａｔｌｙ ｅｘｔｅｎｄ ｂａｔｔｅｒｙ ｌｉｆｅ．Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ，ｔｈｅ ｃｉｒｃｕｉｔ
Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆＶｅｇｅｔａｂｌｅｓ ａｎｄ Ｆｌｏｗｅｒｓ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ
［５］马素卿．电动汽车蓄电池的进展【Ｊ】．电源技术，１９９６，２０（４）：７５—７９．
关于计量单位名称和符号书写规范：
按照国家标准ＧＢ３１００—３１０２—１９９３量和单位规定，在文稿中应正确使用量和单位的名称和符号： 量符号以斜体拉丁和希腊字母表示（ｐＨ用正体除外），例如ｍ（质量）、ｆ（时间）、Ｃ（浓度）、ｖ（体积）、ｐ（压力）！厂（力）等。 单位符号一律以正体拉丁或希腊字母表示，例如ｋｇ（千克）、ｍ（米）、ｈ（小时）、ｍｏｌ／Ｌ（摩尔每升）等。 表示人体检验指标的量浓度或质量浓度时，一般使用Ｌ（升）作为检验组成含量单位的分母。表示用药剂量单位时，不能 写成ｍｇ／ｋｇ／ｄ的形式，应写成ｍｇ／（ｋｇ．ｄ）或ｍｇ．ｋｇ‘。．ｄ。１的形式。 单位符号常见书写错误： 时间单位“小时”符号为ｈ（不是ｈｒ）；“秒”符号为Ｓ（不是ｓｅｃ）： 转速单位符号为ｒ／ｍｉｎ（不是ｒｐｍ）： 量浓度单位符号为ｍｏｌ／Ｌ（不是Ｍ、Ｎ，也不是ｍｏｌ／ｍｍ３）；
脉冲式充电器的电路结构 图２所示是脉冲充电器电路结构，主要包括：电路
滤波、一次整流滤波、ＰＷＭ变换器、二次整流滤波、脉 冲电路、充放电电路和反馈控制。与普通理论电源电路
交流 输入 电池
图３快速脉冲充电总体电路设计图 表１各元器件标值 脚５输出高电平时，Ｑｌ导通，然后Ｑ３导通，直流电压 通过Ｑ３与Ｒ５对电池进行大电流充电。当脚６与脚７输 ｍ高电平时，Ｑｌ与Ｑ３因没有驱动电平而截止。在此期 间通过电压比较电路，测量电池两端的电压，判断电池是 否充满。当脚８、９输出高电平时使０２导通，电池通过 电阻Ｒ６进行放电。当脚１０与脚１ｌ输出高电平时，０２截止。 如此反复循环。以正负脉冲的形式给电池进行充放电，脉 冲充电方式不仅可以防止蓄电池充电时的极化现象，而且 还可以大大加快蓄电池的充电速率。
ｆａｓｔ ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ
ｆａｓｔ ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｅｒ ｃｉｒｃｕｉｔ ｕｓｉｎｇ ＰＷＭ ｐｕｌｓｅ ｃｈａｒｇｉｎｇ
ｔｈｅ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ａｎｄ ｎｅｇａｔｉｖｅ ｃｈａｒｇｅ，ｃａｒｌ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｃｈａｒｇｅｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｃｈａｒｇｉｎｇ
３．４。２
表２
ＣＣ４０１７的功能
ＣＣ４０１７十进制计数器ＣＣ４０１７是一片５位计数 ３．４．３电压比较电路电压比较器电路如图８所示。 电压比较电路对输入信号进行检测与比较，是组成非 正弦发生电路的基本单元电路，在测量和控制中应用相当 广泛。电压比较电路的基本功能是能对２个输入电压的大 小进行比较，判断出其中哪一个比较大，比较的结果用输 出电压的高电平和低电平来表示。电压比较电路可以采用 专用的集成比较器，也可以采用运算放大器组成。由集成 运算放大器组成的比较器，其输出电平在最大输出电压的
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图５
５５５多谐振器电路及输出波形
图７
ＣＣ４０１
７的引脚结构
图５（左）由５５５定时器和外接元件Ｒｌ、Ｒ２、ｃ构 成，将５５５的２端与６端连接在一起成施密特触发器，然 后再３端经ＲＣ积分部分回输入端便构成多谐振荡器：在 此设计中利用电源通过Ｒ１、Ｒ２向Ｃ充电，以及ｃ通过 Ｒ２向放电端放电，使电路产生震荡。电容ｃ在１／３ＶＣＣ 和２／３ＶＣＣ之间进行充电和放电，产生脉冲波形，其输Ｈ｛ 波形如图５（右）所示。通过改变Ｒ和Ｃ的参数即可改 变振荡频率，此时输出Ｖ０为矩形波。
电动自行车具有使用方便、灵活、环保、节能等特点： 电动自行车使用传统的铅酸蓄电池成本低、容量大，但 是不耐用，需充电频繁，而且一次充电饱和，一般可以 行驶三十公里左右（因电池容量的不同差异较大），不便 于远距离行驶。而且充电时间长，充电完毕需费时数小 时时间Ｂ－ｓ］。 本文针对电动自行车充电器充电慢问题，采用ＰＷＭ 正负脉冲充电方式充电，可以在较短时间内完成快速充电， 解决使用电动白行车远距离行驶的困扰。采用ＰＷＭ正负 脉冲充电方式对电池充电可以延长电池的使用寿命，缩短 电池充电时间。
４仿真及验证结果
对上述电路结构进行仿真。结果分别如图９、１０、１１ 所示。图９为ＮＥ５５５多谐振荡器仿真输出波形，电源通
参考文献
［１］ 陈志平，铅酸蓄电池快速充电技术的研究［Ｊ】．电动自行 车．２００９，（１）：２６—２９． ［２］赵光明．蓄电池快速充电方法研究［Ｊ］－通信电源技术．２０１２，２９
（４）：１２８．１３０．
万方数据
１１
时钟输入周期输ｍ ＣＯ信号完成一次进位，并用作多级计 数器的下级脉冲时钟。ＣＣ４０１７的逻辑逻辑结构和引脚结 构如图６、图７所示，ＣＣ４０１７的功能表如表２所示。图 中各引脚的功能为ＣＯ：仅为脉冲输出端；ＣＰ：时钟输入 端；ＣＲ：清零端；ＩＮＨ：禁止端；ＶＤＤ：正电源；ＶＳＳ：地； ＱＯ～Ｑ９：计数脉冲输＿Ｌｎ端。 ◆ｏ
图９
ＮＥ５５５多谐振荡器输出脉冲仿真波形。
［３］钟静宏，张乘宁，张旺．电动汽车的铅酸蓄电池快速脉冲充 电系统［Ｊ］．电源技术，２００６，３０（６）：５０４・５０６． ［４］汤秀芬，米晨，魏风兰．ＶＲＬＡ蓄电池用慢脉冲快速充电器的 设计［Ｊ］．电源技术，２００８，３２（１）：５６．５８．
图１０十进制计数器ＣＣ４０１７的输出仿真波形