CN201562990U - 微机控制船用电源充电装置 - Google Patents

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王文俊
段志娟
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Abstract

本实用新型涉及电力电子应用技术领域，尤其涉及一种微机控制船用电源充电装置。本实用新型包括单片机和集成PWM控制器，单片机与集成PWM控制器电连接，其中单片机采用8XC196KB芯片、集成PWM控制器采用SG3525芯片，单片机为集成PWM控制器提供参考电压，并控制实现软启动。本实用新型具备硬件电路简单、控制精度高、运行灵活、抗干扰能力强和高性能价格比的特点，有浮充、均充、逆变放电及根据电池状态自动选择充电方式的功能，符合96版CCS《钢质海船入级与建造规范》和EMC指标要求。

Description

微机控制船用电源充电装置
技术领域
本实用新型涉及电力电子应用技术领域，尤其涉及一种微机控制船用电源充电装置。
背景技术
传统高频开关充电装置的控制技术通常分为两类，一类为采用单片机控制，另一类为采用单片集成PWM控制器件控制。
采用单片机控制时，由于使用数字运算因而性能稳定，产生的PWM信号对称度好、易调整，能实现***的智能控制；采用单片集成PWM控制器件控制时，该PWM器件具有精度高、抗干扰能力强、开关频率高、外接元件少等优点，而且调试简便，应用中一般通过电位器用手动调节，取得控制电压加在SG3525的2脚，即误差放大器的同相输入端，这种方法虽然简单，但是不便于精确调节输出电压，且手动调节的速率不易掌握。
为了解决现有技术中采用单片集成PWM控制器件控制时存在的不足，同时将单片机与集成PWM器件两类器件控制优点相结合，提出了本实用新型的技术方案。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种微机控制船用电源充电装置，以将单片机与集成PWM器件两类器件控制优点相结合。
为达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
单片机和集成PWM控制器，所述单片机与集成PWM控制器电连接，其中单片机采用8XC196KB芯片、集成PWM控制器采用SG3525芯片，其电气连接关系为：
SG3525芯片的第2引脚作为误差放大器的同相输入端，接收由8XC196KB芯片提供的参考电压；SG3525芯片的第1引脚为反相输入端，接输出电压反馈信号Vf，以决定误差放大器的输出；通过第11引脚、第14引脚输出双脉冲，并连接EX848驱动电路，经驱动后控制半桥式高频开关充电电源主回路中的IGBT的连通与断开；
8XC196KB芯片通过输出口HSO.0输出PWM信号，该PWM信号经CD4049整形、高速光电隔离器件6N137隔离后，再经高带宽运放TL062进行有源积分、平滑滤波后输出移相控制电压到SG3525芯片的第2引脚。
所述8XC196KB芯片引脚P0.6接有一个按键作为升压键、引脚P0.7接有另一个按键作为降压键。
所述单片机控制SG3525芯片实现软启动，所述软启动通过其内部的一个恒流源对第8引脚外接软启动电容充电，使比较器输出的PWM波由窄逐渐变宽。
8XC196KB芯片通过输出口HSO.0输出PWM信号，该PWM信号经CD4049整形、高速光电隔离器件6N137隔离后，再经高带宽运放TL062进行有源积分、平滑滤波后输出移相控制电压到SG3525芯片的第8引脚，以实现自动充电。
所述SG3525芯片的频率由下式计算获得：
f＝1/[CT(0.67RT+1.3RD)]。
本实用新型具有以下优点和积极效果：
1)具有硬件电路简单、控制精度高、运行灵活、抗干扰能力强和高性能价格比的特点；
2)可实现对电池的自动充电和智能保护，从而代替以磁饱和或可控硅为基本元件的老式产品；
3)具备浮充、均充、逆变放电及根据电池状态自动选择充电方式的功能；
4)能有效的保护被充电电瓶及用电设备，特别适合于舰船设计单位提出充电机兼作稳压电源使用的要求。
附图说明
图1是本实用新型采用的专用集成PWM控制器芯片SG3525的电路图。
图2是本实用新型中数字给定控制电压UK1的电路图。
图3是本实用新型中单片机内部的控制流程图。
具体实施方式
下面以具体实施例结合附图对本实用新型作进一步说明：
本实用新型提出的微机控制船用电源控制装置，采用如下技术方案，其中该控制装置中选用芯片SG3525作为专用集成PWM控制器，具体芯片***电路连接图，如图1所示。
芯片SG3525为频率固定脉宽可调的集成PWM控制器，主要包括基准电压产生电路、振荡器、误差放大器、PWM比较器、欠压锁定电路、软启动控制电路、推拉输出形式，下面对图1中所示的引脚9、1、2、7、5、6、15、13、14、11、10、12连接形式进行详细介绍。
芯片SG3525的引脚2是误差放大器的同相输入端，该引脚一般接参考电压，该参考电压由本实用新型中的单片机8XC196KB提供；引脚1为反相输入端，接输出电压反馈信号Vf，从而决定误差放大器的输出，并送至PWM的反相输入端，与同相输入端的锯齿波电压进行比较，从而产生与输出电压相关的脉冲宽度可变的脉冲信号，并经脉冲分配双稳态触发器、输出电路从引脚11、引脚14产生双脉冲，由EXB84驱动后控制半桥式高频开关充电电源主回路中的IGBT的通与断，IGBT导通时间的长短由脉冲宽度来决定；
芯片SG3525的频率由下式计算获得：
f＝1/[CT(0.67RT+1.3RD)]
调节RD即可调节引脚11、引脚14输出脉冲之间最小的时间间隔，即死区Td以防止上下桥臂直通。
图2为本实用新型中数字给定控制电压UK1的电路图，通过HSO.0口输出PWM信号，该PWM信号经CD4049整形、高速光电隔离器件6N137隔离后，再经高带宽运放TL062进行有源积分、平滑滤波后输出移相控制电压(UK1)到芯片SG3525的引脚2，利用HSO.0产生PWM信号时，可通过两个按键，一个接单片机P0.5作为升压键，一个接单片机P0.6作为降压键，程序查询键盘状态，若按键闭合则向CAM写2个数据，一个数据控制HSO.0变为高电平，另一数据控制同一引脚变为低电平，通过选择写入CAM的数据可以改变PWM信号周期和占空比，即可调节UK1的大小，从而能精确设置输出电压。
芯片SG3525实现软启动功能，一般是由其内部一个恒流源对引脚8外接软启动电容充电，使比较器输出的PWM波由窄逐渐变宽，在本实用新型中采用与图2类似的原理得到另一控制电压UK2加在芯片SG3525的引脚8，由单片机编程控制软启动过程，以达到自动充电目的。
***的参数在线检测与保护功能充分利用了8XC196KB单片机内部的8路10位A/D转换器。本实用新型需要监测的量很多，如检测蓄电池是否为欠压、过流、过压等，但因为各个采集量的采样速度要求很低，单片机内部的一次A/D转换仅需22us，能满足***参数在线检测的实时性。一旦***检测到非正常情况，单片机HSO.1口送一个高电平到SG3525引脚10，则引脚10禁止信号PI有效，SG3525封锁PWM脉冲输出，确保芯片的11、14引脚输出全为低电平，起到快速保护作用，并数显相应的故障代码。
图3所示为本实用新型中单片机内部的控制流程图，其中程序先完成初始化工作，接着可选择程控或键控方式，充电机具有自动恒流充电、自动稳压限流浮充电和自动均衡充电3种工作方式。
自动恒流充电方式下，要求实现充电电流闭环调节；自动稳压限流浮充电方式下，要求实现充电电压闭环调节；自动均衡充电方式下，根据充电情况决定是电压闭环，还是电流闭环。所以，为了避免稳流和稳压之间的相互影响，电压闭环和电流闭环可单独设置。***充电过程：接好电池，充电电源软启动，电压从21.6V(电池放电下限值)开始上升，约30秒升至UB(电池放电后所具有电压值)，此时充电电流为零；当电压继续上升超过UB后，充电电流增大，充电电源进入恒流充电过程，此后充电电压逐渐升至28.2V(均充电压值)；接着充电电源进入均衡充电过程，在此过程中，充电电流逐渐缓慢下降，最后输出电流接近为零，表明电池已充满；均充时间到后，输出电压自动转换至26.4V(浮充电压值)，此时因电池电压略高，充电电流为零，经电池短暂恢复，充电进入稳压涓流浮充阶段，此过程维持至下一放充电周期。以上过程特性表明，电池充电先以均衡充电方式能够较快、均衡的对电池组中每一个电池充分的充满电荷，之后自动转换以较低的浮充电压涓流维持电池电压，避免过充，从而实现无人值守充电工作方式。对不同的电瓶其均浮充电压值不相同，免维护酸性电池：均充电压28.2V，浮充电压：26.4V；铅酸性电池：均充电压与浮充电压为28.8V，若键控给定预调电压，程序锁定范围为24V～32V。

Claims (5)

1.一种微机控制船用电源充电装置，其特征在于，包括：
单片机和集成PWM控制器，所述单片机与集成PWM控制器电连接，其中单片机采用8XC196KB芯片、集成PWM控制器采用SG3525芯片，其电气连接关系为：
SG3525芯片的第2引脚作为误差放大器的同相输入端，接收由8XC196KB芯片提供的参考电压；SG3525芯片的第1引脚为反相输入端，接输出电压反馈信号Vf，以决定误差放大器的输出；通过第11引脚、第14引脚输出双脉冲，并连接EX848驱动电路，经驱动后控制半桥式高频开关充电电源主回路中的IGBT的连通与断开；
8XC196KB芯片通过输出口HS0.0输出PWM信号，该PWM信号经CD4049整形、高速光电隔离器件6N137隔离后，再经高带宽运放TL062进行有源积分、平滑滤波后输出移相控制电压到SG3525芯片的第2引脚。
2.根据权利要求1所述的微机控制船用电源充电装置，其特征在于：
所述8XC196KB芯片引脚P0.6接有一个按键作为升压键、引脚P0.7接有另一个按键作为降压键。
3.根据权利要求1或2所述的微机控制船用电源充电装置，其特征在于：
所述单片机控制SG3525芯片实现软启动，所述软启动通过其内部的一个恒流源对第8引脚外接软启动电容充电，使比较器输出的PWM波由窄逐渐变宽。
4.根据权利要求3所述的微机控制船用电源充电装置，其特征在于：
8XC196KB芯片通过输出口HS0.0输出PWM信号，该PWM信号经CD4049整形、高速光电隔离器件6N137隔离后，再经高带宽运放TL062进行有源积分、平滑滤波后输出移相控制电压到SG3525芯片的第8引脚，以实现自动充电。
5.根据权利要求3所述的微机控制船用电源充电装置，其特征在于：
所述SG3525芯片的频率由下式计算获得：
f＝1/[CT(0.67RT+1.3RD)]。
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