車載充電機的電瓶電壓采樣及處理

黃集強++汪軍鋒++黃靜++葉愛民

摘 要 本文首先介紹車載電子充電機的基本原理，然后從采樣值類型分析兩種常用的采樣電路工作原理及特點。結合車載電子充電機的電瓶電壓采樣的特點，介紹一種車載智能充電機的電壓采樣電路及信號處理方案，分析了本設計采用的采樣電路的工作過程及原理。本電路具有工作穩定、采樣值準確等優點，可廣泛用于各類電壓采樣系統。

【關鍵詞】智能控制 電瓶電壓采樣 采樣電路

1 引言

隨著國民經濟和現代科技的不斷發展，人們對供電場合要求越來越多，對可靠性的要求越來越高。近年來，車載電子充電機由于體積小、可靠性高等特點，已經被用于生產生活領域。這其中，智能充電機被電源設計工程師高度關注。所謂智能充電機技術指的是采用智能充電技術，充電過程由單片機進行全過程控制，無須人工干預。充電機按照充電特性曲線進行充電，避免過充電，完全做到全自動工作狀態。其優點主要有穩定性高、對電網波動適應能力強、故障率低、效率高等，是現代充電機的主流方向。本文以智能充電機為例，分析其中電瓶電壓采樣電路及信號處理方案。

2 車載智能充電機的基本原理

本設計中，智能充電機主要有智能控制模塊、反激變換模塊、電壓轉換模塊、功率變換模塊、防護模塊、顯示模塊等部分組成，如圖1所示。

電壓轉換模塊將輸入交流電經過全波整流、濾波、穩壓等處理過程，經反激變換模塊將電能變換成脈沖磁能，通過整流變換模塊轉變為脈沖直流；輸出模塊平抑脈沖值為直流電后，送入蓄電電瓶蓄能。在全過程中，智能控制模塊隨時對電瓶電壓進行采樣，經單片機智能處理后，對各輸出模塊進行控制，協調全都充電過程。各防護模塊對相應模塊進行實時保護，防止各模塊電路過載過熱。顯示模塊則顯示輸出狀態。

3 采樣電路及處理

前面提到，智能控制模塊中包括溫度傳感器、AD轉換電路和控制電路；其工作工程如下：溫度傳感器將溫度轉換成輸出電壓Vi連接到AD轉換電路的輸入端口，AD轉換電路的輸出端口將輸出Vo連接到控制電路的輸入端，控制電路根據輸入量大小進行判斷，控制輸出電路的工作狀態，如圖2所示。

圖2顯示的采樣值的準確度直接決定控制器的控制精度，因此采樣電路的選擇決定控制電路控制能力的好壞。采樣電路根據采樣值的特點有電壓采樣和電流采樣電路。下面分別以直流電壓采樣和電流采樣分析其工作過程。

圖3顯示的是常用直流電壓采樣電路，包括過零檢測電路、D觸發器等部分組成。

輸入端信號取自a相的檢測電壓，經過過零檢測電路后得到正負兩個電平，隨后進入光電隔離TLP521產生高電平和低電平進入D觸發器MC14538的正的觸發使能輸入引腳A，當A為高電平時，輸出引腳Q輸出一個脈沖，這個脈沖寬度由電阻Rl。和電容C決定。當然這里希望脈沖寬度越小越好，否則將影響STATCOM的輸出電壓與其接入點電壓的同步。與此同時，可以通過設置ADMC401的內部寄存器PWMSYNCWT寄存器與信號脈沖相匹配。

圖4顯示的電路為常用直流采樣電路圖，和直流電壓信號調理電路完全一樣，但前端的采樣器件不同，這些器件對用戶的接口統一為電流信號。

前端電流檢測采用霍爾效應電流變換器，原邊與副邊之間是電氣隔離的，該傳感器可用于測量可用于測量直流、交流、脈沖信號。這種霍爾傳感器主要的優點有：出色的精度；良好的線性度；低溫漂；最佳的反應時間；寬頻帶；無插入損耗；抗干擾能力強；電流過載能力，因此選用此種類型的傳感器可以達到良好的采樣要求。

結合本控制電路的特點和需求，本設計采用直流電壓采樣電路，電路原理圖如圖5所示。輸入端信號自signal端，通過穩壓管D2穩壓后，經光耦輸入單片機控制端口，單片機采用自帶AD轉換模塊，根據控制量判斷充電機的工作狀態。該電路相比一般電壓采樣電路而言，具有取樣值穩定，精度高等特點。

4 結論

本文通過對充電電瓶電壓的采樣，應用兩種常用的采樣電路工作原理，對各電路進行有效控制，使車載電子充電機的工作更安全、更高效。文章結合車載電子充電機的電瓶電壓采樣方式，分析了采樣拓撲電路的工作過程及原理。

參考文獻

[1]夏莉英，陳雁.基于ADC0809的模擬電壓采樣測量方法[J].福建電腦，2008，24（04）：166-167.

[2]王景中，范金龍.基于電壓采樣方法的電動機保護器設計[J].電子測量技術，2008，31（09）：133-135.

[3]董愛華，李金麗.一種基于單片機電壓采樣的功率因數在線檢測[J].微計算機信息，2010， 26（17）：98-99.

[4]王經緯，馮全源.一種用于原邊反饋反激變換器的電壓采樣電路[J].微電子學，2015（05）：557-559.

[6]陳克緒，楊禮巖，趙震宇，等.現場運行的集中器電壓交流采樣缺相故障分析[J].江西電力，2016，40（02）.

[7]王順利，李建超，尚麗平等.非四線制鋰電池組實時電壓檢測校正方法研究[J].電源學報，2016（01）：80-85.

[8]任宏斌， 冷建偉.基于STM32的交流電壓檢測[J].電子設計工程，2016（13）.

[9]涂雪芹， 屈紫懿， 馮彩絨.電網中交流電壓諧波檢測系統硬件設計[J].安徽電子信息職業技術學院學報，2016，15（02）：37-41.

[10]蔡文皓，任苗苗.基于電壓采樣的MPPT控制研究[J].可再生能源，2015， 33（05）：714-718.

作者單位

1.祁門縣集強電器有限公司 安徽省祁門縣 245600

2.江西省電力公司 江西省南昌市 330096