車載充電機(jī)的電瓶電壓采樣及處理

黃集強(qiáng)++汪軍鋒++黃靜++葉愛民

摘 要 本文首先介紹車載電子充電機(jī)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(diǎn)。結(jié)合車載電子充電機(jī)的電瓶電壓采樣的特點(diǎn)，介紹一種車載智能充電機(jī)的電壓采樣電路及信號(hào)處理方案，分析了本設(shè)計(jì)采用的采樣電路的工作過程及原理。本電路具有工作穩(wěn)定、采樣值準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛用于各類電壓采樣系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】智能控制 電瓶電壓采樣 采樣電路

1 引言

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和現(xiàn)代科技的不斷發(fā)展，人們對(duì)供電場(chǎng)合要求越來越多，對(duì)可靠性的要求越來越高。近年來，車載電子充電機(jī)由于體積小、可靠性高等特點(diǎn)，已經(jīng)被用于生產(chǎn)生活領(lǐng)域。這其中，智能充電機(jī)被電源設(shè)計(jì)工程師高度關(guān)注。所謂智能充電機(jī)技術(shù)指的是采用智能充電技術(shù)，充電過程由單片機(jī)進(jìn)行全過程控制，無須人工干預(yù)。充電機(jī)按照充電特性曲線進(jìn)行充電，避免過充電，完全做到全自動(dòng)工作狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)主要有穩(wěn)定性高、對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)適應(yīng)能力強(qiáng)、故障率低、效率高等，是現(xiàn)代充電機(jī)的主流方向。本文以智能充電機(jī)為例，分析其中電瓶電壓采樣電路及信號(hào)處理方案。

2 車載智能充電機(jī)的基本原理

本設(shè)計(jì)中，智能充電機(jī)主要有智能控制模塊、反激變換模塊、電壓轉(zhuǎn)換模塊、功率變換模塊、防護(hù)模塊、顯示模塊等部分組成，如圖1所示。

電壓轉(zhuǎn)換模塊將輸入交流電經(jīng)過全波整流、濾波、穩(wěn)壓等處理過程，經(jīng)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(zhuǎn)變?yōu)槊}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(shí)對(duì)電瓶電壓進(jìn)行采樣，經(jīng)單片機(jī)智能處理后，對(duì)各輸出模塊進(jìn)行控制，協(xié)調(diào)全都充電過程。各防護(hù)模塊對(duì)相應(yīng)模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)保護(hù)，防止各模塊電路過載過熱。顯示模塊則顯示輸出狀態(tài)。

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(zhuǎn)換電路和控制電路；其工作工程如下：溫度傳感器將溫度轉(zhuǎn)換成輸出電壓Vi連接到AD轉(zhuǎn)換電路的輸入端口，AD轉(zhuǎn)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(jù)輸入量大小進(jìn)行判斷，控制輸出電路的工作狀態(tài)，如圖2所示。

圖2顯示的采樣值的準(zhǔn)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(jù)采樣值的特點(diǎn)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(cè)電路、D觸發(fā)器等部分組成。

輸入端信號(hào)取自a相的檢測(cè)電壓，經(jīng)過過零檢測(cè)電路后得到正負(fù)兩個(gè)電平，隨后進(jìn)入光電隔離TLP521產(chǎn)生高電平和低電平進(jìn)入D觸發(fā)器MC14538的正的觸發(fā)使能輸入引腳A，當(dāng)A為高電平時(shí)，輸出引腳Q輸出一個(gè)脈沖，這個(gè)脈沖寬度由電阻Rl。和電容C決定。當(dāng)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(diǎn)電壓的同步。與此同時(shí)，可以通過設(shè)置ADMC401的內(nèi)部寄存器PWMSYNCWT寄存器與信號(hào)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(hào)調(diào)理電路完全一樣，但前端的采樣器件不同，這些器件對(duì)用戶的接口統(tǒng)一為電流信號(hào)。

前端電流檢測(cè)采用霍爾效應(yīng)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(cè)量可用于測(cè)量直流、交流、脈沖信號(hào)。這種霍爾傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)有：出色的精度；良好的線性度；低溫漂；最佳的反應(yīng)時(shí)間；寬頻帶；無插入損耗；抗干擾能力強(qiáng)；電流過載能力，因此選用此種類型的傳感器可以達(dá)到良好的采樣要求。

結(jié)合本控制電路的特點(diǎn)和需求，本設(shè)計(jì)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(hào)自signal端，通過穩(wěn)壓管D2穩(wěn)壓后，經(jīng)光耦輸入單片機(jī)控制端口，單片機(jī)采用自帶AD轉(zhuǎn)換模塊，根據(jù)控制量判斷充電機(jī)的工作狀態(tài)。該電路相比一般電壓采樣電路而言，具有取樣值穩(wěn)定，精度高等特點(diǎn)。

4 結(jié)論

本文通過對(duì)充電電瓶電壓的采樣，應(yīng)用兩種常用的采樣電路工作原理，對(duì)各電路進(jìn)行有效控制，使車載電子充電機(jī)的工作更安全、更高效。文章結(jié)合車載電子充電機(jī)的電瓶電壓采樣方式，分析了采樣拓?fù)潆娐返墓ぷ鬟^程及原理。

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作者單位

1.祁門縣集強(qiáng)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