快速无损智能充电器的设计

交流输入电压Uac经过压敏电阻R1滤除交流电压中的尖峰脉冲后，经电磁干扰（EMI）滤波器（C1,L1）滤除差模和共模干扰。之后经过BR全波整流及C2滤波后产生直流高压，给高频变压器的初级绕组供电。P6KE200（瞬态电压抑制器）和BYV26C（超快恢复二极管）构成钳位电路，用于吸收在TOP224Y关断时由高频漏感产生的尖峰电压，并能衰减振铃电压，对漏极起到保护作用。次级电路经过VD3、C3、L2和C4整流滤波输出24 V的电压U0.由TL431A构成的外部误差放大器实现U0的动态稳压，当输出电压发生波动，经R4、R5分压后得到取样电压，就与TL431A内的基准电压（2.5 V）进行比较产生一个外部控制信号，再通过线性光耦合器PC817A改变TOP224Y控制电流，进而调节占空比使U0趋于稳定。C7滤除加在控制端的尖峰电压，还与R2、R5一起对控制回路进行补偿。R3为最小输出负载，用于提高轻载时的电压稳定度。

3.2 充电电路

充电电路如图3所示。

图3 充电电路原理图

　　充电电路采用Buck型拓扑结构，C1、L1、C2构成π型滤波器可以滤除直流电压中的高频分量，其中L1是差模电感。

　　经滤波输出后，PV为Buck变换器输入电源，同时也是单片机控制系统的前级输入电源。L2是输出滤波电感、C5是输出滤波电容、Q3为功率开关管、D3为续流二极管。充电电路输入电压范围Ui=20~28 V,输出电压范围U0=3~18 V,负载输出电流I0=0~3.5 A,开关频率fs=20kHz,纹波电压小于1%即△U0/U0≤1%,当负载电流I0在0~0.4 A时，Buck电路工作在电感电流不连续模式；当负载电流I0在0.4~3.5 A时，电路工作在电感电流连续模式。

　　3.3 负脉冲放电电路

　　镍镉电池具有记忆效应，在对镍镉电池充电前先对其放电，消除记忆效应。同时，在镍镉电池的快速充电过程中，为了消除电池极化的影响，引入间歇负脉冲的放电，系统中设计了放电电路。放电电路由4个5Ω/3 W功率电阻（瞬间短时间放电）和4个控制开关组成。

　　3.4 电流检测及保护电路

　　电流检测及过流保护电路如图4所示。电流采样输入端接电池组负端（BAT-），BAT-与地之间为功率开关管IRF7805和康铜丝采样电阻RS（29 mΩ），开关管导通时漏源极之间导通电阻RDS（on）为11 mΩ，利用RS+RDS（on）端的压降来检测电流。

图4 电流检测及过流保护电路

　　过流时（电流超过4 A），经比较器U2A输出低电平过流信号（FAULT），该信号送入XC164CM的中断陷阱引脚触发单片机硬件中断，此外，当FAULT为低电平时，经比较器U2B,输出低电平信号，也迫使PWM输出为低电平，强行关闭开关管Q3,确保系统安全。

　　4 软件设计

　　智能充电器的软件设计，主要包括系统主程序、镍镉电池快速充电子程序、ANFIS预测电流子程序和故障报警程序等，使用C语言和汇编语言混合编程，在Keil C166软件开发平台上完成。系统软件对XC164单片机特殊功能寄存器SFR的设置在START_V2.A66中使用汇编语言文件，而整个充电系统的控制程序采用C语言文件。

　　系统上电后进入初始化，读取E2PROM中的参数，完成各中断寄存器和I/O口的功能设置，给相应单元赋初始值。完成后进入待机等待状态。充电开始，先检测是否有电池连接，若检测到有电池接入，则进入电池的快速充电过程，其流程图如图5所示。ANFIS预测可接受电流子程序如图6所示。

图5 单节镍镉电池智能充电流程图