安徽工贸职业技术学院毕业设计（论文）
第三章 硬件电路设计
3.1 充电器主电路设计 3.1.1 整流电路设计
由于单相半波整流只利用了电源电压的半个周期，同时整流电压的脉动较大。为了克服这些缺点，这里采用全波整流电路——单相桥式整流电路。单相桥式整流电路由4个整流二极管接成电桥的形式构成，如图3-1所示。
VD4U2VD3VD1+VD2Ud-
图3-1 桥式整流电路
由电路图可知，无论电压U2是在正半周还是负半周，负载上都有相同方式的电流流过。因此，在负载得到的是单相脉动电压和电流。忽略二极管导通时的正向压降，则单相桥式整流电路的波形图如下。
UdOπ2π3π4πwt
图3-2 桥式整流电路的输出波形
单相半波整流电压的平均值为：
1Ud?????02sin?td(?t)U2
10
?22?0.9U2
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二极管截止时承受的最高反向电压为U的最大值，即
UDRM =U2M =1.414U =1.414×220V
=308V
因此，所选用的整流二极管的最高工作电压为1000V。
电容滤波电路是在整流电路的直流输出侧与负载并联电容器，利用电容的端电压在电路状态改变时不能突变的原理，使输出电压趋于平滑。电容滤波电路如下所示。
+CU2-图3-3 电容滤波电路
U3
本电路的输出电压在负载变化时波动大，说明它的带负载能力差，只适合于负载较轻且变化不大的场合。电路简单，输出电压高，只是输出电压不稳定。
电容滤波是的输出电压平均值为： 全波： U3 = (1.2～1.4)U1 = (1.2～1.4)×220V = 264V (取1.2) 3.1.2 半桥逆变电路
半桥逆变电路由两个导电臂构成，每个导电臂由一个全控器件和一个反并联二极管组成。电路图如下所示。直流侧接有两个相互串联切足够大的电容器C1和C2，满足C1=C2。
+C1RU2C2-
V1LV2D1D2
图3-4 半桥逆变器电路
在一个周期内，开关管V1、V2的基极信号各有半周正偏、半周反偏，且互补。设在t2
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时刻以前V1导通，V2截止，则U4=±1/2U3。
t2时刻V1截止，同时给V2发出导通信号，由于感性负载中的电流i不能立即改变方向，于是D2导通续流。U4=－1/2U3。
t3时刻i0降至零，D2截止，V2导通，i0开始反向增大。此时
4
时刻V2截止，同时给V1发仍然有U4=－1/2U3。
t出导通信号，由于感性负载中的电流i0不能立即改变方向，于是D1先导通续流。此时仍然有U4=＋1/2U3。
t5时刻i0降至零， V1导通。U4=＋1/2U3。
由上分析可知，输出电压U4周期为TS矩形波，其幅值为1/2U3。当V1或V2导通时，负载电流和电压同方向，直流侧向负载提供能量。而当D1或D2导通时，负载电流和电压反方向，负载中电感的能量向直流侧反馈，即负载将起吸收的无功能量反馈回直流侧，反馈的能量暂时存储在直流侧的电容中。该电容起缓冲这种无功能量的作用。半桥逆变电路输出电压波形如图所示：
V1导通V2导通 U4
图3-5 半桥逆变电路输出电压波形
3.1.3 开关变压器的设计计算
开关变压器的磁化特性工作在第一、第三象限，它的磁通变化可以从－BM到＋BM，属于对称式工作变压器。主变压器施加电压只有一半输入电压值1/2U4(＋132V)。开关管的反向耐压比较低。在两功率管交替开关作用下，变换器原边可 产生幅值280V的方波电压。经变压器整流滤波输出，实现功率转变。
（1）估算采用EE55铁氧体磁芯的功率容量
EE55的中心柱截面积为Ae=3.515cm2，窗口面积为AQ=3.9cm2，它的功率容量乘积为A
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p=Ae×AQ=3.515×3.9=13.76。
当开关频率选50KHz时：
A p= Ae×AQ=(PT×106)/(2ηf BMδKMKG)
＝(600×10) /(2×0.8×50×10×1500×2×0.5×1) = 5<13.76
可见，采用EE55磁芯时，其功率容量足够大． 原边绕组匝数： NP=(VIN-P/2)×108/(4fBmAe)
=(280/2) ×10/4×50×10×1500×3.515 =13.33
故NP取整数14匝。 （2）充电器的容量计算
当充电器为36V,12A时蓄电池的充电最大容量为： 36V×12A＝432W
故变压器铁芯的容量计算可按照500W容量计算。
（2）原边与副边绕组匝数比的计算开关变压器的原边与副边绕组的匝数比为：
Np0.5×VIN MIN=NsVOP 其中：VIN MIN指电网最低输入直流电压值，VIN MIN＝220V
VOP指整流滤波输出电压的脉冲幅度。VOP要考虑三个因素之和，即：V0=40V+40× 10%=44V，二极管压降：VD=1.2V, 滤波电感直流压降为VL=0.2V。设整流器输出占空比为0.9，则有：
VOP=(44+1.2+0.2)/0.9=50V
Np0.5×220V==2.2(取3匝)Ns50V8
3
6
3
Ns=Np/3=14/3=4.6 (取5匝)
经过实验证明，当开关变压器原边绕组为20匝，副边绕组匝数为8匝时，半桥变压器的开关脉冲电压波形有所改善。 3.1.4 变频整流电路
变频整流电路由两个整流二极管和一个LC滤波电路组成，使半桥逆变器输出的脉冲电压成为一个比较稳定的直流电压111。整流前后电压波形如下图所示。
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图3-6 整流前后的波形
3.2 控制电路的设计 3.2.1 传感检测电路
（1） 温度检测电路
温度检测所使用的传感器非常多，热敏电阻是其中一种用半导体材料制成的敏感元件，起主要特点是灵敏度高、体积小、功耗低而且价格低廉。
用热敏电阻构成的温度检测电路较为简单，使用电阻分压电路，将温度变化引起的电阻变化转为电压信号，可以直接传送给单片机处理。下表为负温度系数的热敏电阻的分度表。
表3-1 热敏电阻分度表
温度/℃ 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 电阻/kΩ 16.12 15.45 14.81 14.20 13.61 13.06 12.53 12.03 11.54 11.09 温度/℃ 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 电阻/kΩ 10.65 10.23 9.88 9.44 9.07 8.72 8.38 8.06 7.76 7.47 温度/℃ 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 电阻/kΩ 7.18 6.91 6.65 6.41 6.17 5.94 5.72 5.52 5.32 5.13 14