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【我是工程師第四季】鉛酸電池正負(fù)脈沖智能充電器

時(shí)間好快,轉(zhuǎn)眼【我是工程師】已經(jīng)到了第四季了,正好年前的一段時(shí)間有空,希望還來的及。。。

其實(shí)我也做了好幾年的電源工程師,現(xiàn)在轉(zhuǎn)行了反倒手癢癢了,在前家公司的時(shí)候,一直都是反激充電(雖然最大也做到了1000W左右),PFC Boost, PUSH-PULL升壓,半橋逆變等,都是現(xiàn)成的電路改改,從未自己去搞過,現(xiàn)在趁著這個(gè)機(jī)會(huì),全面的挑戰(zhàn)一下自己。

剛才翻帖子的時(shí)候看到有位大神PFC+LLC架構(gòu)已經(jīng)搞起來了,我也有樣學(xué)樣,跟著做這個(gè)架構(gòu),在以下設(shè)計(jì)中如有不當(dāng)之處,歡迎大神指正!

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所謂正負(fù)脈沖充電,相信對(duì)于各位電源愛好者應(yīng)該不會(huì)陌生,就是在充電過程中,當(dāng)充電電流接近蓄電池固有的微量析氣充電曲線時(shí),適時(shí)地對(duì)電池進(jìn)行反向大電流瞬間放電,能夠除去正極板上的氣體,并使氧氣在負(fù)極板上被吸收,從而解決了電池在快速充電過程中的極化問題,這個(gè)過程還可以降低電池內(nèi)部壓力、溫度、阻抗,減少能量的損耗,使電能更有效地轉(zhuǎn)化為化學(xué)能并存儲(chǔ)起來,提高了充電效率和蓄電池的充電接受能力,而大大提高充電速度,縮短充電時(shí)間。(懶得敲了,就從網(wǎng)上摘抄了這么一段話解釋一下)

直白一點(diǎn),就是如下圖的邏輯。

正負(fù)脈沖圖示

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借著這次機(jī)會(huì),一邊學(xué)習(xí)一邊搞,我給自己定的設(shè)計(jì)規(guī)格如下:

輸入:175Vac-264Vac

輸出:48Vdc(實(shí)際最高充電電壓為58.8Vdc),6A,大約350W

目標(biāo)效率:90%(第一次做,不確定能做到多少)

電量顯示:四位數(shù)碼管顯示當(dāng)前充電電壓,充電電流,充電狀態(tài)等。

充電邏輯如下:

充電邏輯

把線路圖更新在一樓:

CK-3C-00A.pdf

CK-3M-00A.pdf

控制板PCB已經(jīng)發(fā)出去打樣。

CK-3C-00A1

CK-3C-00A2

主板PCB正在進(jìn)行,今天回老家了,明天晚上應(yīng)該可以完成。--2018.1.28

CK-3M-00A1

主板的PCB終于完成,明天在優(yōu)化一下就可以發(fā)出去了,由于是第一次畫這種PCB,請(qǐng)大家指點(diǎn)--2018.1.30

Main2

main3

Main1

全部回復(fù)(38)
正序查看
倒序查看
Mr高
LV.3
2
2018-01-24 09:46
占個(gè)位子
0
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Clyde_cao
LV.1
3
2018-01-24 18:47

我打算按如下順序搞:

1) 選擇殼體;

2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;

3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;

4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;

5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;

6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;

7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。

0
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Clyde_cao
LV.1
4
2018-01-24 19:16
@Clyde_cao
我打算按如下順序搞:1)選擇殼體;2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。

在阿里巴巴上找了一款外殼,現(xiàn)貨的長(zhǎng)度為130mm,所以充電器主板的尺寸將設(shè)計(jì)為95*130,粗略算了一下,綽綽有余

再去找一款散熱片,可以正好扣在左右兩邊上下槽位之間。

0
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Clyde_cao
LV.1
5
2018-01-24 19:28
@Clyde_cao
在阿里巴巴上找了一款外殼,現(xiàn)貨的長(zhǎng)度為130mm,所以充電器主板的尺寸將設(shè)計(jì)為95*130,粗略算了一下,綽綽有余再去找一款散熱片,可以正好扣在左右兩邊上下槽位之間。[圖片][圖片]

散熱片就選這一款吧,這樣殼體和散熱片的問題都解決了。

0
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Clyde_cao
LV.1
6
2018-01-24 19:53
@Clyde_cao
我打算按如下順序搞:1)選擇殼體;2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。

控制部分和顯示部分:

MCU:使用國(guó)產(chǎn)宏晶最新的STC8A8K32S4A12,內(nèi)部含有12位ADC用于采集充電電壓和充電電流,PWM可用作DAC作為單片機(jī)控制反饋的充電電壓和充電電流,PWM控制正負(fù)脈沖的晶體管的通斷,內(nèi)部含有32K的EEPROM,無需外部晶振。好久沒寫單片機(jī)程序了,也算是一種挑戰(zhàn)。

4位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng):使用TM1650驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管。TM1650采用2線串行傳輸協(xié)議通訊,占用更少的IO口。

2個(gè)輕觸按鍵:設(shè)置鍵和上下翻鍵。

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2018-01-25 09:42
@Clyde_cao
控制部分和顯示部分:MCU:使用國(guó)產(chǎn)宏晶最新的STC8A8K32S4A12,內(nèi)部含有12位ADC用于采集充電電壓和充電電流,PWM可用作DAC作為單片機(jī)控制反饋的充電電壓和充電電流,PWM控制正負(fù)脈沖的晶體管的通斷,內(nèi)部含有32K的EEPROM,無需外部晶振。好久沒寫單片機(jī)程序了,也算是一種挑戰(zhàn)。4位數(shù)碼管驅(qū)動(dòng):使用TM1650驅(qū)動(dòng)4位數(shù)碼管。TM1650采用2線串行傳輸協(xié)議通訊,占用更少的IO口。2個(gè)輕觸按鍵:設(shè)置鍵和上下翻鍵。
pdf的鏈接已經(jīng)刪了,把文件傳到論壇里吧。論壇里不可以有其他網(wǎng)站的鏈接哈
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Clyde_cao
LV.1
8
2018-01-25 15:54
@電源網(wǎng)-fqd
pdf的鏈接已經(jīng)刪了,把文件傳到論壇里吧。論壇里不可以有其他網(wǎng)站的鏈接哈[圖片]
好的,收到。
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Clyde_cao
LV.1
9
2018-01-25 21:10
@Clyde_cao
我打算按如下順序搞:1)選擇殼體;2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。

剛剛畫了一個(gè)單片機(jī)的顯示電路和偵測(cè)及反饋的控制電路,作為副板插在充電主板上,電路如下:

CK-3C-00A.pdf

參數(shù)沒改,大家將就看,現(xiàn)在開始畫PCB板。

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chaos2008
LV.4
10
2018-01-26 08:07
@Clyde_cao
剛剛畫了一個(gè)單片機(jī)的顯示電路和偵測(cè)及反饋的控制電路,作為副板插在充電主板上,電路如下:CK-3C-00A.pdf參數(shù)沒改,大家將就看,現(xiàn)在開始畫PCB板。
這個(gè)好  關(guān)注一下
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2018-01-26 09:35

關(guān)注一下,樓主是如何讓充電電流工作于析氣曲線附近,根據(jù)公式參數(shù)預(yù)估還是有閉環(huán)控制?

另外是否試過充電電流為三角波或者正弦波的方式,或者能量回收的方式,不知效果會(huì)如何。

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Clyde_cao
LV.1
12
2018-01-26 14:00
@boy59
關(guān)注一下,樓主是如何讓充電電流工作于析氣曲線附近,根據(jù)公式參數(shù)預(yù)估還是有閉環(huán)控制?另外是否試過充電電流為三角波或者正弦波的方式,或者能量回收的方式,不知效果會(huì)如何。

哈哈,其實(shí)我剛開始做的時(shí)候還真沒考慮這么多,就是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值定了一個(gè)充電電流的值,實(shí)現(xiàn)功能即可。

既然版本提出來了,我可以研究一下。時(shí)間比較短,不知道能不能做的出來。

以前在前家公司的時(shí)候,充電電流就是電路整流成饅頭波,通過反擊電路實(shí)現(xiàn)的饅頭波充電,你說的三角波倒是沒有試過。

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Clyde_cao
LV.1
13
2018-01-26 14:01
@boy59
關(guān)注一下,樓主是如何讓充電電流工作于析氣曲線附近,根據(jù)公式參數(shù)預(yù)估還是有閉環(huán)控制?另外是否試過充電電流為三角波或者正弦波的方式,或者能量回收的方式,不知效果會(huì)如何。
剛才找到了你在其他網(wǎng)站的分析的析氣曲線,分析的比較詳細(xì),我先給自己充充電哈。
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Clyde_cao
LV.1
14
2018-01-26 14:35
@boy59
關(guān)注一下,樓主是如何讓充電電流工作于析氣曲線附近,根據(jù)公式參數(shù)預(yù)估還是有閉環(huán)控制?另外是否試過充電電流為三角波或者正弦波的方式,或者能量回收的方式,不知效果會(huì)如何。

版主,我剛才大致看了一下,我的硬件電路是可以實(shí)現(xiàn)的,需要在程序里面控制

好幾年不寫程序了,不知能實(shí)現(xiàn)到什么程度,我先把三段式充電做處理

在修改一版程序看能不能實(shí)現(xiàn)您說的析氣曲線,有什么好的建議,希望不吝賜教。

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2018-01-26 16:55
@Clyde_cao
版主,我剛才大致看了一下,我的硬件電路是可以實(shí)現(xiàn)的,需要在程序里面控制好幾年不寫程序了,不知能實(shí)現(xiàn)到什么程度,我先把三段式充電做處理在修改一版程序看能不能實(shí)現(xiàn)您說的析氣曲線,有什么好的建議,希望不吝賜教。

三段式是以前采用純硬件的方式一般到了后段都會(huì)超出析氣曲線,如果采用單片機(jī)控制估計(jì)可以解決這個(gè)問題提高電池壽命。

脈沖方式的不知道電池可以承受多大的沖擊電流是按I*t算還是怎樣,脈沖方式的電流又如何折算到析氣曲線上按平均電流嗎,或者另有算法?跟著兄臺(tái)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。

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Clyde_cao
LV.1
16
2018-01-26 21:53
@Clyde_cao
剛剛畫了一個(gè)單片機(jī)的顯示電路和偵測(cè)及反饋的控制電路,作為副板插在充電主板上,電路如下:CK-3C-00A.pdf參數(shù)沒改,大家將就看,現(xiàn)在開始畫PCB板。

控制板的PCB已經(jīng)畫好了,明天早上發(fā)出去打樣

從明天開始計(jì)算充電器參數(shù)和畫主板的線路圖和PCB。

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Clyde_cao
LV.1
17
2018-01-26 22:20
@Clyde_cao
我打算按如下順序搞:1)選擇殼體;2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。

充電器主板的線路圖大致畫了一下,參數(shù)還沒算。

CK-3M-00A.pdf

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Clyde_cao
LV.1
18
2018-01-28 11:27
@Clyde_cao
我打算按如下順序搞:1)選擇殼體;2)把顯示和控制部分的小板子弄出來,發(fā)出去打樣;3)計(jì)算充電器的變壓器等元器件的參數(shù),購買元器件;4)搞充電器主板的線路和PCB,發(fā)出去打樣;5)控制板的PCB回來后焊接,先寫顯示和控制部分的程序;6)主板的PCB回來,焊接并調(diào)試;7)整體調(diào)試,并看是否還有優(yōu)化的空間。
線路圖已經(jīng)更新到一樓了,歡迎大家討論。
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yywang
LV.6
19
2018-01-29 18:28
@boy59
三段式是以前采用純硬件的方式一般到了后段都會(huì)超出析氣曲線,如果采用單片機(jī)控制估計(jì)可以解決這個(gè)問題提高電池壽命。脈沖方式的不知道電池可以承受多大的沖擊電流是按I*t算還是怎樣,脈沖方式的電流又如何折算到析氣曲線上按平均電流嗎,或者另有算法?跟著兄臺(tái)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)。
學(xué)習(xí)
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Clyde_cao
LV.1
20
2018-01-29 18:37

CPU已經(jīng)到了

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Clyde_cao
LV.1
21
2018-01-30 19:56
一樓更新主板PCB圖片。
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Clyde_cao
LV.1
22
2018-01-31 13:48

簡(jiǎn)單的優(yōu)化一下,發(fā)出去打樣,要不年前來不及了。

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Clyde_cao
LV.1
23
2018-01-31 14:05

PCB發(fā)出去以后,趁著這個(gè)時(shí)間,再來詳細(xì)算一下各部分的參數(shù),設(shè)計(jì)中用到的兩款驅(qū)動(dòng)芯片TEA19161T和TEA19162T形成一個(gè)復(fù)合IC功能,用于帶PFC功能的LLC諧振變換器的設(shè)計(jì),先來介紹下這兩款I(lǐng)C:

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Clyde_cao
LV.1
24
2018-01-31 15:40
@Clyde_cao
PCB發(fā)出去以后,趁著這個(gè)時(shí)間,再來詳細(xì)算一下各部分的參數(shù),設(shè)計(jì)中用到的兩款驅(qū)動(dòng)芯片TEA19161T和TEA19162T形成一個(gè)復(fù)合IC功能,用于帶PFC功能的LLC諧振變換器的設(shè)計(jì),先來介紹下這兩款I(lǐng)C:[圖片]

PFC的啟動(dòng)時(shí)序:

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ranadd
LV.2
25
2018-02-05 08:49
樓主,開始寫軟件了嗎, 正好我再做類似的項(xiàng)目,軟件還沒有搞定
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Clyde_cao
LV.1
26
2018-02-06 15:28
@ranadd
樓主,開始寫軟件了嗎,正好我再做類似的項(xiàng)目,軟件還沒有搞定
這兩天就開始搞,所有的物料這兩天才到。
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ranadd
LV.2
27
2018-02-07 08:59
@Clyde_cao
這兩天就開始搞,所有的物料這兩天才到。
到時(shí)候期待分析軟件代碼,
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Clyde_cao
LV.1
28
2018-02-08 21:21
估計(jì)時(shí)間不夠了,我這幾天要加緊時(shí)間
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2018-02-09 08:46
@Clyde_cao
估計(jì)時(shí)間不夠了,我這幾天要加緊時(shí)間
靜待分享
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2018-02-10 14:32
@Clyde_cao
估計(jì)時(shí)間不夠了,我這幾天要加緊時(shí)間

學(xué)習(xí)。期待成品

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Clyde_cao
LV.1
31
2018-02-11 19:35
@Clyde_cao
估計(jì)時(shí)間不夠了,我這幾天要加緊時(shí)間
程序已經(jīng)寫的差不多了,硬件還沒調(diào),估計(jì)來不及了,年前能做多少做多少,年后盡量去做
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