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1、摘要：利用 PWM 控制 DC/DC 变换的原理,给出了一种基于 IGBT 功率器件设计方法,并对该系统进行了试验,给出了试验结果。关键词：Buck 变换器 PWM IGBT 80C196KC蓄电池正常充电时,比较好的充电方法是分级定流方式,即在充电初期用较大的电流,充到一定的时间后,改用较小的电流,至充电后期改用更小的电流。这种充电方法的效率高,所需充电时间较短,充电的效果也好,并且对延长电池的使用寿命有利。针对这种要求,本文设计了可改变电流大小的恒流充电系统。1 系统结构及设计系统结构如图 1 所示。交流市电经 AC/DC 整流得到直流电压 Vbus,Vbus 经 IGBT DC/DC 斩
2、波后供给电池作为充电电压。根据恒流充电的要求,将电池的充电电流作为反馈信号实施闭环控制。给定充电电流 I*与实际充电电流反馈信号 I 比较得误差 e,经 PID 调节器调节后送 PWM 控制器产生 PWM 控制信号,再经隔离驱动控制功率开关管 IGBT 的开与导通,进行DC/DC 降压斩波,实时改变充电电压的大小,从而实现恒流充电的功能。1.1 斩波及驱动设计直流 DC/DC 斩波电路采用 Buck 降压变换器的形式,如图 2 所示。电感 L2 之前为Buck 变换器,Buck 变换器有电感电流连续工作模式和不连续工作模式。适当选取电感 L1 的大小,可使 Buck 变换器电感电流为连续状态。
3、而连续状态下的电感电流为锯齿波,为了更好地平滑电流,在变换器后再接一平波电感 L2。反馈控制系统的一个重要设计准则就是保证跟踪的快速性。由于 L1 及滤波电容都放大,因而时滞大,所以在此不用与电池（BAT）相串的 L2 电流作为反馈,而以L1 的电流为反馈。IGBT 为全控型晶体管,通过控制其栅极 G 端高低电平可控制其导通与关断。D 为续流二极管。设 IGBT 开关周期为 T,开通时间为 Ton,判断时间为 Toff,占空比为 d,则有关系式：Ton+Toff=TUc=(Ton/T)VBusd=Ton/T开关周期固定,通过控制占空比 d 可实现对 Uc 的控制。IGBT 的驱动采用 TLP2
4、50 芯片。TLP250 内部有光耦隔离。为了实现 IGBT 的快速关断,在使其关断时,需为 G、E 端提供一负偏压。TLP250 的驱动电路如图 3 所示,稳压管 Z+5 伏,采用+20V 电源供电。由于稳压管 Z 及电容 C2 的储能作用,当 IGBT 导通时,G、E 之间产生+15 伏的驱动电压;当 IGBT 关断时,G、E 之间产生+5V 的偏压。G、E 两端 PWM 波形如图 4 所示。1.2 脉宽调制脉宽调制（PWM）控制器选用 3525 芯片。该芯片内部有一振荡器产生三角波信号,误差信号 e=I*-I 经 PID 调节器后送内部误差放大器,再与三角波进行比较产生 PWM 波形。同
5、时,3525 还有闭锁控制引脚,可将过流、过压、短路等检测信号送至此引脚以封锁 PWM 输出,实施保护功能。通过调节片内振荡器外接电容、电阻的大小可以改变 PWM 的周期及死区。1.3 单片机控制80C196KC 单片机外接 D/A 转换器,将单 牒同的数字电流给定信号转换成模拟信号。也可以利用单片机的高速输出部件 HSO 或脉冲宽度调制器输出 PWM 信号,PWM 信号经平滑滤波后变为模拟信号。针对蓄电池的分级定流充电方式,利用 80C196KC 单片机进行监督控制,实时改变充电电流大小。80C196KC 单片机内部有 8 路 12 位的 A/D 转换。选一路 A/D 口对电池电压进行检,当
6、电池达到一定值后,转入定时小电流浮充。采和 80C196KC单片机的高速输入口（HSI）对保护信号检测,当出现过流、过压、短路等故障时,采取相应的动作,如切断市电输入及电池输入。2 试验结果及结论图 5、图 6、图 7、图 8 为几种情况下的试验结果。试验中在 BUS 及 BAT 电压值为万用表读数,I 值为蓄电池串接安培表读出的充电电流值,也等于充电电流给定值。而各图中的波形从存储波器获取,横坐标上面波形为电流霍尔采样的 L2电流,横坐标下面波形为电流霍尔采样的 L1 电流（为便于与 L1 电流对比,取反相）。由试验结果得出,在 03A 充电电流给定下,取得了良好的实际充电电流,实现了对蓄电池的分级定流及涓流充电;Buck 变换器后接电感 L2 有利于电流的平滑;当 BUS 电压在一定范围变化时,由于功率管占空比的调节,能保持充电电流的恒定。本恒流充电系统可对多节蓄电池进行串联恒流充电。dmin=0.2,dmax=0.8,设电网电压为 220V,波动为15%,则整流可得 BUS 的电压为 VBUSmin=22075%1.4=262V,供给 BAT 的最大充电电压为 2630.8=210V。
