恒流恒压模式锂离子电池充电器的设计

发布时间：2017-08-10 12:08

  本文关键词：恒流恒压模式锂离子电池充电器的设计

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【摘要】：锂离子电池因具有能量密度高、循环寿命长、放电电压高,无记忆效应以及无污染等优点而得到广泛使用。但是由于锂离子电池相对脆弱的特性,使其对充电电路提出了相对严苛的要求。在此背景下本文设计了一款额定输出电压42V,额定输出电流4A的锂离子电池充电器。本文首先从锂离子电池化学原理入手,通过对锂离子电池充放电特性以及常用充电方法等内容的研究,在此基础上确定了锂离子电池充电器的总体方案。本文采用恒流恒压充电法。充电初期为恒流阶段,使用大电流对电池充电,实现快速充电的目的。第二阶段为恒压阶段,确保电池充满。充电器的前级采用PFC变换器,在比较了PFC变换器主电路拓扑结构优缺点的基础上,结合PFC变换器具体的应用环境,确定了PFC变换器为Boost型电流临界断续模式PFC变换器。Boost型电流临界断续模式PFC变换器具有控制电路简单、功率因数高以及效率高等优点,适用于中小功率场合。文中对电流临界断续模式PFC变换器的工作原理和主电路参数进行了详细的推导。选择L6561作为控制芯片,并设计了一款基于L6561的电流临界断续模式PFC变换器。充电器的后级采用DC/DC变换器。分析比较了几种常见的隔离型DC/DC变换器的优缺点,结合具体应用的场合,选用了双管正激DC/DC变换电路作为充电器主电路。双管正激DC/DC变换器由于开关电压应力小、具有内在抗桥臂直通的能力以及可靠性高等优点使得它具有广泛的应用。文中详细分析了双管正激DC/DC变换电路的基本工作原理。采用PWM控制器SG3525作为双管正激DC/DC变换器的控制芯片,详细阐述了基于SG3525芯片恒流恒压电路的设计。本文采用电流与电压闭环调节方式,实现恒流恒压阶段的自动转换。最后详细介绍了双管正激DC/DC变换器主电路参数的设计。在此基础上研制了一台样机,实验结果验证了方案的可行性。该锂离子电池充电器具有控制精度高,变换效率高,体积重量小,可靠性高等优点。
【关键词】：锂离子电池 恒流恒压模式 功率因数校正 临界导通模式 双管正激变换器
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46;TM912
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 符号列表14-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景16-17
• 1.2 蓄电池类别及性能17-22
• 1.2.1 铅酸蓄电池17-18
• 1.2.2 镍镉电池18-19
• 1.2.3 镍氢电池19-20
• 1.2.4 锂离子电池20-22
• 1.3 锂离子电池充电器的研究现状22-23
• 1.4 本文的研究内容23-24
• 第二章 锂离子电池充电器系统设计24-34
• 2.1 锂离子电池的工作原理24-25
• 2.1.1 金属锂电池和锂离子电池24
• 2.1.2 锂离子电池化学反应原理24-25
• 2.2 锂离子电池的充放电特性25-27
• 2.2.1 充电特性25-27
• 2.2.2 放电特性27
• 2.3 锂离子电池充电的主要方法27-29
• 2.4 充电器系统方案29-33
• 2.4.1 充电策略29-30
• 2.4.2 充电器总体方案设计30-33
• 2.4.3 充电器设计目标33
• 2.5 本章小结33-34
• 第三章 电流临界断续模式PFC变换器原理及设计34-52
• 3.1 功率因数的定义34-35
• 3.2 电流临界断续模式PFC变换器原理35-40
• 3.2.1 开关模态36-37
• 3.2.2 半个工频周期内的特性37-40
• 3.3 电流临界断续模式PFC变换器设计40-48
• 3.3.1 控制框图40-41
• 3.3.2 控制芯片介绍41-43
• 3.3.3 主电路参数设计43-47
• 3.3.4 控制电路参数设计47-48
• 3.4 损耗分析48-51
• 3.5 本章小结51-52
• 第四章 双管正激DC/DC变换器原理及设计52-72
• 4.1 双管正激DC/DC变换器工作原理52-54
• 4.2 双管正激DC/DC变换器设计54-65
• 4.2.1 控制框图54-55
• 4.2.2 控制芯片介绍55-57
• 4.2.3 控制电路及保护电路设计57-59
• 4.2.4 主电路参数设计59-65
• 4.3 驱动电路设计65-66
• 4.4 损耗分析66-67
• 4.5 辅助电源设计67-71
• 4.5.1 控制芯片介绍67-68
• 4.5.2 电路设计68-71
• 4.6 本章小结71-72
• 第五章 实验结果72-80
• 5.1 电流临界断续模式PFC变换器实验结果72-74
• 5.2 双管正激DC/DC变换器实验结果74-76
• 5.3 恒流恒压特性76-77
• 5.4 样机效率77-79
• 5.4.1 电流临界断续模式PFC变换器效率77
• 5.4.2 双管正激DC/DC变换器效率77-78
• 5.4.3 整机效率78-79
• 5.5 本章小结79-80
• 第六章 工作总结与展望80-82
• 6.1 本文的主要工作80-81
• 6.2 展望81-82
• 参考文献82-86
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文86-87
• 致谢87-88

【参考文献】

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本文编号：650626