基于PWM双闭环控制的智能充电装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术为一种基于PWM双闭环控制的智能充电装置，该充电装置的组成包括人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动器装置、变换器、容性负载、电压采样模块、温度采样模块、电流采样模块、泄电电路模块、硬件短路保护模块、特殊开关模块和锂电池电源。本实用新型专利技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置通过电压闭环和电流闭环的形成，不仅增大了充电电压的调节范围，而且实现了充电时间和电流可控，且减小了电流对容性负载的冲击，延长了容性负载的使用寿命；通过泄电电路模块，实现了不同电压等级间的快速切换；通过短路保护模块和特殊开关模块，提高了充电装置工作效率和整体的安全性。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及脉冲功率
，具体涉及以电容作为储能单元，并对电容快速充电,然后快速释放电容所存电能以产生瞬时脉冲功率的领域。例如脉冲激光、闪光灯和高能微波等领域。
技术介绍
脉冲功率技术是一个研究在相对较长的时间里把能量存储起来，然后经过快速压缩、转换，最后有效释放给负载的新兴科技领域。脉冲功率装置一般包括以下三部分：初级供能能源、储能或脉冲发电系统和脉冲成型或能量时间压缩系统。1000V以上的脉冲用充电装置，其功率一般较大，导致装置体积过大、重量过重，便携性不够；而1000V以下的小功率脉冲用充电装置，多应用于便携设备上，对体积、重量、及临场可操作性有较高的要求，而现在所用的小功率脉冲用充电装置，普遍存在以下问题：①充电电压可调节范围小；②不同电压等级之间切换繁琐，且电容负载两端电压等级只能由低电压等级切换到高电压等级，而不能在电容负载未放电时，由高电压等级直接切换到低电压等级；③充电电流值固定不可调，不仅充电时间不可调，且对容性负载的冲击较大，降低了容性负载的使用寿命；④充电装置短路保护方式单一及直接操作主电路的开关来实现电路的通断，降低了充电装置安全性。
技术实现思路
本技术针对当前小功率脉冲用充电装置技术中存在的不足，提供一种基于PWM双闭环控制的智能充电装置。本充电装置通过电压闭环，不仅增大了充电电压的调节范围，而且提高了充电电压的稳定性；通过电流闭环，实现了充电时间和电流可控，且减小了电流对容性负载的冲击，延长了容性负载的使用寿命；通过泄电电路模块，实现了不同电压等级间的快速切换，提高了充电装置工作效率；通过短路保护模块和特殊开关模块，提高了充电装置整体的安全性。本技术的技术方案是：一种基于PWM双闭环控制的智能充电装置，该充电装置的组成包括人机界面、MCU(微控制单元)、PWM控制器、变换器驱动器装置、变换器、容性负载、电压采样模块、温度采样模块、电流采样模块、泄电电路模块、硬件短路保护模块、特殊开关模块和锂电池电源；其连接关系为：人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动装置、变换器和容性负载依次串联；电流采样模块的输入端连接变换器的电流输出端，输出端连接PWM控制器的电流信号输入端；温度采样模块的输入端连接变换器，输出端连接MCU；电压采样模块的输入端连接变换器的电压输出端，输出端分别连接PWM控制器的电压输入端和MCU；泄电电路模块的泄电端和容性负载相连，控制信号输入端和MCU相连；硬件短路保护模块的输入端与特殊开关模块相连，输出端和PWM控制器相连；特殊开关模块的输入端和锂电池电源相连，输出端和变换器及硬件短路保护模块相连。所述的泄电电路模块的组成包括功率电阻R1，N沟道MOS管Q1，电阻R2、R3、R4、R5，PNP三极管Q2和NPN三极管Q3，第I+15V电源；其连接关系为：功率电阻R1的一端和N沟道MOS管Q1的漏极相连，另一端和容性负载的正极相连，N沟道MOS管Q1的源极和容性负载的负极相连，N沟道MOS管Q1的栅极和电阻R2的一端相连；电阻R2的另一端同时和PNP三极管Q2的集电极和电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端同时和地、N沟道MOS管Q1的源极及容性负载的负极相连；PNP三极管Q2的射极和第I+15V电源相连，基极连接电阻R3的一端；电阻R3的另一端同时和电阻R4的下端及NPN三极管Q3的集电极相连，电阻R4的另一端连接第I+15V电源。NPN三极管Q3的射极接地，基极和MCU相连。所述的硬件短路保护模块的组成包括运算放大器U2、电阻R6、R7和R8及电容C1、第II+15V电源；其连接关系为：电阻R6和电容C1串联，电容C1的另一端接地，电阻R6的另一端接运算放大器U2的同相输入端，电阻R6和电容C1的公共端接特殊开关模块中电阻R9的上端；电阻R7和电阻R8串联，并将二者的公共端接运算放大器U2的反相输入端；电阻R7的另一端接第II+15V电源，电阻R8的另一端和运算放大器U2电源负极相连，并一起接地；运算放大器U2的电源正极接第II+15V电源，负极接地；运算放大器U2的输出端接PWM控制器的短路保护端口。所述的特殊开关模块的组成包括N沟道MOS管Q4、Q5、Q6，P沟道MOS管Q7，锂电池保护芯片U1，电阻R9、R10、R11、R12、R13、电容C2和开关K1，第III+15V电源；其连接关系为：N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5并联，即二者漏极连接在一起，源极连接在一起，再将二者的漏极与电阻R9的下端相连，源极和地相连；将N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5的栅极、电阻R10的下端和N沟道MOS管Q6的漏极三者连接在一起，电阻R10的上端和第III+15V电源相连；N沟道MOS管Q6的源极和地相连，栅极连接电阻R11的左端，电阻R11的右端和P沟道MOS管Q7的源极相连，P沟道MOS管Q7的漏极连接锂电池电源的正极和电阻R13的上端，栅极连接锂电池保护芯片U1的OD端；电阻R13和电容C2串联，两者的公共端连接锂电池保护芯片U1的VCC电源端口，电阻R13的上端连接锂电池电源的正极和P沟道MOS管Q7的漏极，电容C2的下端连接锂电池电源的负极；锂电池保护芯片U1的GND端连接锂电池电源的负极和电容C2的下端，CS端口连接电阻R12的上端；电阻R12的下端连接开关K1的右端，开关K1的左端连接到地。所述的电压采样模块为霍尔电压传感器；电流采样模块为霍尔电流传感器；温度采样模块为热敏电阻。本技术的有益效果为：①本装置通过电压闭环，保证了输出电压在0～1000V范围内可调，扩大了充电范围，同时维持输出电压的稳定；②本装置通过电流闭环，保证了充电电流大小可控，进而实现充电时间可控。同时，MCU(微控制单元)在保证充电时间的前提下，根据容性负载的特性，内部程序绘制出了容性负载的最优充电电流给定曲线。充电过程中，MCU依据最优充电电流给定曲线，不断改变充电电流的给定值，控制充电电流，有效地降低了充电电流对容性负载的冲击，延长了容性负载的使用寿命。③本装置通过泄电电路模块，使充电装置在原来只能由低电压等级切换到高电压等级的基础上，又增加了在容性负载处于高电压等级且未放电的情况下，直接由高电压等级向低电压等级切换的功能，提高了充电装置的工作效率。④本装置的短路保护采用了双重短路保护，包括硬件短路保护和软件短路保护。硬件短路保护以短路时变换器的大电流特征信号作为保护信号，软件短路保护以短路时变换器输出低电压作为保护信号，两种特征信号的交互使用，进一步增加了短路保护的可靠性，也提高了充电装置的安全性。⑤本装置通过采用特殊开关模块设计，实现了小电流信号控制大电流主电路的通断，同样提高了充电装置的安全性。附图说明图1是本技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置整体结构示意框图；图2是本技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置创新点部分电路连接图；图3是本技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置MCU2中泄电电路模块10的控制程序流程图；图4是本技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置MCU2中软件短路保护的控制程序流程图；图5是本技术基于PWM双闭环控制的智能充电装置MCU2中过温保护和报警的控制程序流程图；图6是本技术基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于PWM双闭环控制的智能充电装置，其特征为该充电装置的组成包括人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动器装置、变换器、容性负载、电压采样模块、温度采样模块、电流采样模块、泄电电路模块、硬件短路保护模块、特殊开关模块和锂电池电源；其连接关系为：人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动装置、变换器和容性负载依次串联；电流采样模块的输入端连接变换器的电流输出端，输出端连接PWM控制器的电流信号输入端；温度采样模块的输入端连接变换器，输出端连接MCU；电压采样模块的输入端连接变换器的电压输出端，输出端分别连接PWM控制器的电压输入端和MCU；泄电电路模块的泄电端和容性负载相连，控制信号输入端和MCU相连；硬件短路保护模块的输入端与特殊开关模块相连，输出端和PWM控制器相连；特殊开关模块的输入端和锂电池电源相连，输出端和变换器及硬件保护模块相连；所述的特殊开关模块的组成包括N沟道MOS管Q4、Q5、Q6，P沟道MOS管Q7，锂电池保护芯片U1，电阻R9、R10、R11、R12、R13、电容C2和开关K1，第+15V电源；其连接关系为：N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5并联，即二者漏极连接在一起，源极连接在一起，再将二者的漏极与电阻R9的下端相连，源极和地相连；将N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5的栅极、电阻R10的下端和N沟道MOS管Q6的漏极三者连接在一起，电阻R10的上端和第+15V电源相连；N沟道MOS管Q6的源极和地相连，栅极连接电阻R11的左端，电阻R11的右端和P沟道MOS管Q7的源极相连，P沟道MOS管Q7的漏极连接锂电池电源的正极和电阻R13的上端，栅极连接锂电池保护芯片U1的OD端；电阻R13和电容C2串联，两者的公共端连接锂电池保护芯片U1的VCC电源端口，电阻R13的上端连接锂电池电源的正极和P沟道MOS管Q7的漏极，电容C2的下端连接锂电池电源的负极；锂电池保护芯片U1的GND端连接锂电池电源的负极和电容C2的下端，CS端口连接电阻R12的上端；电阻R12的下端连接开关K1的右端，开关K1的左端连接到地。...

【技术特征摘要】
1.一种基于PWM双闭环控制的智能充电装置，其特征为该充电装置的组成包括人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动器装置、变换器、容性负载、电压采样模块、温度采样模块、电流采样模块、泄电电路模块、硬件短路保护模块、特殊开关模块和锂电池电源；其连接关系为：人机界面、MCU、PWM控制器、变换器驱动装置、变换器和容性负载依次串联；电流采样模块的输入端连接变换器的电流输出端，输出端连接PWM控制器的电流信号输入端；温度采样模块的输入端连接变换器，输出端连接MCU；电压采样模块的输入端连接变换器的电压输出端，输出端分别连接PWM控制器的电压输入端和MCU；泄电电路模块的泄电端和容性负载相连，控制信号输入端和MCU相连；硬件短路保护模块的输入端与特殊开关模块相连，输出端和PWM控制器相连；特殊开关模块的输入端和锂电池电源相连，输出端和变换器及硬件保护模块相连；所述的特殊开关模块的组成包括N沟道MOS管Q4、Q5、Q6，P沟道MOS管Q7，锂电池保护芯片U1，电阻R9、R10、R11、R12、R13、电容C2和开关K1，第 +15V电源；其连接关系为：N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5并联，即二者漏极连接在一起，源极连接在一起，再将二者的漏极与电阻R9的下端相连，源极和地相连；将N沟道MOS管Q4和N沟道MOS管Q5的栅极、电阻R10的下端和N沟道MOS管Q6的漏极三者连接在一起，电阻R10的上端和第+15V电源相连；N沟道MOS管Q6的源极和地相连，栅极连接电阻R11的左端，电阻R11的右端和P沟道MOS管Q7的源极相连，P沟道MOS管Q7的漏极连接锂电池电源的正极和电阻R13的上端，栅极连接锂电池保护芯片U1的OD端；电阻R13和电容C2串联，两者的公共端连接锂电池保护芯片U1的VCC电源端口，电阻R13的上端连接锂电池电源的正极和P沟道MOS管Q7的漏极，电容C2的下端连接锂电池电源的负极；锂电池保护芯片U1的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李练兵，郭铁厂，刘海湾，侯荣立，安子腾，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：新型
国别省市：天津;12