基于DSP的恒流充电电源设计方案

　　1 引 言

　　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恒定电流，充到一定时间或蓄电池达到一定电压后，改用较小的恒定电流充电。同时蓄电池恒流充电电源不同于普通的直流电源，它的工作负载范围非常宽，其输出电压可能从近似为零变到额定值。因此，在较宽的负载范围内保证蓄电池充电阶段的平滑过渡，以及不同阶段时的恒流特性是蓄电池恒流充电电源的设计难点。这里设计的基于DSP 变参数积分分离PI 调节的两级恒流充电电源可方便地解决这一难题。

　　2 系统结构及工作原理

　　图1 示出蓄电池恒流充电电源的结构框图。该电源可对蓄电池进行两级恒流充电，两阶段的充电终止条件可分为充电时间原则、充电电压原则或时间/ 电压混合原则，并可自动完成两阶段电流转换、充电原则转换和相应充电参数值的调整。

　　装置主电路的工作原理是首先对380 V 输入交流市电进行EMI 滤波，采用带十二相自耦变压器的不控整流电路将交流电变换为直流电，从而有效地减少了输入级AC/ DC 变换产生的谐波含量，提高了功率因数，降低了输入变压器的容量。利用全桥高频逆变电路将直流电逆变为高频双极性PWM波，经高频脉冲变压器降压，双半波整流和输出滤波后，最终输出恒定的直流电流对蓄电池负载充电。

图1 恒流充电装置结构框图

　　控制系统由DSP 及其外围电路组成，主要完成对输出电压、电流信号的检测、采样和计算;对外部控制指令的接收和处理;对恒流充电的控制;对驱动信号的产生;对显示数据的发送及整机的控制等功能。DSP 控制芯片采用美国TI 公司生产的数字信号处理器TMS320F240 ,其具有丰富的片内集成外设，大大减少了DSP 的外围元器件。此外，因其高速信号处理和数字控制功能使它特别适用于需要进行复杂算法的控制系统。

　　3 控制策略

　　PI 控制器以其结构简单、控制稳态精度高等特点，广泛应用于控制领域。传统数字PI 调节器的数学模型为：

　　其增量表达式为：

　　式中 e ( k) , e ( k - 1) ---充电电流第k和k - 1次采样误差值

　　Kp ---比例系数

　　KI ---积分系数

　　传统PI 调节的Kp 和KI 在控制过程中为常数，而文中装置需要对蓄电池进行分级恒流充电，两级的充电参数值不相同且负载范围较宽，因此为了达到较好的控制效果，需根据实际情况对控制参数进行相应的调整。在不同的输入量区域内，选取PI参数的要求不同，其取值规则为：

　　①Kp 值大，系统响应快，调节精度高;但Kp 值过大时，则易造成系统超调大，甚至不稳定。因此，在误差e ( k) 趋于增大时需要适当减小Kp 值，以防止超调;当误差e ( k) 趋于减小时，要增大Kp 值，以提高系统响应速度。