电能收集充电器参赛组: 三 参赛人员：小李、小胡、小张目录目录摘要 系统方案设计 总方案设计 直流变换电路与脉宽调制电路的比较理论分析与计算电路结构电路分析元器件的选择各单元电路的设计与实现升压型变换器降压型变换器监控电路系统软件设计与流程功能分析软件设计整机测试与测试结果分析测试仪器测试结果测试结果分析结论摘要设计并制作一种宽范围的电能收集充电器。本充电器可以根据输入电压的范围，选择升压、降压及直通输出三种工作模式，有效地提高了充电器直流变换电路的工作效率；监测和控制电路则工作于间歇模式，降低了功耗，有助于提高变换器的效率。经实际测试，充电器在0.9至20范围内均能正常工作，并能向模拟可充电池充电，电路工作稳定可靠，成本低，很好的满足了设计任务的要求。关键词：充电器、直流变换器 系统方案设计 总方案设计根据题目要求，设计的电能收集充电器主要由/变换器，变换器选择电路，辅助电路，以及监控电路等部分组成。其原理框图如下所示。输入变换器选择直通电路显示控制降压型变换器升压型变换器辅助电源输出/变换器系统原理框图1.2 直流变换电路与脉宽调制电路的比较 方案一：采用单片机产生PWM信号。此方案可简化硬件电路，易于通过修改程序来控制和调节，具有良好的灵活性。但在变换过程中，为保证获得最大的输出功率，需要根据输入和输出电压的变化来实时的调整占空比。而单片机通过A/D采样输入输出，在根据输入输出的变化来调整占空比，必然会产生较大的延时，导致较大的控制误差，同时，单片机的端口输出电压低，功率小，不能直接驱动功率开关，需要另加驱动电路和电源，会产生额外的功率损耗。 方案二：采用单片PWM信号控制器。该控制器集成度高，外接较少的元件就可正常工作，且该集成芯片自带驱动电路，功率较低，有利于降低成本，提高效率，响应速度也快，但控制的灵活性较差。 综合比较，我们选择方案二。2. 理论分析与计算 为了保证变换效率，使整个充电电路获得最大的功率输出，从以下几个方面进行了设计分析：2.1 电路结构（1） 输入电压低于3.6V时因输入电压低于充电电压，必须对输入电压进行升压。设计采用BOOST升压电路，通过对该升压电路的占空比的控制，改变该电路的等效输入阻抗，使其与输入电源的阻抗相匹配，实现最大功率输出，提高变换效率。要使升压电路工作，必须提供辅助电源，故采用自激式升压电路。（2） 输入电压高于3.6V，低于18V时此时采用直接输出的方式，消除功率变换部分的功耗，提高工作效率。（3） 输入电压高于18V时为了保证获得最佳的功率输出，必须使 变换电路的等效输入阻抗与电源的内阻相匹配，故采用单端反激式变换电路，通过对变换器的占空比进行控制，改变变换器的等效输入阻抗，实现最大的功率输出。2.2 电路设计（1） 在保证实验要求的基础之上，电路设计尽量简化，以减少不必要的损失。（2） 单片机作为监控电路的核心，可工作于休眠模式，以降低监控电路的损耗，提高效率。（3） 升降压电路的占空比控制在合理的范围内，提高变换电路的效率。2.3 元器件的选择（1） 变换器功率开关 选用低导通电阻的低压大电流MOSFET，以降低功率开关的开关损耗和导通损耗。（2） PWM控制器 用PWM控制芯片UC3843，其功能全，工作频率高，引脚少，外围元件简单等特点，电压调整率可达0.01%V，很接近稳压电源的调整率。工作频率可达500KHZ，启动电流仅需1mA,启动电路简单。（3） 单片机 采用PIC16FC684单片机，功耗低（工作电流最低达10uA,待机电流50nA），工作电压范围宽（2.0V5.5V），外设丰富，端口驱动能力强等。3. 各单元电路的设计与实现3.1 升压型变换器