摘 要

随着电动自行车的发展和普及，对充电与驱动系统集成的讨论引起了越来越广泛的关注。传统电动自行车的充电器与驱动系统分离，既增加了整体的重量也带来了使用上的不方便。电动自行车采用集成充电技术，能有效降低电动车的成本以及增加使用灵活性。

本文介绍了充电的基本方法与蓄电池的特性，对不同的集成充电主电路结构方案进行了分析比较。根据集成充电研究现状和发展趋势，提出了将电动自行车驱动系统中电动机的定子绕组及三相逆变桥的部分MOS管运用到充电系统中，构成两相两重的降压斩波电路的方案，并对多重降压斩波的原理进行了详细的分析介绍，对部分电路进行了仿真。

本设计方案对降压斩波电路的控制基于PIC16CR73单片机。文中对PIC16CR73单片机进行了详细介绍，并对相应的驱动电路、电压检测电路、电流检测电路和控制电路进行了分析介绍，并设计和编写出了控制程序。

关键词：集成充电器；Buck电路；充电方法；PIC16CR73

Abstract

With the development and popularization of electric bicycles,the discussion of charging and drive systems integration has attracted more and more attention.The charger of traditional electric bicycle is separated from driving system,which not only increased the overall weight,but also brought inconvenience to use.The electric bicycle with integrated charging technology,can effectively reduce the cost of electric vehicles and increase the flexibility of use.

In this thesis,the basic methods of charging and the characteristics of the battery are introduced,and the different structure schemes of integrated charging main circuits are analyzed and compared.According to the research status and development trend of integrated charging,a scheme is proposed that the stator winding of the electric motor in the electric bicycle driving system and the partial MOSFET of the three-phase inverter bridge are used in the charging system,constitute a two-phase double step-down chopper circuit.The principle of multiple buck chopper is analyzed in detail,and some circuits are simulated.

The design of the buck chopper is based on PIC16CR73 single chip microcomputer.In this thesis the PIC16CR73 single chip microcomputer is described in detail,and the corresponding drive circuit,voltage detection circuit,current detection circuit and control circuit are analyzed,and a control program is designed.

Key Words：Integrated charger；Buck chopper；charging methods；PIC16CR73

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题背景及意义 1

1.2 相关技术现状分析 2

1.3 课题主要研究内容 4

第2章 蓄电池及充电器原理 5

2.1 蓄电池 5

2.1.1 铅酸蓄电池的工作原理 5

2.1.2 铅酸蓄电池的性能参数 6

2.2 充电器原理 6

2.3 常用充电方法介绍 8

2.3.1 恒压充电法 8

2.3.2 恒流充电法 9

2.3.3 恒流恒压充电法 9

2.4 充电方法设计 10

2.5 充电终止控制 10

第3章 集成充电器的设计方案 12

3.1 充电器的主要设计要求和指标 12

3.2 集成充电器总体设计及方案选择 12

3.2.1 系统总体设计 12

3.2.2 方案选择 12

3.2降压斩波（Buck）电路原理 15

3.3 多相多重降压斩波电流原理 16

第4章 集成充电器的硬件电路设计 18

4.1 总体电路框图 18

4.2 主电路参数 18

4.3 驱动控制电路 20

4.4 辅助电源电路 24

第5章 电路的仿真 28

5.1 Buck电路的原理仿真 28

5.2 双重Buck电路的仿真 30

第6章 集成充电器的软件设计 32

6.1 软件主程序 32

6.2 电流电压检测 33

6.3 充电终止 34

6.4 PWM信号控制 34

第7章 总结与展望 35

参考文献 36

附录A 电路图 37

附录B 软件程序清单 41

致 谢 50

第1章 绪论

1.1 课题背景及意义

改革开放以来，我国的科技不断地进步，社会不断地发展，人民的生活水平得到了质的提高，但是我们的生存环境却因为被不断消耗而变得面目全非。随着人们环保意识的不断增强，以及蓄电池作为动力能源的日趋成熟，电动自行车已经成为了人们出行的首选工具。电动自行车被认为是21世纪的绿色工程，它从出现到普及，给人们带来了许多的便捷，现在电动自行车已基本上取代了摩托车，消除了摩托车的尾气污染和石油消耗。蓄电池最先被研制出来是在二十世纪六七十年代的西方发达国家，用以取代汽油和柴油，对环境保护起到了极大的作用。然而蓄电池从那以后并没有得到长远的发展，因为关键部件性能达不到要求，技术不足，再加上蓄电池的寿命的制约^[12]，又没有高性能的充电器支撑。

到目前为止，电动自行车关键部件在理论和技术上的发展已较为完善，例如电动机、控制器和车体这三大部件已经有足够的技术支撑，但是作为动力来源的蓄电池和为续航保障的充电器，在技术上还有一些欠缺，在理论上还有瓶颈需要破除，这两个部件的发展还不足以满足电动自行车的需求，需要相关的工程师做出更大的努力去改变这一现状。蓄电池电控方面的问题，在电子技术飞速发展的今天有望得到解决，将电子系统在其他应用领域中的相关技术应用于蓄电池充电器中，将会快速提升充电器的能力^[13]。另外，针对电子器件的控制也是一门重要的技术，而且会变得越来越关键。