[发明专利]一种法拉电容恒功率充电系统及其控制方法

说明书

本发明提供了一种法拉电容恒功率充电系统，以单片微型计算机MCU为核心，通过实时采集充电过程中电压电流数据，由微处理器进行PID运算，输出PWM驱动信号控制半桥电路来实现恒功率充电。系统简化了外围电路，具有降低系统功耗，充电参数修改方便，充电检测与控制准确，使用效果好的特点。

技术领域

本发明涉及自动控制设计技术领域，特别是一种法拉电容恒功率充电系统及其控制方法。

技术背景

现有的法拉电容充电系统一般采用恒压充电或恒流充电方式。通过恒压方式给法拉电容充电时，存在充电功率损耗大，充电功率曲线一直变化的问题，导致不能很好的计算充电数据，当设置的充电电压过高时容易超出法拉电容额定功率，从而损伤法拉电容引起电容烧穿，发生爆炸危险。

采用恒流方式给法拉电容充电时，虽然充电过程中电流相对稳定，但是电压一直在变化，呈上升趋势，虽然充电功率看上去呈上升趋势，但是充电时间明显延长，初始充电功率较低，当电压升高以后充电功率远大于初始功率，控制不当会超过法拉电容存储容量的极限，从而损坏法拉电容，并且充电过程中损耗很高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种法拉电容恒功率充电系统及其控制方法，不仅简化了外围电路，而且能精准控制充电功率，功耗低。

实现本发明目的的技术方案是一种法拉电容恒功率充电系统，包括主控电路以及连接其上的显示模块，其特征在于：所述法拉电容恒功率充电系统由控制电路、驱动电路、半桥电路、滤波电路、电压采集电路、电流采集电路以及输入模块组成，所述控制电路依次通过驱动电路、半桥电路与滤波电路连接，所述主控电路还分别与电压采集电路、电流采集电路以及输入模块连接。

而且所述主控电路为微控制单元，用于接收输入模块设定的功率参数，处理电压采集电路与电流采集电路采集的数据，计算实时充电功率，与设定的功率参数进行比较与运算后向驱动电路发出控制信号。

而且所述半桥电路由二片NMOS晶体管组成，在接收驱动电路发送的驱动信号后二片NMOS晶体管轮流导通。

而且所述滤波电路由电感、电容组成，该滤波电路为半桥电路下桥臂NMOS晶管提供电流泄放通道，保证半桥电路中的二片NMOS晶体管轮流导通。

而且所述电压采集电路采用电阻分压的方式对法拉电容充电电压进行监测，并将采集到的电压信息发送给主控电路。

而且所述电流采集电路用于采集法拉电容充电的电流信息，并将检测到的电流信息传送至主控电路。

而且所述输入模块为按键，用来输入法接电容充电功率的设定值，并将设定值传送给主控电路。

本发明还提供一种上述法拉电容恒功率充电系统的控制方法，其特征在于包含以下步骤：

8.1.通过输入模块将充电功率目标值输入主控芯片；

8.2.由电流采集电路以及电压采集电路分别对法拉电容采集实时电流、电压数值并将采集到的数值传送给主控电路；

8.3.主控电路根据实时电流、电压数值计算出实时功率，将充电功率目标值与实时功率相减得到两者的偏差值以及偏差微分；

8.4.将偏差值以及偏差微分带入PID计算公式，计算得到占空比增量并将该占空比增量传送给主控芯片的定时器，主控芯片输出占空比可变的脉冲波以控制半桥电路实时变更输出电压从而实现对法拉电容以恒定功率充电；

8.5.重复步骤8.2至8.4直至充电完毕。

而且步骤8.4中所述PID计算公式为：