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技術文章
電動自行車通用智能充電器的設計
點擊次數：1020 發布時間：2010-4-12
電動自行車通用智能充電器的設計
2010/4/7/14:200 引言
隨著油價的不斷上漲和人們環保意識的增強，電動自行車以其價格低、綠色環保，使用安全方便等優點越來越受到消費者的喜愛。評價電動自行車質量好壞的重要參數之一是其蓄電池的使用壽命。而蓄電池的充電過程對其壽命影響zui大。研究表明：過充電，可使蓄電池發熱，電解液失水；而充電不足，則可使蓄電池內化學反應不充分，*充電不足會導致蓄電池容量下降。由此可見，充電器性能的好壞直接影響著蓄電池的使用效果和使用壽命。目前市場上的充電器存在的主要不足，*不是從副邊繞組直接獲得取樣信號，因而穩壓效果不理想；第二是輸出電流和電壓調節范圍窄，因而只適用于固定負載。為此，本文介紹了一種以單片機為控制器的通用智能充電器的設計方案。該裝置能根據蓄電池的充電特性或實時監測到的充電狀態，來智能化地調節充電電壓和充電電流，而且調節范圍寬，并具有過流、過壓、過溫等保護功能。
1 系統結構
本智能充電器的結構如圖1所示。該系統主要由電源變換電路、采樣電路、微處理器，脈寬調制器、鍵盤、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個閉環的智能充電系統。
2硬件電路
本智能充電器的硬件電路如圖2所示，整個電路分為開關電源部分、以單片機為主的控制電路和以UC3842為核心的脈寬調制電路三部分。
2．1開關電源設計
本設計采用電流控制型脈寬調制方式。其整個工作過程是將交流輸入經濾波、整流后變為直流高壓，再由開關管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，zui后經過輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統對開關電源的要求是其交流輸入電壓范圍為90～270 V，能同時輸出+5V（作為控制部分電源）及12～60 V（主回路）的電壓。輸出電流為1～3 A。
2．2單片機控制電路設計
單片機控制電路主要由單片機AT89S52、ADC（TLC0832）、多路選擇開關（CD4051）、數字電位器（X9C102）、數字溫度傳感器DSl8820、取樣電阻Rs和Rw、2×4鍵盤、液晶顯示（CONl6）等組成。
本部分設計時應先根據蓄電池的型號參數，來通過鍵盤設計與之對應的充電電流、充電電壓以及充電時間，當電路接上蓄電池后，充電過程開始，此后由單片機通過取樣電阻RM檢測電池電壓，若檢測到蓄電池因過渡放電而使電壓低于正常范圍。那么，為了避免充電電流過大而造成蓄電池損壞，應先對蓄電池實行穩定的小電流充電（本設計程序中設為l／5的設定充電電流），同時，單片機開始計時，之后單片機將不斷檢測電池電壓和充電電流并顯示在液晶屏上，隨著充電的進行，電池電壓不斷上升，當上升到正常范圍時，單片機可通過控制數字電位器來調節輸出電壓，從而轉入大電流恒流充電（即設定電流）方式，此后，單片機一直保持不停地檢測電池電壓，當電壓達到設定值時，單片機發出指令，以增大數字電位器的阻值，并通過脈寬調制減小輸出電壓。從而使充電電流減小，當充電電流減小到1／5的設定電流時，再轉為涓流充電，zui后在充電時間到時關閉電源，這樣就避免了因電池溫升過快或嚴重極化而影響充電質量，提高蓄電池的使用壽命。當檢測到電池電壓、充電電流和溫度超過設定值的1／10倍時（由程序設定），單片機立即輸出報警信號報警。同時使繼電器動作并切斷總電源，以提高充電的安全性和可靠性。
隨著油價的不斷上漲和人們環保意識的增強，電動自行車以其價格低、綠色環保，使用安全方便等優點越來越受到消費者的喜愛。評價電動自行車質量好壞的重要參數之一是其蓄電池的使用壽命。而蓄電池的充電過程對其壽命影響zui大。研究表明：過充電，可使蓄電池發熱，電解液失水；而充電不足，則可使蓄電池內化學反應不充分，*充電不足會導致蓄電池容量下降。由此可見，充電器性能的好壞直接影響著蓄電池的使用效果和使用壽命。目前市場上的充電器存在的主要不足，*不是從副邊繞組直接獲得取樣信號，因而穩壓效果不理想；第二是輸出電流和電壓調節范圍窄，因而只適用于固定負載。為此，本文介紹了一種以單片機為控制器的通用智能充電器的設計方案。該裝置能根據蓄電池的充電特性或實時監測到的充電狀態，來智能化地調節充電電壓和充電電流，而且調節范圍寬，并具有過流、過壓、過溫等保護功能。
1 系統結構
本智能充電器的結構如圖1所示。該系統主要由電源變換電路、采樣電路、微處理器，脈寬調制器、鍵盤、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個閉環的智能充電系統。
2硬件電路
本智能充電器的硬件電路如圖2所示，整個電路分為開關電源部分、以單片機為主的控制電路和以UC3842為核心的脈寬調制電路三部分。
2．1開關電源設計
本設計采用電流控制型脈寬調制方式。其整個工作過程是將交流輸入經濾波、整流后變為直流高壓，再由開關管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，zui后經過輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統對開關電源的要求是其交流輸入電壓范圍為90～270 V，能同時輸出+5V（作為控制部分電源）及12～60 V（主回路）的電壓。輸出電流為1～3 A。
2．2單片機控制電路設計
單片機控制電路主要由單片機AT89S52、ADC（TLC0832）、多路選擇開關（CD4051）、數字電位器（X9C102）、數字溫度傳感器DSl8820、取樣電阻Rs和Rw、2×4鍵盤、液晶顯示（CONl6）等組成。
本部分設計時應先根據蓄電池的型號參數，來通過鍵盤設計與之對應的充電電流、充電電壓以及充電時間，當電路接上蓄電池后，充電過程開始，此后由單片機通過取樣電阻RM檢測電池電壓，若檢測到蓄電池因過渡放電而使電壓低于正常范圍。那么，為了避免充電電流過大而造成蓄電池損壞，應先對蓄電池實行穩定的小電流充電（本設計程序中設為l／5的設定充電電流），同時，單片機開始計時，之后單片機將不斷檢測電池電壓和充電電流并顯示在液晶屏上，隨著充電的進行，電池電壓不斷上升，當上升到正常范圍時，單片機可通過控制數字電位器來調節輸出電壓，從而轉入大電流恒流充電（即設定電流）方式，此后，單片機一直保持不停地檢測電池電壓，當電壓達到設定值時，單片機發出指令，以增大數字電位器的阻值，并通過脈寬調制減小輸出電壓。從而使充電電流減小，當充電電流減小到1／5的設定電流時，再轉為涓流充電，zui后在充電時間到時關閉電源，這樣就避免了因電池溫升過快或嚴重極化而影響充電質量，提高蓄電池的使用壽命。當檢測到電池電壓、充電電流和溫度超過設定值的1／10倍時（由程序設定），單片機立即輸出報警信號報警。同時使繼電器動作并切斷總電源，以提高充電的安全性和可靠性。