電動自行車通用智能充電器的設(shè)計(jì)

　　0 引言

　　隨著油價的不斷上漲和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，電動自行車以其價格低、綠色環(huán)保，使用安全方便等優(yōu)點(diǎn)越來越受到消費(fèi)者的喜愛。評價電動自行車質(zhì)量好壞的重要參數(shù)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最大。研究表明：過充電，可使蓄電池發(fā)熱，電解液失水；而充電不足，則可使蓄電池內(nèi)化學(xué)反應(yīng)不充分，長期充電不足會導(dǎo)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(Rialto)上的充電器存在的主要不足，第一不是從副邊繞組直接獲得取樣信號，因而穩(wěn)壓效果不理想；第二是輸出電流和電壓調(diào)節(jié)范圍窄，因而只適用于固定負(fù)載。為此，本文介紹了一種以單片機(jī)為控制器的通用智能充電器的設(shè)計(jì)方案。該裝置能根據(jù)蓄電池的充電特性或?qū)崟r監(jiān)測到的充電狀態(tài)，來智能化地調(diào)節(jié)充電電壓和充電電流，而且調(diào)節(jié)范圍寬，并具有過流、過壓、過溫等保護(hù)功能。

　　1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　本智能充電器的結(jié)構(gòu)如圖1所示。該系統(tǒng)主要由電源變換電路、采樣電路、微處理器，脈寬調(diào)制器、鍵盤、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個閉環(huán)的智能充電系統(tǒng)。

　　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(guān)電源部分、以單片機(jī)為主的控制電路和以UC3842為核心的脈寬調(diào)制電路三部分。

　　2．1開關(guān)電源設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)采用電流控制型脈寬調(diào)制方式。其整個工作過程是將交流輸入經(jīng)濾波、整流后變?yōu)橹绷鞲邏海�再由開關(guān)管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，最后經(jīng)過輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統(tǒng)對開關(guān)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(jī)控制電路設(shè)計(jì)

　　單片機(jī)控制電路主要由單片機(jī)AT89S52、ADC(TLC0832)、多路選擇開關(guān)(CD4051)、數(shù)字電位器(X9C102)、數(shù)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(shè)計(jì)時應(yīng)先根據(jù)蓄電池的型號參數(shù)，來通過鍵盤設(shè)計(jì)與之對應(yīng)的充電電流、充電電壓以及充電時間，當(dāng)電路接上蓄電池后，充電過程開始，此后由單片機(jī)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?fù)p壞，應(yīng)先對蓄電池實(shí)行穩(wěn)定的小電流充電(本設(shè)計(jì)程序中設(shè)為l／5的設(shè)定充電電流)，同時，單片機(jī)開始計(jì)時，之后單片機(jī)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(jìn)行，電池電壓不斷上升，當(dāng)上升到正常范圍時，單片機(jī)可通過控制數(shù)字電位器來調(diào)節(jié)輸出電壓，從而轉(zhuǎn)入大電流恒流充電(即設(shè)定電流)方式，此后，單片機(jī)一直保持不停地檢測電池電壓，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時，單片機(jī)發(fā)出指令，以增大數(shù)字電位器的阻值，并通過脈寬調(diào)制減小輸出電壓。從而使充電電流減小，當(dāng)充電電流減小到1／5的設(shè)定電流時，再轉(zhuǎn)為涓流充電，最后在充電時間到時關(guān)閉電源，這樣就避免了因電池溫升過快或嚴(yán)重極化而影響充電質(zhì)量，提高蓄電池的使用壽命。當(dāng)檢測到電池電壓、充電電流和溫度超過設(shè)定值的1／10倍時(由程序設(shè)定)，單片機(jī)立即輸出報(bào)警信號報(bào)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。

　　顯示器可用于顯示單片機(jī)實(shí)時采樣到的蓄電池電壓、充電電流、已充電時間和蓄電池的溫度，鍵盤則用于設(shè)定充電電壓(充電極限電壓)、恒流充電電流(極限充電電流)和充電時間。電路中的單片機(jī)可通過串口RS232和上位機(jī)相連，以用于存儲數(shù)據(jù)和虛擬顯示充電參數(shù)的設(shè)定。當(dāng)檢測到充電電流為零時，單片機(jī)轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。而當(dāng)檢測到充電電流不為零時，單片機(jī)被激活。