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電動(dòng)自行車通用智能充電器的設(shè)計(jì)
點(diǎn)擊次數(shù)：1012 發(fā)布時(shí)間：2010-4-12
電動(dòng)自行車通用智能充電器的設(shè)計(jì)
2010/4/7/14:200 引言
隨著油價(jià)的不斷上漲和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，電動(dòng)自行車以其價(jià)格低、綠色環(huán)保，使用安全方便等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)。評(píng)價(jià)電動(dòng)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(guò)程對(duì)其壽命影響zui大。研究表明：過(guò)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，*充電不足會(huì)導(dǎo)致蓄電池容量下降。由此可見(jiàn)，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(chǎng)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(hào)，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(shí)監(jiān)測(cè)到的充電狀態(tài)，來(lái)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)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(pán)、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個(gè)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(gè)電路分為開(kāi)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(kāi)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(gè)工作過(guò)程是將交流輸入經(jīng)濾波、整流后變?yōu)橹绷鞲邏?，再由開(kāi)關(guān)管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，zui后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的要求是其交流輸入電壓范圍為90～270 V，能同時(shí)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(kāi)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(pán)、液晶顯示（CONl6）等組成。
本部分設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先根據(jù)蓄電池的型號(hào)參數(shù)，來(lái)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的充電電流、充電電壓以及充電時(shí)間，當(dāng)電路接上蓄電池后，充電過(guò)程開(kāi)始，此后由單片機(jī)通過(guò)取樣電阻RM檢測(cè)電池電壓，若檢測(cè)到蓄電池因過(guò)渡放電而使電壓低于正常范圍。那么，為了避免充電電流過(guò)大而造成蓄電池?fù)p壞，應(yīng)先對(duì)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(shí)，單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，之后單片機(jī)將不斷檢測(cè)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(shí)，單片機(jī)可通過(guò)控制數(shù)字電位器來(lái)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(cè)電池電壓，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，以增大數(shù)字電位器的阻值，并通過(guò)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(shí)，再轉(zhuǎn)為涓流充電，zui后在充電時(shí)間到時(shí)關(guān)閉電源，這樣就避免了因電池溫升過(guò)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(cè)到電池電壓、充電電流和溫度超過(guò)設(shè)定值的1／10倍時(shí)（由程序設(shè)定），單片機(jī)立即輸出報(bào)警信號(hào)報(bào)警。同時(shí)使繼電器動(dòng)作并切斷總電源，以提高充電的安全性和可靠性。
隨著油價(jià)的不斷上漲和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，電動(dòng)自行車以其價(jià)格低、綠色環(huán)保，使用安全方便等優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受到消費(fèi)者的喜愛(ài)。評(píng)價(jià)電動(dòng)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(guò)程對(duì)其壽命影響zui大。研究表明：過(guò)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，*充電不足會(huì)導(dǎo)致蓄電池容量下降。由此可見(jiàn)，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(chǎng)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(hào)，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(shí)監(jiān)測(cè)到的充電狀態(tài)，來(lái)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(guò)流、過(guò)壓、過(guò)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(pán)、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個(gè)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(gè)電路分為開(kāi)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(kāi)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(gè)工作過(guò)程是將交流輸入經(jīng)濾波、整流后變?yōu)橹绷鞲邏?，再由開(kāi)關(guān)管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，zui后經(jīng)過(guò)輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統(tǒng)對(duì)開(kāi)關(guān)電源的要求是其交流輸入電壓范圍為90～270 V，能同時(shí)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(kāi)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(pán)、液晶顯示（CONl6）等組成。
本部分設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先根據(jù)蓄電池的型號(hào)參數(shù)，來(lái)通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)計(jì)與之對(duì)應(yīng)的充電電流、充電電壓以及充電時(shí)間，當(dāng)電路接上蓄電池后，充電過(guò)程開(kāi)始，此后由單片機(jī)通過(guò)取樣電阻RM檢測(cè)電池電壓，若檢測(cè)到蓄電池因過(guò)渡放電而使電壓低于正常范圍。那么，為了避免充電電流過(guò)大而造成蓄電池?fù)p壞，應(yīng)先對(duì)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(shí)，單片機(jī)開(kāi)始計(jì)時(shí)，之后單片機(jī)將不斷檢測(cè)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(shí)，單片機(jī)可通過(guò)控制數(shù)字電位器來(lái)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(cè)電池電壓，當(dāng)電壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)發(fā)出指令，以增大數(shù)字電位器的阻值，并通過(guò)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(shí)，再轉(zhuǎn)為涓流充電，zui后在充電時(shí)間到時(shí)關(guān)閉電源，這樣就避免了因電池溫升過(guò)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(cè)到電池電壓、充電電流和溫度超過(guò)設(shè)定值的1／10倍時(shí)（由程序設(shè)定），單片機(jī)立即輸出報(bào)警信號(hào)報(bào)警。同時(shí)使繼電器動(dòng)作并切斷總電源，以提高充電的安全性和可靠性。