智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計與實現(xiàn)

1、歡迎訪問Freekaoyan論文站智能型鉛酸蓄電池充電器的設(shè)計與實現(xiàn)歡迎訪問Freekaoyan論文站    歡迎訪問Freekaoyan論文站    摘要：為延長計算機(jī)的使用壽命，綜合浮充和循環(huán)充兩種充電方法的優(yōu)點，提出和分析了快充，慢充和涓流充三個階段的充電過程，并根據(jù)此設(shè)計了應(yīng)用 單片機(jī)PIC16C54進(jìn)行PWM控制的智能型鉛酸蓄電池充電器。經(jīng)多種試驗，充電效果良好。    關(guān)鍵詞：鉛酸蓄電池 智能型充電器 單片機(jī)PIC16C54 PWM(脈沖寬度調(diào)制)控制鉛酸蓄電池的造價成本低，容量大，

2、價格低廉，使用十分廣泛，由于其固有的特性 若使用不當(dāng)，壽命將會大大地縮短，影響鉛蓄電池壽命的因素很多，采用正確的充電方式，能有效延長蓄電池的使用壽命，因此，設(shè)計一種智能型的鉛酸蓄電池充電器是十分必要的。1 常規(guī)充電方式鉛酸蓄電池的常規(guī)充電方式有以下兩種，浮充（又稱恒壓充電）和循環(huán)充電。浮充時要嚴(yán)格掌握充電的電壓，如額定電壓為12V的蓄電池，其充電電壓應(yīng)在13.5-13.8V之間。浮充電壓過低，蓄電池會充不滿，過高則會造成過量充電。電壓的調(diào)定，應(yīng)初期充電電流不超過0.3C(C為蓄電池的額定容量)為原則。循環(huán)充電，其初期充電電流不宜超過0.3C.充電的安培小時數(shù)的90時，再改用浮充電壓充電，直至充

3、滿。以上為目前常用的鉛酸蓄電池充電方式。但是這兩種方法存在一些不足之處，在充電過程中，電池的電壓逐漸提高，充電電池逐漸下降，由于恒電充電不管電池電壓的實際狀態(tài)，充電電壓總是恒定的，易導(dǎo)致電池?fù)p壞。對于循環(huán)充電而言，采用較小的電流充電，充電效果較好。但對于大容量的蓄電池，充電時間會拖的很長，時效低，造成諸多不便。2 智能型充電器的充電過程分析通過對這述兩種充電方式的充電比較，綜合其優(yōu)點設(shè)計出具有快充電和慢充的智能型鉛酸電池充電器。該充電器采用單片機(jī)控制，充電過程分為快主以、慢充及涓流充三個階段，充電效果更加佳，圖1所示為該充電器的充電電流，電壓曲線。眾圖1可以看出：在快充階段（0-t1），充電器

4、以恒定電流1C對蓄電池充電，由單片機(jī)控制快充時間，避免過量充電，在慢充階段（t1-t2），單片機(jī)輸出PWM控制信號，控制斬波開關(guān)通斷，以恒定電壓對蓄電池進(jìn)行充電，此時充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)電池電壓上升到規(guī)定值時，結(jié)束慢充，進(jìn)入涓流充階段；在涓流充階段，（t2-t3）,單片機(jī)輸出的PWM控制信號，使充電器以約0.09C的充電電流對蓄電池充電，在這種狀態(tài)下，可長時間對蓄電池進(jìn)行充電，從而能最大限度地延長蓄電池的壽命。3 智能型充電器的工作原理根據(jù)上述分析而設(shè)計的智能型鉛酸充電池充電器，主要是由開關(guān)穩(wěn)壓電源、斬波開關(guān)、控制器和輔助電源等四部分組成,并具有過流保護(hù)、過壓保護(hù)和超溫保護(hù)功能。圖2為充

5、電器原理框圖，圖3為充電器電路原理圖。 3.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源圖3所示電路中，開關(guān)穩(wěn)壓電源采用半橋式PWM變換電路。其工作原理是：由IC1（TL494）>圖3中，電阻R28串接在T1次級繞組N2和N3的中間抽頭與輸出地之間，作用是監(jiān)控快充電電流和過流保護(hù)。恒流控制過程為：當(dāng)充電電流超過恒定值1C時，R28上的壓降增大，該壓降經(jīng)并聯(lián)電阻R24、R25反饋到IC1的15腳（內(nèi)部電流誤差放大器反相輸入端），使其電位變負(fù)，低于IC1的16腳（內(nèi)部電流誤差放大器同相輸入端），則內(nèi)部電流誤差放大器輸出電壓升高，使IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號的脈沖變窄，從而縮短Q1和Q2的導(dǎo)通時間，使輸出電壓下

6、降，維持充電電流恒定；隨著充電時間的延長，電池電壓逐漸升高，充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，IC1的15腳電位按指數(shù)規(guī)律上升，則IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號脈沖變寬，從而延長Q1和Q2的導(dǎo)通時間，使輸出電壓升高，充電電流保持恒定。在慢充階段，通過電阻R15、R16、R17、R18、C16、C17組成電壓取樣電路和IC1內(nèi)部電壓誤差放大器，使輸出電壓恒定。其恒壓控制過程為：取樣電壓輸入到IC1的1腳（內(nèi)部電壓誤差放大器同相輸入端），與IC1的2腳（內(nèi)部電壓誤差放大器反相輸入端）的基準(zhǔn)電壓比較，其誤差信號放大后，經(jīng)內(nèi)部電路處理，使IC1的8腳和11腳輸出的PWM信號的脈寬改變，從而使Q1、Q2的導(dǎo)

7、通時間改變，維持輸出電壓恒定。圖3中交流220V進(jìn)線端，電容C1、C2、C3、C4和電感LF組成一個LC濾波器，用于差模-共模方式的RFI（無線頻率干擾）的抑制，阻止電源產(chǎn)生的噪聲泄漏到電網(wǎng)，造成電網(wǎng)污染。    3.2 斬波開關(guān)斬波開關(guān)電路由三極管Q5、Q6、Q7和電阻R29、R30、R31、R32等組成。工作過程為：IC3（PIC16C54）的6腳輸出的PWM控制信號經(jīng)電阻R32接至Q7的基極，控制Q7通斷，從而使Q5和Q6亦導(dǎo)通或截止，充電電流流過Q6對蓄電池（BAT）充電。改變PWM控制信號的脈寬，使得充電電壓可調(diào)。3.3 控制器如圖3所示，控制器是由IC

8、2（LM358）和IC3（PIC16C54）以及電阻電容等組成。其中IC3采用Microchip公司生產(chǎn)的PIC16C54單片機(jī)。它是18引腳封裝的8位單片機(jī)，有12條I/O（輸入/輸出）線，每條I/O線吸收電流為25mA，驅(qū)動電流為20mA,內(nèi)部EPROM為512×12，RAM為25×8，有可編程代碼保護(hù)?？刂七^程為：快充階段，IC3的6腳輸出高電平，經(jīng)電阻R32接至Q7的基極，使斬波開關(guān)導(dǎo)通，通過電流監(jiān)控電路，以恒定電流對蓄電池充電。到達(dá)快充時間時，IC3的6腳輸出低電平，關(guān)斷斬波開關(guān)，停止充電，快充階段結(jié)束。慢充階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號，使斬波開關(guān)以固定的

9、占空比導(dǎo)通，充電以恒定電壓對蓄電池充電，此時充電電流隨著蓄電池電壓的上升，按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)蓄電池電壓上升到規(guī)定值時，由電阻R33、R34、R35對蓄電池電壓取樣后，送至比較器IC2的3腳（同相輸入端），與2腳（反相輸入端）的基準(zhǔn)電壓比較，則1腳輸出高電平，IC3的17腳輸入高電平，經(jīng)軟件濾波和延時，判斷檢測無誤后，結(jié)束慢充。涓流充階段，IC3的6腳輸出PWM控制信號，使斬波開關(guān)以較小的占空比導(dǎo)通，將充電電流維持在0.09C左右，對蓄電池充電。超溫保護(hù)是通過附加在蓄電池上的正溫度特性熱敏電阻RT2、R36、R37實現(xiàn)的。當(dāng)電池溫度升高時，熱敏電阻RT2的阻值增大，則IC2的5腳（同相輸入端）電

10、位上升；若電池溫度升高到規(guī)定值時，5腳電位高于6腳（反相輸入端）電位，則7腳輸出高電平，IC3的18腳輸入高電平，則IC3的6腳輸出PWM信號，使充電器以浮充電壓對蓄電池充電，有效地保護(hù)了蓄電池。本充電器用發(fā)光二極管表示充電狀態(tài)。即快充和慢充階段，綠色發(fā)光二極管G點亮；涓流充階段，黃色發(fā)光二極管Y點亮。圖4所示為程序流程。3.4 輔助電源輔助電源由工頻變壓器T3、整流元件B2、濾波元件C27、C28和三端壓集成電路IC4（7805）組成，為單片機(jī)提供（+5V）電源電壓。采用這種為單片機(jī)單獨供電方式，可以增強(qiáng)抗干擾能力，提高可靠性。同時為單片機(jī)提供50Hz計時脈沖信號。4 綜合實驗圖2所示電路可給12V/4Ah的鉛酸蓄電池電流，最大充電電流限制為4A，最大輸出電壓為18V。充電開始時，充電器以4A電流對蓄電池快速充電約25分鐘；然后以14.7V的恒定電壓對蓄電池進(jìn)行慢充，直至蓄電池電壓上升到12.8V，結(jié)束慢充；最后充電器以14.1V電壓對蓄電池涓流充電。溫度保護(hù)點為45時，單片機(jī)控制充電電壓下降到14.1V，隨著溫度的回落，充電電壓恢復(fù)到保護(hù)前的狀態(tài)繼續(xù)