電動自行車通用智能充電器的設計

　　0 引言

　　隨著油價的不斷上漲和人們環(huán)保意識的增強，電動自行車以其價格低、綠色環(huán)保，使用安全方便等優(yōu)點越來越受到消費者的喜愛。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)化學反應不充分，長期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(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(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、過溫等保護功能。

　　1 系統(tǒng)結構

　　本智能充電器的結構如圖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(diào)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(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(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。

　　本部分設計時應先根據(jù)蓄電池的型號參數(shù)，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(wěn)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(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(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，當充電電流減小到1／5的設定電流時，再轉(zhuǎn)為涓流充電，最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(zhì)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。

　　顯示器可用于顯示單片機實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。電路中的單片機可通過串口RS232和上位機相連，以用于存儲數(shù)據(jù)和虛擬顯示充電參數(shù)的設定。當檢測到充電電流為零時，單片機轉(zhuǎn)入休眠狀態(tài)。而當檢測到充電電流不為零時，單片機被激活。