智能铅酸蓄电池充电器的设计与实现

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1、智能铅酸蓄电池充电器的设计与实现关键字：蓄电池充电过程大电流充电引言　　20世纪60年代末期，美国科学家马斯对蓄电池充电过程的析气问题做了大量的研究工作，提出了以最低析气率为前提的蓄电池可接受的充电电流曲线，如图1所示。其充电电流轨迹近似为一条呈指数规律下降的曲线。基于铅酸蓄电池的特性以及图1的充电曲线，本文采用了三阶段充电模式：预充、直充和浮充。通过检测蓄电池的电压，进入不同的充电阶段。 　　预充电：对于长期不用的电池、新电池或在充电初期已经处于深度放电的蓄电池，刚开始就采用大电流直接充电会突然增加蓄电池的析气量，缩短蓄电池的寿命。因此，必须先用小电流对蓄电池充电，当蓄电池电压上升到能接受大

2、电流充电时再进行大电流直接充电。　　直充电：此阶段充电器以恒定电压对蓄电池进行充电。充电开始时电流很大，随着电池端电压上升，充电电流按指数规律下降。因此电池的析气量小，耗水少，有利于延长电池使用寿命，不过充入电量约在90%左右，不能有效地给电池充足电。　　浮充电：也叫涓流充电，主要作用是补充蓄电池自放电所消耗的能量，使电池能接近100%容量。充电电压仅略高于蓄电池组的断路电压且维持恒定，充电电流很小，并逐渐减小到0。　　方案设计　　总体设计　　如图2所示，系统主要硬件电路包括辅助电源、开关电源和MXT8051单片机控制部分。其中，辅助电源给单片机和运算放大器提供工作电压，由线性变压器、整流滤波

3、和DC/DC转换电路等组成;开关电源输出充电电压和电流，由高频磁芯单端反激式变压器、整流滤波和DC/DC转换电路等组成;MXT8051单片机控制部分负责控制充电电压电流，检测电压电流并通过LCD和发光二极管实时显示充电信息，并驱动蜂鸣器报警和风扇转动，由充电电压电流控制、电压电流检测、充电阶段指示、液晶显示、蜂鸣器和风扇控制电路组成。 　　如图3所示，系统软件主要包括电压电流控制、电压电流检测、液晶显示、风扇和蜂鸣器控制模块。通过设置寄存器，控制MXT8051内建的10位PWM，产生不同占空比的PWM波，经放大、滤波后通过TL431及光耦隔离接至UC3842的反馈端，产生PWM波，以驱动功率M

4、OSFET管，从而控制开关电源输出;由MXT8051提供的10位ADC对充电电压和负载电流进行检测;通过LCD显示充电电压和电流的采集值，以及电池型号、充电模式、充电时间等信息;由MXT8051的PWM控制风扇和蜂鸣器，实现散热和报警;由GPIO口控制充电阶段指示灯(发光二极管);通过UART连接上位机进行调试、诊断。        详细设计说明　　辅助电源：由工频变压器、整流元件、滤波元件和三端稳压集成电路L7812组成，为单片机供电部分和运算放大器提供工作电压。采用这种为单片机单独供电的方式，可避免负载(蓄电池)电压波动对单片机供电部分的影响，增强系统的抗干扰能力，提高可靠性。　　开关电源

5、：以电流控制型脉宽调制器UC3842为核心，由三端可调分流基准源TL431和光耦EL817构成反馈回路，实现稳定的电压输出。电路因为采用了光电耦合器，实现了输出和输入、弱电和强电的隔离，减少了电磁干扰，增强了抗干扰能力，而且是对输出电压采样，具有很好的稳压性能。　　需要注意的是，使用TL431和EL817时，必须注意外围参数的设计。对于TL431，要保证TL431工作的必要条件，即通过阴极的电流要大于1mA;对于EL817，要使其工作在比较宽的线性带内，否则电路对运行参数的敏感度太强，不利于电路的稳定工作。　　MXT8051单片机控制部分。主要由单片机最小系统、充电电压电流控制、电压电流检测、

6、液晶显示、风扇和蜂鸣器控制部分组成。　　1.单片机最小系统。以MXT8051为核心，配合3.3V系统电源、2.5V数字核电压、11.0592MHz系统时钟晶振以及32.768kHzRTC晶振构建最小系统。　　2.充电电压、电流控制。根据开关电源部分的实现原理，通过改变TL431参考端的电压可获得不同的电压输出，从而获得不同的充电电压。充电电流的控制也是通过控制充电电压来实现的。程序中，通过控制单片机内建的PWM0输出PWM波的占空比，即可控制充电电压和电流。　　根据铅酸蓄电池三段式充电原理，每个阶段对应一种充电电压。对48V型号的蓄电池而言，预充、直充和浮充阶段的充电电压分别设定为47.5V、

7、57.5V和54.5V。分别计算三种电压对应的PWM0H和PWM0L寄存器的值，存入数组中，作为三种充电电压的设定值。程序中，根据不同的充电阶段调用相应的设定值写入PWM*H和PWM*L寄存器，实现对充电电压和电流的控制。程序流程如图4所示。　　3.风扇、蜂鸣器控制。单片机输出脉宽调制信号控制三极管的导通与关断，实现风扇和蜂鸣器的开关控制;同时，通过调整PWM波的占空比可以控制三极管集电极电流，从