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智能铅酸蓄电池充电器的设计与实现
The Design and Implementation of Intelligent Lead-Acid Battery Charger
作者:赵学亮李镇江姚庆明中国科学院自动化研究所时间:2010-06-28 来源:电子产品世界浏览评论推荐给好友我有问题个性化定制
关键词: 时代民芯 MXT8051 开关电源电子产品世界/article/.htm UC3842
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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。基于铅酸蓄电池电子产品世界/article/.htm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MOSFET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