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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 电动自行车通用智能充电器的设计 2022-1-22 21:05:57 网络摘要 :给出了一种基于单片机和开关电源 的电动自行车用智能充电器的设计方案,同时给出了该智能充电器的硬件电路和软件实现 方法；该充电器可以依据蓄电池的特点设定充电参数,以对充电过 程进行实时采样和智能掌握,并可对采集的数据进行实时显示,仍 可通过串口和上位机进行通讯；此外,该电路仍具有双环掌握、多 路爱护、原副边电气完全隔离等特点；关 键 词:智能充电器 单片机 开关电源 蓄电池随着油价的不断上涨和人们环保意识的增强,电动自行车以其价格 低、绿色环保,使用安全便利等优点越
2、来越受到消费者的宠爱；评 价电动自行车质量好坏的重要参数之一是其蓄电池的使用寿命；而 蓄电池的充电过程对其寿命影响最大；讨论说明：过充电,可使蓄 电池发热,电解液失水；而充电不足,就可使蓄电池内化学反应不 充分,长期充电不足会导致蓄电池容量下降；由此可见,充电器性 能的好坏直接影响着蓄电池的使用成效和使用寿命；目前市场上的 充电器存在的主要不足,第一不是从副边绕组直接获得取样信号,因而稳压成效不抱负；其次是输出电流和电压调剂范畴窄,因而只 适用于固定负载；为此,本文介绍了一种以单片机为掌握器的通用 智能充电器的设计方案；该装置能依据蓄电池的充电特性或实时监 测到的充电状态,来智能化地调剂充电电
3、压和充电电流,而且调剂 范畴宽,并具有过流、过压、过温等爱护功能；1 系统结构本智能充电器的结构如图1 所示；该系统主要由电源变换电路、采 1 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 样电路、微处理器,脉宽调制器、键盘、显示器和温度传感器等部分组成,是一个闭环的智能充电系统；2 硬件电路本智能充电器的硬件电路如图2 所示,整个电路分为 开关电源 部分、以单片机为主的掌握电路和以 UC3842 为核心的脉宽调制电路三部分；2 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 9 页精选学习资料 - -
4、- - - - - - - 21 开关电源 设计本设计采纳电流掌握型脉宽调制方式；其整个工作过程是将沟通输入经滤波、整流后变为直流高压,再由开关管斩波、高频变压器降3 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 压后得到高频矩形电压,最终经过输出整流滤波获得所需要的直流输出电压；系统对 开关电源 的要求是其沟通输入电压范畴为 90270 V,能同时输出 +5V 作为掌握部分电源 及 1260 V主回路 的电压；输出电流为 13 A；22 单片机掌握电路设计单片机掌握电路主要由单片机AT89S52、ADCTLC0832
5、、多路选择开关 CD4051、数字电位器 X9C102、数字温度传感器 DSl8820、取样电阻 Rs和 Rw、24 键盘、液晶显示 CONl6 等组成；本部分设计时应先依据蓄电池的型号参数,来通过键盘设计与之对应的充电电流、充电电压以及充电时间,当电路接上蓄电池后,充电过程开头,此后由单片机通过取样电阻RM 检测电池电压,如检测到蓄电池因过渡放电而使电压低于正常范畴；那么,为了防止充 电电流过大而造成蓄电池损坏,应先对蓄电池实行稳固的小电流充电本设计程序中设为l 5 的设定充电电流 ,同时,单片机开头计时,之后单片机将不断检测电池电压和充电电流并显示在液晶屏 上,随着充电的进行,电池电压不断
6、上升,当上升到正常范畴时,单片机可通过掌握数字电位器来调剂输出电压,从而转入大电流恒 流充电 即设定电流 方式,此后,单片机始终保持不停地检测电池 电压,当电压达到设定值时,单片机发出指令,以增大数字电位器 的阻值,并通过脉宽调制减小输出电压；从而使充电电流减小,当 充电电流减小到 15 的设定电流时,再转为涓流充电,最终在充电 时间到时关闭电源,这样就防止了因电池温升过快或严峻极化而影 响充电质量,提高蓄电池的使用寿命；当检测到电池电压、充电电4 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 流和温度超过设定值的110
7、 倍时 由程序设定 ,单片机立刻输出报警信号报警；同时使继电器动作并切断总电源,以提高充电的安全 性和牢靠性；显示器可用于显示单片机实时采样到的蓄电池电压、充电电流、已 充电时间和蓄电池的温度,键盘就用于设定充电电压 充电极限电 压、恒流充电电流 极限充电电流 和充电时间；电路中的单片机可 通过串口 RS232和上位机相连,以用于储备数据和虚拟显示充电参 数的设定；当检测到充电电流为零时,单片机转入休眠状态；而当 检测到充电电流不为零时,单片机被激活；23 PWM 掌握器设计PW M 掌握器部分是以UC3842 为核心； UC3842 芯片内含有 5.0 V基准电压稳压器、高增益误差放大器和脉
8、冲宽度比较器,它可以控制芯片内的驱动器；而驱动器就可供应25 mA 的输出电流可直接驱动 NOSFET 调整管,从而调整充电器的输出电压和电流；由于该 驱动器同时具有过流、过压爱护,工作电源电压可以在 840 V,而 启动电流小于 1 mA ,工作温度为 O70,因而是目前较抱负的新 型脉宽调制器；该 PWM 掌握器在启动时,是由 压,待其工作后,其帮助绕组R1、 Rw；为 UC3842 供应启动电 3、4 端的电压经 D 1整流、 C4、 C5滤波、 DW 1稳压后得到的 16 V 直流电压,一路加到 UC38427 的 7 脚为其供电,另一路经 R3 和数字电位器 X9C102 分压后加到
9、 UC3842 的2 脚；以作为脉宽调制的输入信号；一般在这类电源的设计中,输出电压取样可与 UC3842 的供电电压相连；为了反映输出电压变化,本5 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 设计没有加稳压管,但这会使UC3842 的工作电压不稳,输出谐波成分增多,为了克服此不足,本设计中UC3842 的供电电压采纳由3、4 绕组端压单独整流、滤波、稳压后,供应应UC3842 芯片 16 V 的稳固电压；充电电压的调剂是将电池电压经外环电压取样电路 R12、RM 取样,再经多路电子开关挑选、MD 变换,单片机处理后
10、,送入数字电位器,以掌握数字电位器的有效电阻；从而间接掌握 UC3842的 2 脚电压,进而掌握脉冲占空比,以转变充电电压；当充电器输出电压偏高时,反馈回UC3842 的 2 脚电压也上升 超过参考电压 2.5 V之后,驱动信号的脉冲占空比减小,使输出电压下降,从而达到稳压的目的；充电电流的调剂主要是先将充电电流经外环电流取样电阻 Rs取样和 LM358 放大 可用 R1 调剂放大倍数 、多路电子开关挑选、 MD 变换,再送单片机处理,然后调剂数字电位器的阻值；其调剂过程与电压调剂相像,实际上,电流调剂也是通过电压调剂实现的；24爱护电路设计当过流或短路时,内环取样电阻R10两端的电压上升；当
11、3 脚电压超过 1 伏时,通过 UC3842 的内部调制可使其停止脉宽输出,开关管截止,输出电压和电流均为 0,从而爱护电源；过压时,DW1 和 DW 2会击穿而短路,也会造成过流爱护,DW2 可用以爱护场效应管和 UC3842；而当发生欠压时,即当UC3842 的 7 脚电压降至 10 V 以下时, UC3842 将启动欠压锁定电路而关闭开关掌握器；内环的这种反 馈调整是在输出电压尚未发生变化时,通过检测内环电流使脉宽提前得到调整, 前馈掌握 ,从而加快了变换器对反常情形的动态响6 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - -
12、 - - 应速度；以便更加快速有效地起到爱护作用；当然,外环电流、电压的取样 Rs、Rw亦可通过单片机的调剂作用来达到对反常情形的爱护,但响应速度比内环慢510 个工频周期,因此,外环取样主要是调剂充电电流和充电电压,兼作二次爱护,而内环取样就是主 要的,它是一次的爱护,这种双环爱护方式会更加安全牢靠；3 软件设计在程序的初始阶段,第一是对单片机进行初始化,即依据不同的电 池设定不同的充电参数,挑选不同的充电策略；其后是判定电池是 否连接正确,依据电池电压值判定应当进入哪一个充电阶段 即小电流预充电,大电流恒流充电或恒压涓流充电方式；在预充阶段,应降低充电电压,而在恒流方式时,应不断检测充电电
13、流是否达到恒 定电流 如 1.8 A,假如小于 1.8 A,就抬高电池两端的电压,使之达 到 1.8 A,以上调剂过程均可采纳比例掌握；在电池两端电压达到设 定值后,系统再进入涓流充电模式；该充电器的程序流程如图 3 所 示；图 3 中, Is为设定的充电电流 即恒流充电电流 ,Umin 为蓄电池 的放电极限电压, Umax 为蓄电池的充电极限电压；7 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 4 应用试验本设计选用了电动自行车常用的36 V12 Ah 铅酸蓄电池作为测试对象,其恒压充电电压设定为43 V,恒流充电电
14、流Is 为 1.8 A,起始时,随着充电的进行,充电电流几乎维护1.8 A 不变,但电池电压不断上升,当充电3 小时后；电压上升减慢；当充电到4 小时后,充电电压接近 43 V；之后电压上升更加缓慢；而且充电下降较快；当充到 43 V 时,充电器自动停止；从测试数据来看,该设计达到了 恒流快充,恒压涓充,布满自行关断的设计要求；5 终止语本文设计的过度放电预充、恒流快充、恒压涓充、智能掌握的充电 方案,能很好地解决电动自行车用电池在充电过程中存在的过充 电、充电不足和发热等问题,并能依据不同电池挑选不同的充电方 案；而且具有通用性；能实时检测并显示充电电流、充电电压、充 电时间和蓄电池温度等参数；由于电路具有内外环掌握,符合最优8 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 掌握规律；最具有过流、过压和超温爱护功能,同时由于 UC3842 采 用稳压供电,因此,不但谐波污染程度低,原副边电气隔离安全可 靠,同时仍可依据负载情形通过单片机来进行掌握,并可实现跳周 期模式工作；故可提高电源的效率；9 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页