隨著油價的不斷上漲和人們環保意識的增強，電動自行車以其價格低、綠色環保，使用安全方便等優點越來越受到消費者的喜愛。評價電動自行車質量好壞的重要參數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，可使蓄電池發熱，電解液失水；而充電不足，則可使蓄電池內化學反應不充分，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。目前市場上的充電器存在的(de)(de)(de)主要不足，第一(yi)不是從副邊繞組(zu)直接(jie)獲得取樣信號，因而穩壓效果不理想；第二是輸出電(dian)(dian)流(liu)和電(dian)(dian)壓調(diao)節范圍窄(zhai)，因而只(zhi)適用于固定負載。為此，本文介(jie)紹了一(yi)種以單片機為控制器(qi)的(de)(de)(de)通用智能(neng)充電(dian)(dian)器(qi)的(de)(de)(de)設計方案。該裝置(zhi)能(neng)根據蓄電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)充電(dian)(dian)特性或實時監測到(dao)的(de)(de)(de)充電(dian)(dian)狀態，來智能(neng)化地調(diao)節充電(dian)(dian)電(dian)(dian)壓和充電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)，而且調(diao)節范圍寬，并具有過流(liu)、過壓、過溫等保護功能(neng)。

　　1、系統結構
　　該系統主要由電源變換電路、采樣電路、微處理器，脈寬調制器、鍵盤、顯示器和溫度傳感器等部分組成，是一個閉環的智能充電系統。
　　2、硬件電路
　　本智能充電器的硬件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制方式。其整個工作過程是將交流輸入經濾波、整流后變為直流高壓，再由開關管斬波、高頻變壓器降壓后得到高頻矩形電壓，最后經過輸出整流濾波獲得所需要的直流輸出電壓。系統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)、數字電位器(X9C102)、數字溫度傳感器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蓄電池的型號參數，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字電位器來調節輸出電壓，從而轉入大電流恒流充電(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，單片機發出指令，以增大數字電位器的阻值，并通過脈寬調制減小輸出電壓。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(qi)可用(yong)于顯示單(dan)片(pian)機(ji)(ji)實時(shi)(shi)采樣到的(de)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池電(dian)(dian)(dian)(dian)壓、充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流、已充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間和(he)(he)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)溫度(du)，鍵盤則用(yong)于設定(ding)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)限電(dian)(dian)(dian)(dian)壓)、恒流充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(極(ji)限充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流)和(he)(he)充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)時(shi)(shi)間。電(dian)(dian)(dian)(dian)路中(zhong)的(de)單(dan)片(pian)機(ji)(ji)可通(tong)過串口RS232和(he)(he)上位機(ji)(ji)相連，以用(yong)于存(cun)儲數據和(he)(he)虛擬顯示充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)參數的(de)設定(ding)。當檢測到充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流為零時(shi)(shi)，單(dan)片(pian)機(ji)(ji)轉(zhuan)入休眠狀態(tai)。而當檢測到充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)流不為零時(shi)(shi)，單(dan)片(pian)機(ji)(ji)被激(ji)活。

　　2．3 PWM控制器設計
　　PW M控制器部分是以UC3842為核心。UC3842芯片內含有5.0 V基準電壓穩壓器、高增益誤差放大器和脈沖寬度比較器，它可以控制芯片內的驅動器。而驅動器則可提供25 mA的輸出電流．可直接驅動NOSFET調整管，從而調整充電器的輸出電壓和電流。由于該驅動器同時具有過流、過壓保護，工作電源電壓可以在8～40 V，而啟動電流小于1 mA，工作溫度為O～70℃，因而是目前較理想的新型脈寬調制器。
　　該PWM控制器在啟動時，是由R1、Rw。為UC3842提供啟動電壓，待其工作后，其輔助繞組3、4端的電壓經D1整流、C4、C5濾波、DW1穩壓后得到的16 V直流電壓，一路加到UC38427的7腳為其供電，另一路經R3和數字電位器X9C102分壓后加到UC3842的2腳。以作為脈寬調制的輸入信號。一般在這類電源的設計中，輸出電壓取樣可與UC3842的供電電壓相連。為了反映輸出電壓變化，本設計沒有加穩壓管，但這會使UC3842的工作電壓不穩，輸出諧波成分增多，為了克服此不足，本設計中UC3842的供電電壓采用由3、4繞組端壓單獨整流、濾波、穩壓后，提供給UC3842芯片16 V的穩定電壓。充電電壓的調節是將電池電壓經外環電壓取樣電路R12、RM取樣，再經多路電子開關選擇、MD變換，單片機處理后，送入數字電位器，以控制數字電位器的有效電阻。從而間接控制UC3842的2腳電壓，進而控制脈沖占空比，以改變充電電壓。
　　當充電器輸出電壓偏高時，反饋回UC3842的2腳電壓也升高(超過參考電壓2.5 V)之后，驅動信號的脈沖占空比減小，使輸出電壓下降，從而達到穩壓的目的。充電電流的調節主要是先將充電電流經外環電流取樣電阻Rs取樣和LM358放大(可用R1調節放大倍數)、多路電子開關選擇、MD變換，再送單片機處理，然后調節數字電位器的阻值。其調節過程與電壓調節相似，實際上，電流調節也是通過電壓調節實現的。
2．4．保護電路設計
　　當過流或短路時(shi)，內(nei)環(huan)取樣電(dian)(dian)(dian)阻(zu)R10兩端的(de)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)升(sheng)高。當3腳電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)超(chao)過1伏時(shi)，通(tong)過UC3842的(de)內(nei)部調制(zhi)可(ke)使(shi)其(qi)停止(zhi)脈寬(kuan)輸出，開關管(guan)截止(zhi)，輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)和(he)電(dian)(dian)(dian)流均為0，從(cong)而(er)保護電(dian)(dian)(dian)源。過壓(ya)(ya)時(shi)，DW1和(he)DW2會(hui)擊穿(chuan)而(er)短路，也會(hui)造成(cheng)過流保護，DW2可(ke)用以保護場效應(ying)(ying)管(guan)和(he)UC3842。而(er)當發生欠壓(ya)(ya)時(shi)，即當UC3842的(de)7腳電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)降至10 V以下時(shi)，UC3842將啟動(dong)(dong)欠壓(ya)(ya)鎖定電(dian)(dian)(dian)路而(er)關閉開關控(kong)制(zhi)器。內(nei)環(huan)的(de)這(zhe)種反饋調整(zheng)(zheng)是在輸出電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)尚未(wei)發生變化時(shi)，通(tong)過檢測內(nei)環(huan)電(dian)(dian)(dian)流使(shi)脈寬(kuan)提前得到調整(zheng)(zheng)，(前饋控(kong)制(zhi))，從(cong)而(er)加快了變換器對異常(chang)情(qing)(qing)況的(de)動(dong)(dong)態(tai)響(xiang)應(ying)(ying)速度(du)。以便更加快速有效地起到保護作用。當然，外(wai)環(huan)電(dian)(dian)(dian)流、電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)取樣(Rs、Rw)亦可(ke)通(tong)過單片機的(de)調節作用來達(da)到對異常(chang)情(qing)(qing)況的(de)保護，但響(xiang)應(ying)(ying)速度(du)比內(nei)環(huan)慢5～10個工頻周(zhou)期(qi)，因此，外(wai)環(huan)取樣主要(yao)是調節充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)流和(he)充電(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)，兼(jian)作二次保護，而(er)內(nei)環(huan)取樣則是主要(yao)的(de)，它是一次的(de)保護，這(zhe)種雙環(huan)保護方式會(hui)更加安全可(ke)靠。

　　3、軟件設計

　　在程序的初始階段，首先是對單片機進行初始化，即根據不同的電池設定不同的充電參數，選擇不同的充電策略。其后是判斷電池是否連接正確，根據電池電壓值判斷應該進入哪一個充電階段(即小電流預充電，大電流恒流充電或恒壓涓流充電方式)。在預充階段，應降低充電電壓，而在恒流方式時，應不斷檢測充電電流是否達到恒定電流(如1.8 A)，如果小于1.8 A，則抬高電池兩端的電壓，使之達到1.8 A，以上調節過程均可采用比例控制。在電池兩端電壓達到設定值后，系統再進入涓流充電模式。該充電器的程序流程如圖3所示。圖3中，Is為設定的充電電流(即恒流充電電流)，Umin為蓄電池的放電極限電壓，Umax為蓄電池的充電極限電壓。
　　4、應用試驗
　　本設計選用了電動自行車常用的36 V／12 Ah鉛酸蓄電池作為測試對象，其恒壓充電電壓設定為43 V，恒流充電電流Is為1.8 A，起始時，隨著充電的進行，充電電流幾乎維持1.8 A不變，但電池電壓不斷升高，當充電3小時后。電壓上升減慢；當充電到4小時后，充電電壓接近43 V；之后電壓上升更加緩慢。而且充電下降較快。當充到43 V時，充電器自動停止。從測試數據來看，該設計達到了恒流快充，恒壓涓充，充滿自行關斷的設計要求。
　　5、結束語
　　本文(wen)設計的過(guo)度放電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)預充(chong)(chong)、恒流(liu)快充(chong)(chong)、恒壓(ya)涓充(chong)(chong)、智能(neng)控(kong)(kong)制的充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)方(fang)案，能(neng)很好地解決電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)動自行(xing)車(che)用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池在充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)過(guo)程中存在的過(guo)充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)不(bu)足和(he)(he)發熱等問題(ti)，并(bing)能(neng)根據不(bu)同電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池選擇不(bu)同的充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)方(fang)案。而且具有(you)(you)通用(yong)性。能(neng)實時檢測并(bing)顯示充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)、充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)時間和(he)(he)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池溫(wen)度等參數。由于(yu)電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)具有(you)(you)內(nei)外環控(kong)(kong)制，符合最優控(kong)(kong)制規律。最具有(you)(you)過(guo)流(liu)、過(guo)壓(ya)和(he)(he)超溫(wen)保護(hu)功(gong)能(neng)，同時由于(yu)UC3842采用(yong)穩(wen)壓(ya)供電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，因此，不(bu)但諧(xie)波污染程度低，原副邊電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)氣隔離(li)安全可靠，同時還可根據負載情況通過(guo)單(dan)片(pian)機來(lai)進行(xing)控(kong)(kong)制，并(bing)可實現(xian)跳(tiao)周期(qi)模(mo)式工(gong)作。故(gu)可提高電(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)源的效率。