基于單片機(jī)控制的智能充電器設(shè)計(jì)

張圣炎

摘 要 隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的電力設(shè)備進(jìn)入到了人們的生活當(dāng)中，隨之而來(lái)的便是各種電力設(shè)備的充電問(wèn)題。人們對(duì)于自動(dòng)化功能的要求越來(lái)越高，因此充電器的智能化需求越來(lái)越強(qiáng)。在為了有效的實(shí)現(xiàn)充電設(shè)備的智能化，單片機(jī)做為成熟的控制器，能夠有效的應(yīng)用于其中，使得充電器智能化得以實(shí)現(xiàn)。本文對(duì)基于單片機(jī)控制的智能充電器設(shè)計(jì)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述。

【關(guān)鍵詞】單片機(jī) 智能充電器 設(shè)計(jì)

基于單片機(jī)控制的智能充電器在設(shè)計(jì)上需要考慮各個(gè)元器件的實(shí)際功能性，以及搭配后的兼容性。因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，必須要先明確各部分元器件的實(shí)際功能，再加以組合應(yīng)用。

1 智能充電器的工作原理

智能充電器的電路主要由三個(gè)部分組成，分別是：

（1）電源回路。

（2）主控電路。

（3）信號(hào)控制器。

其中電源回路能夠提供穩(wěn)定的12V充電電壓以及14V浮充電壓，以及充電工作時(shí)，電池所需要的不同電壓。主控電路能夠?qū)Τ潆姷臓顟B(tài)進(jìn)行有效控制，譬如對(duì)充電過(guò)程所進(jìn)行的有效控制。信號(hào)控制能夠有效的保障充電安全。具體工作方式如圖1所示。

2 充電控制技術(shù)

2.1 定時(shí)控制

此類控制方法十分簡(jiǎn)單，主要實(shí)用范圍是恒流點(diǎn)充電法。既采用恒流電充電法，根據(jù)電池的充電情況以及具體的容量大小，確定電流所需的充電時(shí)間。具體充電過(guò)程中，在預(yù)訂充電萬(wàn)仇，定期器可以發(fā)出信號(hào)，讓充電器能快速停止充電，或者可以轉(zhuǎn)移充電器讓其保持在浮充的維護(hù)狀態(tài)，這樣能避免電池充電時(shí)間過(guò)程出現(xiàn)的大電流長(zhǎng)時(shí)間充電。定時(shí)充電的缺點(diǎn)：電池的容量在充電之前很難知道，所以充電過(guò)程中由于電池長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行造成發(fā)熱嚴(yán)重，能損壞電池的電量，并很難確定電池的充電時(shí)間。電池的充電時(shí)間在無(wú)法根據(jù)電池狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整的情況下，會(huì)出現(xiàn)電池組中的電池充電了不足，甚至很多電池會(huì)出現(xiàn)過(guò)充電的情況，所以這種充電方式只能適用于充電功率地域0.3C的恒流充電。

2.2 電池電壓控制

2.2.1 最高電壓控制法

從充電特征的曲線中能了解到，電池電壓在達(dá)到最大值的時(shí)候，電池就能充足電，此刻需要快速的停止充電。適用該方法的缺點(diǎn)是，電池在電量充足的情況下隨著電壓環(huán)境的升高，溫度也會(huì)升高，充電的速率也會(huì)加快，適用此方法將很難判斷出電池是否已經(jīng)充足電。

2.2.2 電壓負(fù)增量

電池的電壓負(fù)增量與電池組的絕對(duì)電壓沒(méi)有太大的關(guān)聯(lián)，在不受到環(huán)境和穩(wěn)定等因素影響的情況下，適用此方法能精準(zhǔn)的判斷出電池是否充電完成。但是缺點(diǎn)則是；電池充足電之前，會(huì)出現(xiàn)局部電壓下降的情況，導(dǎo)致電池在沒(méi)能充足電之前，在檢測(cè)到電壓負(fù)增量后而停止快速充電。

3 控制電路的工作原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)

負(fù)反饋控制系統(tǒng)主要是以開關(guān)電源為主進(jìn)行的控制，主要的控制環(huán)節(jié)中設(shè)計(jì)十分重要。本文主要對(duì)其動(dòng)力電池的充電系統(tǒng)進(jìn)行控制，具體的控制方法分別是內(nèi)環(huán)控制、電壓外環(huán)控制和雙閉環(huán)控制這三種控制方式。

主電路在功率器件導(dǎo)通、斷開的時(shí)候，受到不同的電路拓?fù)溆绊懀鳛橐粋€(gè)非線性的系統(tǒng)存在。工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)狀態(tài)空間的平均法，得出低頻的等效電路模型，然后在此基礎(chǔ)上，根據(jù)現(xiàn)有的性能指標(biāo)，設(shè)計(jì)出調(diào)節(jié)器。設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)時(shí)，為能獲得更好的變換器動(dòng)態(tài)和靜態(tài)效應(yīng)，多習(xí)慣使用電壓或者電流進(jìn)行負(fù)反饋的不同形式組合。

3.1 主控電路

主控電路由四大部分組成分別是：

（1）電流控制回流。

（2）充電電流和容量顯示電路。

（3）檢測(cè)取樣電路。

（4）報(bào)警電路。

開關(guān)電源在電路當(dāng)中由于各種因素，非常容易出現(xiàn)故障。因此在選擇開關(guān)的型號(hào)和種類時(shí)便需要認(rèn)真考慮，針對(duì)電路的實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

3.2 變壓器

在選用變壓器時(shí)，必須要使用高頻變壓器，這種變壓器的性能相對(duì)較好，但對(duì)磁性材料的使用有著較高的要求。變壓器對(duì)于能夠給予電路穩(wěn)定的電壓輸出，使得電路在工作時(shí)能夠減少受到的電壓沖擊。

3.3 電容器

由于電源存在使用頻率不同的問(wèn)題，對(duì)于高頻率使用的電源，對(duì)于普通電容器的損耗相當(dāng)大，電感量也隨之增大。隨著頻率的不斷提高，衰減現(xiàn)象十分明顯，無(wú)法滿足正常的使用要求。因此在選用電容器時(shí)，需要針對(duì)電路的實(shí)際情況，決定是否選用專用電容器，以達(dá)到高頻和耐高溫的要求，使得電路能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4 單片機(jī)

當(dāng)系統(tǒng)通電之后，單片機(jī)會(huì)對(duì)電源和充電器進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)電源與充電器均正常工作時(shí)，單片機(jī)會(huì)將檢測(cè)取樣向內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行反饋，最終決定采用哪一種充電形式，已達(dá)到充電要求。PWM脈寬能夠有效的控制充電的全過(guò)程，使得涓流、大電流、過(guò)充和浮充都在控制當(dāng)中。多檢測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)電池的電壓已經(jīng)高于單片機(jī)當(dāng)中所設(shè)置的規(guī)定電壓，或者溫度超過(guò)預(yù)設(shè)溫度，便開啟浮充狀態(tài)，同時(shí)報(bào)警。

4 結(jié)束語(yǔ)

利用單片機(jī)進(jìn)行控制的智能充電器能夠有效的進(jìn)行充電工作，同時(shí)還能夠有效的確保充電安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳輝煌.基于DS2438的多功能智能蓄電池充電器的設(shè)計(jì)[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014（23）：45-47.

[2]王曄，馬齋愛(ài)拜.基于52單片機(jī)控制的鋰電池充電器硬件設(shè)計(jì)[J].無(wú)線互聯(lián)科技，2015（30）：78-79.

[3]楊彥兵，李輝，劉曉丹.基于單片機(jī)的雙閉環(huán)控制智能充電器研制[J].電源技術(shù)，2014（23）：45-47.

[4]景志林，景占榮，高田.基于Infineon單片機(jī)的數(shù)字化智能充電器設(shè)計(jì)[J].電子測(cè)量技術(shù)，2015（30）：78-79.

[5]韋博旭，龔元明，洪永楠.基于PIC單片機(jī)的智能充電器設(shè)計(jì)[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2015（30）：78-79.

作者單位

河北省保定市第三中學(xué) 河北省保定市 071000