2022年电动自行车通用智能充电器的设计方案.docx

精品学习资源电动自行车通用智能充电器的设计 2021-1-22 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来越受到消费者的宠爱；评判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、采欢迎下载精品学习资源样电路、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；欢迎下载精品学习资源2.1 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、高频变压器降欢迎下载精品学习资源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90 270 V，能同时输出 +5V 作为掌握部分电源 >及 12 60 V 主回路 >的电压；输出电流为 1 3 A；2.2 单片机掌握电路设计单片机掌握电路主要由单片机 AT89S52、ADCTLC0832> 、多路挑选开关 CD4051> 、数字电位器 X9C102>、数字温度传感器 DSl882 0、取样电阻 Rs 和 Rw、2×4 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 1 5 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、充电电欢迎下载精品学习资源流和温度超过设定值的 1 10 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；2.3 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8 40 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 R1、Rw；为 UC3842 供应启动电压，待其工作后，其帮助绕组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 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，本欢迎下载精品学习资源设计没有加稳压管，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，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 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 UC 3842；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欢迎下载精品学习资源应速度；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；欢迎下载精品学习资源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，符合最优欢迎下载精品学习资源掌握规律；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；欢迎下载