智能鉛酸蓄電池充電器的設計與實(shí)現

　　引言

　　20世紀60年代末期，美國科學(xué)家馬斯對蓄電池充電過(guò)程的析氣問(wèn)題做了大量的研究工作，提出了以最低析氣率為前提的蓄電池可接受的充電電流曲線(xiàn)，如圖1所示。其充電電流軌跡近似為一條呈指數規律下降的曲線(xiàn)?；阢U酸蓄電池的特性以及圖1的充電曲線(xiàn)，本文采用了三階段充電模式：預充、直充和浮充。通過(guò)檢測蓄電池的電壓，進(jìn)入不同的充電階段。

　　預充電：對于長(cháng)期不用的電池、新電池或在充電初期已經(jīng)處于深度放電的蓄電池，剛開(kāi)始就采用大電流直接充電會(huì )突然增加蓄電池的析氣量，縮短蓄電池的壽命。因此，必須先用小電流對蓄電池充電，當蓄電池電壓上升到能接受大電流充電時(shí)再進(jìn)行大電流直接充電。

　　直充電：此階段充電器以恒定電壓對蓄電池進(jìn)行充電。充電開(kāi)始時(shí)電流很大，隨著(zhù)電池端電壓上升，充電電流按指數規律下降。因此電池的析氣量小，耗水少，有利于延長(cháng)電池使用壽命，不過(guò)充入電量約在90%左右，不能有效地給電池充足電。

　　浮充電：也叫涓流充電，主要作用是補充蓄電池自放電所消耗的能量，使電池能接近100%容量。充電電壓僅略高于蓄電池組的斷路電壓且維持恒定，充電電流很小，并逐漸減小到0。

　　方案設計

　　總體設計

　　如圖2所示，系統主要硬件電路包括輔助電源、開(kāi)關(guān)電源和MXT8051單片機控制部分。其中，輔助電源給單片機和運算放大器提供工作電壓，由線(xiàn)性變壓器、整流濾波和DC/DC轉換電路等組成;開(kāi)關(guān)電源輸出充電電壓和電流，由高頻磁芯單端反激式變壓器、整流濾波和DC/DC轉換電路等組成;MXT8051單片機控制部分負責控制充電電壓電流，檢測電壓電流并通過(guò)LCD和發(fā)光二極管實(shí)時(shí)顯示充電信息，并驅動(dòng)蜂鳴器報警和風(fēng)扇轉動(dòng)，由充電電壓電流控制、電壓電流檢測、充電階段指示、液晶顯示、蜂鳴器和風(fēng)扇控制電路組成。

　　如圖3所示，系統軟件主要包括電壓電流控制、電壓電流檢測、液晶顯示、風(fēng)扇和蜂鳴器控制模塊。通過(guò)設置寄存器，控制MXT8051內建的10位PWM，產(chǎn)生不同占空比的PWM波，經(jīng)放大、濾波后通過(guò)TL431及光耦隔離接至UC3842的反饋端，產(chǎn)生PWM波，以驅動(dòng)功率MOSFET管，從而控制開(kāi)關(guān)電源輸出;由MXT8051提供的10位ADC對充電電壓和負載電流進(jìn)行檢測;通過(guò)LCD顯示充電電壓和電流的采集值，以及電池型號、充電模式、充電時(shí)間等信息;由MXT8051的PWM控制風(fēng)扇和蜂鳴器，實(shí)現散熱和報警;由GPIO口控制充電階段指示燈(發(fā)光二極管);通過(guò)UART連接上位機進(jìn)行調試、診斷。